第八章-膜分離技術(shù)概要課件

第七章

膜分離技術(shù)2023/10/21一、膜分離概述二、常見的膜分離技術(shù)三、膜分離應(yīng)用生化制藥（工藝比較）膜工藝活性炭吸附生物發(fā)酵液酸化離子交換板框過濾濃縮結(jié)晶離心產(chǎn)品板框過濾濃縮結(jié)晶生物發(fā)酵液酸化離心產(chǎn)品膜過濾離交吸附2023/10/22案例引入 果汁澄清2023/10/23膜分離技術(shù)的應(yīng)用應(yīng)用水的脫鹽和凈化食品工業(yè)醫(yī)療、衛(wèi)生方面石油、化工方面環(huán)境工程其他方面海水與苦咸水淡化電廠鍋爐供水脫鹽超純水制備城市家庭飲用水的凈化乳品加工酒類生產(chǎn)果汁加工酶制劑生產(chǎn)醫(yī)療、衛(wèi)生用水藥品生產(chǎn)醫(yī)療應(yīng)用中藥提煉回收有機(jī)蒸氣制取富氧空氣無水乙醇生產(chǎn)膜與生物技術(shù)交通、國防上運(yùn)輸方的應(yīng)用面脫氣膜電泳漆廢水2023/10/24電鍍廢水纖維 造紙工業(yè) 工業(yè)廢水 廢水其他廢水生化制藥過程中的應(yīng)用2023/10/25序號應(yīng)用單位處理對象年處理量1廣東肇慶星湖股份有限公司肌苷發(fā)酵液，蔦苷產(chǎn)品精制6萬噸2浙江醫(yī)藥股份有限公司新昌制藥廠抗生素發(fā)酵液4500噸3浙江升華拜克生物股份有限公司抗生素發(fā)酵液4500噸4安徽豐原生化股份有限公司賴氨酸發(fā)酵液等2萬噸5浙江海正藥業(yè)股份有限公司抗生素發(fā)酵液5000噸6浙江海寧金潮實(shí)業(yè)有限公司硫酸連桿菌素發(fā)酵液6000噸7浙江東立生物發(fā)展有限公司生物發(fā)酵液1.2萬噸8石家莊東華金農(nóng)化工有限公司醫(yī)藥級甘氨酸5000噸9河北新東華氨基酸有限公司甘氨酸脫色3000噸全國有111家生物醫(yī)藥的上市公司（2009年）；陶瓷膜已在9家上市公司應(yīng)用。一、膜分離概念（Membrane

Separation）膜分離的概念及原理：利用膜的選擇性（孔徑大?。?，以膜的兩側(cè)存在的能量差作為推動力，由于溶液中各組分透過膜的遷移率不同而實(shí)現(xiàn)分離的一種技術(shù)。2023/10/26二、膜分離特點(diǎn)2023/10/27與傳統(tǒng)的分離操作相比，膜分離具有以下特點(diǎn)：膜分離是一個高效分離過程，可以實(shí)現(xiàn)高純度的分離；大多數(shù)膜分離過程不發(fā)生相變化，因此能耗較低；膜分離通常在常溫下進(jìn)行，特別適合處理熱敏性物料；膜分離設(shè)備本身沒有運(yùn)動的部件，可靠性高，操作、維護(hù)都十分方便。三、膜分離發(fā)展簡史2023/10/281748年 酒精中的水能通過豬膀胱1854年Graham

發(fā)現(xiàn)透析1856年 發(fā)現(xiàn)了不同特征的膜1864年Traube

研制成功第一片人造膜---亞鐵氰化銅膜20世紀(jì)中葉出現(xiàn)了反滲透膜、超濾膜、微濾膜、納濾膜20世紀(jì)60年代以后,膜分離技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展國內(nèi)發(fā)展概況:20世紀(jì)50年代 起步、奠定基礎(chǔ)階段20世紀(jì)60～70年代發(fā)展階段20世紀(jì)80～90年代深化發(fā)展和應(yīng)用推廣階段PEC-1000

FT-30(仿制復(fù)合膜)四、常見的膜分離技術(shù)膜分離過程的實(shí)質(zhì)是物質(zhì)透過或被截留于膜的過程，近似于篩分過程，依據(jù)濾膜孔徑大小而達(dá)到物質(zhì)分離的目的，故而可以按分離粒子大小進(jìn)行分類：2023/10/29微濾（MF）：以多孔細(xì)小薄膜為過濾介質(zhì)，壓力差為推動力，使不溶性物質(zhì)得以分離的操作，孔徑分布范圍在0.025～14μm之間；超濾（UF）：分離介質(zhì)同上，但孔徑更小，為0.001～0.02μm，分離推動力仍為壓力差，適合于分離酶、蛋白質(zhì)等生物大分子物質(zhì)；納濾：以壓力差為推動力，從溶液中分離300～1000小分子量的膜分離過程，孔徑分布在平均2nm；反滲透（RO）：是一種以壓力差為推動力，從溶液中分離出溶劑的膜分離操作，孔徑范圍在0.00012023/10/210～0.001μm之間；（由于分離的溶劑分子往往很小，不能忽略滲透壓的作用，故而成為反滲透）；–

電滲析：以電位差為推動力，利用離子交換膜的選擇透過性，從溶液中脫除或富集電解質(zhì)的膜分離操作；2023/10/211各種膜分離技術(shù)的分離特性2023/10/212微濾超濾納濾反滲透懸浮顆粒大分子有機(jī)物糖類等小分子有機(jī)物，二價鹽或多價鹽單價鹽水五、膜材料、分類及要求按材料分：合成有機(jī)聚合物膜、無機(jī)材料膜按膜形態(tài)結(jié)構(gòu)：對稱性膜、不對稱膜、復(fù)合膜(致密層)按孔徑大?。何V膜、超濾膜、納濾膜、反滲透膜天然物質(zhì)的衍生物(醋酸,硝酸纖維素膜)有機(jī)高分子膜：人造物質(zhì)(聚砜膜,聚酰胺類,聚乙烯醇類)纖維素酯膜、縮合系聚合物（聚砜類）、聚烯烴及其共聚物、脂肪族或芳香族聚酰胺類聚合物、全氟磺酸共聚物和全氟羧酸共聚物、聚碳酸酯；無機(jī)多孔膜：陶瓷膜,多孔玻璃等2023/10/213對于不同種類的膜都有一個基本要求：–耐壓：膜孔徑小，要保持高通量就必須施加較高的壓力，一般膜操作的壓力范圍在0.1~0.5MPa，反滲透膜的壓力更高，約為1~10MPa2023/10/214耐高溫:高通量帶來的溫度升高和清洗的需要耐酸堿：防止分離過程中，以及清洗過程中的水解；化學(xué)相容性：保持膜的穩(wěn)定性；生物相容性：防止生物大分子的變性；成本低；六、膜的制備溶液的澆鑄法 對稱法延流法

相轉(zhuǎn)移法2023/10/215七、膜分離性能1）截留率對于反 透過程，通常用截留率表示其分離性能。截留率反映膜對溶質(zhì)的截留程度，對鹽溶液又稱為脫鹽率，以R表示，定義為式中

——原料中溶質(zhì)的濃度，kg/m3；——透物中溶質(zhì)的濃度，kg/m3。100％截留率表示溶質(zhì)全部被膜截留，此為理想的半透膜；0％截留率則表示全部溶質(zhì)透過膜，無分離作用。通常截留率在0％～100％之間。2023/10/216（2）截留分子量(Molecular

weight

cut-off,MWCO)或(Molecular

masscut-off,MMCO)在超濾和納濾中，通常用截留分子量表示其分離性能。截留分子量是指截留率為90%時所對應(yīng)的分子量。截留分子量的高低，在一定程度上反映了膜孔徑的大小，通?？捎靡幌盗胁煌肿恿康臉?biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行測定。截留曲線:通過測定相對分子量不同物質(zhì)的截留率,可獲得溶質(zhì)相對分子質(zhì)量與膜的截留率之間關(guān)系的曲線.2023/10/217截留曲線與截留相對分子質(zhì)量2023/10/218（3）分離因子對于膜分離過程，通常用分離因子表示各組分透過的選擇性。對于含有A、B兩組分的混合物，分離因子 定義為:式中——原料中組分A與組分B的摩爾分率；——透過物中組分A與組分B的摩爾分率。通常，用組分A表示透過速率快的組分，因此的數(shù)值大于1。分離因數(shù)的大小反映該體系分離的難易程度，越大，表明兩組分的透過速率相差越大，膜的選擇性越好，分離程度越高；等于1，則表明膜沒有分離能力。2023/10/219八、膜組件2023/10/220將膜以某種形式組裝在一個基本單元設(shè)備內(nèi),這種器件稱為膜分離器又稱膜組件.平板式管式螺旋卷式中空纖維式平板式膜組件2023/10/221管式膜組件2023/10/222螺旋卷式膜組件2023/10/223中空纖維式膜組件2023/10/224第八章

膜分離技術(shù)2023/10/225一、膜分離概述二、常見的膜分離技術(shù)三、膜分離應(yīng)用第二節(jié)常見的膜分離技術(shù)一、透析2023/10/226原理：透析是采用半透膜作為濾膜,使試樣中的小分子經(jīng)擴(kuò)散作用不斷透出膜外,而大分子不能透過被保留，直到膜兩邊達(dá)到平衡。特點(diǎn)：半透膜兩邊均為液體，一邊為試樣溶液，另一邊為純凈溶劑（水或緩沖溶液）?？刹粩喔鼡Q外層溶劑使擴(kuò)散不斷進(jìn)行，直至符合要求。應(yīng)用：制備或提純生物大分子時，除去小分子物質(zhì)及其雜質(zhì)，脫鹽。一、透析2023/10/227用于透析的半透膜應(yīng)具備的條件：（1）在溶劑中能膨脹形成分子篩狀多孔薄膜，只允許小分子溶質(zhì)通過，而阻止大分子（如蛋白質(zhì)）通過；化學(xué)惰性；在水、鹽溶液、稀酸或稀堿溶液中穩(wěn)定；有一定的機(jī)械強(qiáng)度和良好的再生性能。半透膜袋蛋白質(zhì)溶液透析液磁棒磁力攪拌器透析是利用蛋白質(zhì)等大分子不能通過半透膜的性質(zhì)，使蛋白質(zhì)和其

它小分子物質(zhì)如無機(jī)鹽單糖等分開。常用的半透膜：玻璃紙（ 璐玢紙，cellophanepaper）火綿紙（ 璐玎紙,

celloidin

paper）其他改型纖維素材料2023/10/228透析的裝置與方法2023/10/229mol/L半透膜可制成管狀，按需要截取一定長度，將一端封閉后，裝入需要透析的試樣溶液后，放入盛有溶劑的透析缸中。商品透析管常涂有甘油以防干裂，也可能含有其他微量雜質(zhì)。預(yù)處理：用50%乙醇慢慢煮沸一小時，再分別用50% 乙醇、

0.01

mol/L 碳酸氫納溶液、

0.001EDTA 溶液依次洗滌，最后用蒸餾水洗滌三次；透析的裝置與方法2023/10/230透析過程注意點(diǎn)：（

1

）透析前，對裝有試液的透析袋檢查是否有泄漏；（

2

）透析袋裝一半左右，防止膜外溶劑因濃度差滲入將袋漲裂或過度膨脹使膜孔徑改變；（

3

）攪拌；定期或連續(xù)更換外部溶劑可提高透析效果。應(yīng)用2023/10/231人工腎是透析過程最成功的范例。自1943年Kolff用醋酸纖維素膜制成的人工腎對血液進(jìn)行透析治療尿毒癥獲得成功后，透析技術(shù)在血液過濾、血液灌流和血漿分離等多種治療方法上得到應(yīng)用。二、微濾2023/10/232原理：壓力差的作用下，利用膜的孔徑的大小對微粒進(jìn)行機(jī)械篩分和截留，而吸附截留的作用相對較小。常用的膜是醋酸纖維素和硝酸纖維素等混合組成。其它商業(yè)化膜有再生纖維素膜，聚氯乙烯膜，聚酰胺膜和陶瓷膜等。工業(yè)上主要用于無菌液體、超純水的生產(chǎn)和空氣過濾。超濾是指外源加壓的膜分離，其原理與過濾一樣。原理：溶液在壓力差的作用下，溶劑和小于膜孔徑的溶質(zhì)由膜透過，而大于膜孔徑的溶質(zhì)則被截留，從而達(dá)到溶液的凈化、分離和濃縮。超濾與微濾的不同之處在于能截留溶質(zhì)的大分子，與反滲透的不同之處在于所截留的大多為大分子溶質(zhì)。超濾應(yīng)用非常廣泛，從家用凈水器到現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)。2023/10/233三、超濾2023/10/234四、納濾納濾膜是八十年代在反滲透復(fù)合膜基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，是超低壓反滲透技術(shù)的延續(xù)和發(fā)展分支，早期被稱作低壓反滲透膜或松散反滲透膜。目前，納濾膜已從反滲透技術(shù)中分離出來，成為獨(dú)立的分離技術(shù)。納濾膜主要用于截留粒徑在0.1～1nm，分子量為1000左右的物質(zhì)，可以使一價鹽和小分子物質(zhì)透過，具有較小的操作壓（0.5～1MPa）。其被分離物質(zhì)的尺寸介于反滲透膜和超濾膜之間，但與上述兩種膜有所交叉。2023/10/235五、反滲透滲透現(xiàn)象：即純?nèi)軇┩ㄟ^半透膜由純?nèi)軇┮粋?cè)向溶液一側(cè)的自發(fā)流動過程。滲透壓：滲透過程達(dá)平衡時半透膜兩側(cè)形成的壓差

。反滲透：在濃溶液一側(cè)加壓，使膜兩側(cè)的壓差大于溶液的滲透壓(

p>

)，溶劑從溶液一側(cè)向純?nèi)軇┮粋?cè)液流動。2023/10/236當(dāng)兩種不同濃度的溶液被半透膜間隔時，依自然現(xiàn)象，濃度較低的溶液會往濃度較高的一側(cè) 透。純水往鹽水方向透，就是典型的例子。但如果在鹽水的一方施加足夠的壓力（亦即大于 透壓），那么，就會產(chǎn)生鹽水往純水方向 透的反?，F(xiàn)象，稱之為“反 透（RO）”。2023/10/237反 透法處理污水2023/10/238六、電

析在鹽的水溶液（如氯化鈉溶液）中置入陰、陽兩個電極，并施加電場，則溶液中的陽離子將移向陰極，陰離子則移向陽極，這一過程稱為電泳。如果在陰、陽兩電極之間插入一張離子交換膜（陽離子交換膜或陰離子交換膜），則陽離子或陰離子會選擇性地通過膜，這一過程就稱為電 析。2023/10/239電滲析的核心是離子交換膜。在直流電場的作用下，以電位差為推動力，利用離子交換膜的選擇透過性，把電解質(zhì)從溶液中分離出來，實(shí)現(xiàn)溶液的淡化、濃縮及鈍化；也可通過電滲析實(shí)現(xiàn)鹽的電

解，制備氯氣和氫氧化鈉等。下圖為用于食鹽生產(chǎn)的電滲析器的示意圖。2023/10/240食鹽生產(chǎn)電滲析器示意圖A：陰離子膜，K：陽離子膜；D：稀室，C：濃室2023/10/2411、離子交換膜

離子交換膜的分類2023/10/242a.按可交換離子性質(zhì)分類與離子交換樹脂類似，離子交換膜按其可交換離子的性能可分為陽離子交換膜、陰離子交換膜和雙極離子交換膜。這三種膜的可交換離子分別對應(yīng)為陽離子、陰離子和陰陽離子。b.按膜的結(jié)構(gòu)和功能分類按膜的結(jié)構(gòu)與功能可將離子交換膜分為普通離子交換膜、雙極離子交換膜和鑲嵌膜三種。普通離子交換膜一般是均相膜，利用其對一價離子的選擇性滲透進(jìn)行海水濃縮脫鹽；雙極離子交換膜由陽離子交換層和陰離子交換層復(fù)合組成，主要用于酸或堿的制備；鑲嵌膜由排列整齊的陰、陽離子微區(qū)組成，主要用于高壓滲析進(jìn)行鹽的濃縮、有機(jī)物質(zhì)的分離等。2023/10/2432、膜電解2023/10/244膜電解的基本原理可以通過NaCl水溶液的電解來說明。在兩個電極之間加上一定電壓，則陰極生成氯氣，陽極生成氫氣和氫氧化鈉。陽離子交換膜允許Na+滲透進(jìn)入陽極室，同時阻攔了氫氧根離子向陰極的運(yùn)動，在陽極室的反應(yīng)是：2

Na+

+

2

H2O

+

2

e

=

2

NaOH

+

H2在陰極室的反應(yīng)為：2

Cl－

－

2

e

=

Cl2用氟代烴單極或雙極膜制備的的電滲析器已成為用于制備氫氧化鈉的主要方法，取代了其他制備氫氧化鈉的方法。如果在膜的一面涂上一層陰極的催化劑，在另一面涂一層陽極催化在這兩個電極上加上一定的電壓，則可電解水，在陽極產(chǎn)生氫氣，而在陰極產(chǎn)生氧氣。2023/10/2453.電滲析技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域自電滲析技術(shù)問世后，其在苦咸水淡化，飲用水及工業(yè)用水制備方面展示了巨大的優(yōu)勢。隨著電滲析理論和技術(shù)研究的深入，我國在電滲析主要裝置部件及結(jié)構(gòu)方面都有巨大的創(chuàng)新，僅離子交換膜產(chǎn)量就占到了世界的1/3。我國的電滲析裝置主要由國家海洋局杭州水處理技術(shù)開發(fā)中心生產(chǎn)，現(xiàn)可提供200m3/d規(guī)模的海水淡化裝置。2023/10/246電滲析技術(shù)在食品工業(yè)、化工及工業(yè)廢水的處理方面也發(fā)揮著重要的作用。特別是與反滲透、納濾等精過濾技術(shù)的結(jié)合，在電子、制藥等行業(yè)的高純水制備中扮演重要角色。此外，離子交換膜還大量應(yīng)用于氯堿工業(yè)。全氟磺酸膜（Nafion）以化學(xué)穩(wěn)定性著稱，是目前為止唯一能同時耐40％NaOH和100℃溫度的離子交換膜，因而被廣泛應(yīng)用作食鹽電解制備氯堿的電解池隔膜。2023/10/247全氟磺酸膜還可用作燃料電池的重要部件。燃料電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苄首罡叩哪茉矗赡艹蔀?1世紀(jì)的主要能源方式之一。經(jīng)多年研制，

Nafion膜已被證明是氫氧燃料電池的實(shí)用性質(zhì)子交換膜，并已有燃料電池樣機(jī)在運(yùn)行。但Nafion膜價格昂貴（700美元/m2），故近年來正在加速開發(fā)磺化芳雜環(huán)高分子膜，用于氫氧燃料電池的研究，以期降低燃料電池的成本。2023/10/248七、滲透蒸發(fā)技術(shù)2023/10/2491.滲透蒸發(fā)技術(shù)和滲透蒸發(fā)膜的特點(diǎn)滲透蒸發(fā)是近十幾年中頗受人們關(guān)注的膜分離技術(shù)。滲透蒸發(fā)是指液體混合物在膜兩側(cè)組分的蒸氣分壓差的推動力下，透過膜并部分蒸發(fā)，從而達(dá)到分離目的的一種膜分離方法。可用于傳統(tǒng)分離手段較難處理的恒沸物及近沸點(diǎn)物系的分離。具有一次分離度高、操作簡單、無污染、低能耗等特點(diǎn)。滲透蒸發(fā)的實(shí)質(zhì)是利用高分子膜的選擇性透過來分離液體混合物。其原理如圖4—6所示。由高分子膜將裝置分為兩個室，上側(cè)為存放待分離混合物的液相室，下側(cè)是與真空系統(tǒng)相連接或用惰性氣體吹掃的氣相室?；旌衔锿ㄟ^高分子膜的選擇滲透，其中某一組分滲透到膜的另一側(cè)。由于在氣相室中該組分的蒸氣分壓小于其飽和蒸氣壓，因而在膜表面汽化。蒸氣隨后進(jìn)入冷凝系統(tǒng)，通過液氮將蒸氣冷凝下來即得滲透產(chǎn)物。滲透蒸發(fā)過程的推動力是膜內(nèi)滲透組分的濃度梯度。2023/10/250圖4—6a

滲透蒸發(fā)分離示意圖(真空氣化)2023/10/251圖4—6a

滲透蒸發(fā)分離示意圖(惰性氣體吹掃)2023/10/252滲透蒸發(fā)操作所采用的膜為致密的高分子膜。描述滲透蒸發(fā)過程的兩個基本參數(shù)是滲透通量J（g/m2.h）和分離系數(shù)α。α的定義為：（4—1）式中，Y和X分別為滲透產(chǎn)物與原料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；下標(biāo)A為優(yōu)先滲透組分，B為后滲透組分。由以上定義可知，α代表了高分子膜的滲透選擇性。2023/10/2533.滲透蒸發(fā)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域滲透蒸發(fā)作為一種無污染、高能效的膜分離技術(shù)已經(jīng)引起廣泛的關(guān)注。該技術(shù)最顯著的特點(diǎn)是很高的單級分離度，節(jié)能且適應(yīng)性強(qiáng)，易于調(diào)節(jié)。目前滲透蒸發(fā)膜分離技術(shù)已在無水乙醇的生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。與傳統(tǒng)的恒沸精餾制備無水乙醇相比，可大大降低運(yùn)行費(fèi)用，且不受汽—液平衡的限制。2023/10/254除了以上用途外，滲透蒸發(fā)膜在其他領(lǐng)域的應(yīng)用尚都處在實(shí)驗(yàn)室階段。預(yù)計有較好應(yīng)用前景的領(lǐng)域有：工業(yè)廢水處理中采用滲透蒸發(fā)膜去除少量有毒有機(jī)物（如苯、酚、含氯化合物等）；在氣體分離、醫(yī)療、航空等領(lǐng)域用于富氧操作；從溶劑中脫除少量的水或從水中除去少量有機(jī)物；石油化工工業(yè)中用于烷烴和烯烴、脂肪烴和芳烴、近沸點(diǎn)物、同系物、同分異構(gòu)體等的分離等。2023/10/255八、濃差極化現(xiàn)象2023/10/256對于壓力推動的膜過程，無論是反滲透，還是超濾與微濾，在操作中都存在濃差極化現(xiàn)象。在操作過程中，由于膜的選擇透過性，被截留組分在膜料液側(cè)表面都會積累形成濃度邊界層，其濃度大大高于料液的主體濃度，在膜表面與主體料液之間濃度差的作用下，將導(dǎo)致溶質(zhì)從膜表面向主體的反向擴(kuò)散，這種現(xiàn)象稱為濃差極化現(xiàn)象.邊界層條件:2023/10/257減小濃差極化的措施:本質(zhì)是提高傳質(zhì)系數(shù)k.提高料液的流速,提高傳質(zhì)系數(shù).在料液的流通內(nèi),設(shè)置湍流促進(jìn)器,增強(qiáng)料液湍流程度,提高傳質(zhì)系數(shù).提高溫度.液體:T↑μ↓(氣體除外),提高傳質(zhì)系數(shù).2023/10/258右圖所示的是超濾過程中壓力差與透過速率J之間的關(guān)系。對于純水的超濾，其水通量與壓力差成正比；而對于溶液的超濾，由于濃差極化與膜污染的影響，超濾通量隨壓差的變化關(guān)系為一曲線，當(dāng)壓差達(dá)到一定值時，再提高壓力，只是使邊界層阻力增大，卻不能增大通量，從而獲得一極限通

量。2023/10/259九、膜污染1、定義膜污染是指料液中的某些組分在膜表面或膜孔中沉積導(dǎo)致膜透過速率下降的現(xiàn)象。組分在膜表面沉積形成的污染層將產(chǎn)生額外的阻力，該阻力可能遠(yuǎn)大于膜本身的阻力而成為過濾的主要阻力；組分在膜孔中的沉積，將造成膜孔減小甚至堵塞，實(shí)際上減小了膜的有效面積。膜污染主要發(fā)生在超濾與微濾過程中。2023/10/2602、膜污染的防治減輕濃差極化與膜污染的途徑主要有：對原料液進(jìn)行預(yù)處理，除去料液中的大顆粒；增加料液的流速或在組件中加內(nèi)插件以增加湍動程度，減薄邊界層厚度；定期對膜進(jìn)行反沖和清洗。2023/10/261第八章

膜分離技術(shù)2023/10/262一、膜分離概述二、常見的膜分離技術(shù)三、膜分離技術(shù)應(yīng)用第三節(jié)膜分離技術(shù)應(yīng)用膜分離過程在生物工程中的應(yīng)用2023/10/263本章思考題:1、膜分離技術(shù)的概念。2、根據(jù)膜孔徑大小，膜分離技術(shù)可分為哪幾類？3、主要的膜組件有哪些？4、何謂反滲透膜分離過程？其特點(diǎn)有哪些？5、簡述電滲析膜分離的基本原理。2023/10/264氣體滲透氣體膜分離是利用有機(jī)膜對某些氣體組分具有選擇性滲透和擴(kuò)散的特性，以達(dá)到氣體分離和純化的目的。其滲透機(jī)理為:氣體分子在壓力作用下，首先在膜的高壓側(cè)接觸，然后是吸附、溶解、擴(kuò)散、脫溶、逸出。應(yīng)用:空氣中各種氣體在透過膜壁時具有不同的滲透速率,使得當(dāng)壓縮空氣經(jīng)過濾器進(jìn)入分離器時,氧氣、水蒸氣及少量的二氧化碳快速透過膜的高壓側(cè),而氮?dú)馔高^膜的相對速率慢而滯留在膜的內(nèi)側(cè)被富集,從而產(chǎn)生干燥的氮?dú)狻?023/10/265氣體滲透分離空氣中的氮2023/10/266電滲析電滲析是在外部電場存在下的滲析過程,它加快了滲析速度應(yīng)用:除去溶膠中過多的電解質(zhì)1-半透膜2-攪拌器3-溶液4-鉑電極5,6-進(jìn)出水管2023/10/267液膜的定義及其組成液膜是懸浮在液體中很薄的一層乳液微粒。它能把兩個組成不同而又互溶的溶液隔開，并通過滲透現(xiàn)象起到分離的作用。液膜分為乳狀液膜和支撐液膜,通過選擇不同的載體,可以達(dá)到選擇性分離.支撐液膜是指多孔固體膜材料中固定了有機(jī)溶劑.(大多含有萃取劑,又稱流動載體)乳狀液膜是通過乳化制備的,根據(jù)膜相或接收相不同,分為W/O型和O/W型.2023/10/268由于將液膜含浸在多孔支撐

體上，可以承受較大的壓力，且具有更高的選擇性，因而，它可以承擔(dān)合成聚合物膜所

不能勝任的分離要求。通常

孔徑越小液膜越穩(wěn)定，但孔

徑過小將使空隙率下降，從

而將降低透過速度。2023/10/269支撐液膜示意圖膜厚為20～500μm，微孔直徑為0.02～1

μm。支撐液膜(W/O)/W

(水-有機(jī)物-水)乳狀液膜的膜溶液主要由膜溶劑、表面活性劑和添加劑(流動載體)組成，向溶有表面活性劑和添加劑的油中加入水溶液，進(jìn)行高速攪拌或超聲波處理，制成W/O(有機(jī)包水)型乳化液，再將該乳化液分散到第二個水相(通常為待分離的料液)進(jìn)行第二次乳化即可制成(W/O)/W型乳狀液膜，此時第二個水相為連續(xù)相。

W/O

乳化液滴直徑一般為0.1～2mm，內(nèi)部包含許多微水滴，直徑為數(shù)μm,液膜厚度為1～10