第五章-分離方法的選擇和發(fā)展

§5.1膜分離第五章分離方法的選擇和發(fā)展1§5.1膜分離膜分離技術由于具有常溫下操作、無相態(tài)變化、高效節(jié)能、在生產(chǎn)過程中不產(chǎn)生污染等特點，因此在飲用水凈化、工業(yè)用水處理，食品、飲料用水凈化、除菌，生物活性物質回收、精制等方面得到廣泛應用，并迅速推廣到紡織、化工、電力、食品、冶金、石油、機械、生物、制藥、發(fā)酵等各個領域。分離膜因其獨特的結構和性能，在環(huán)境保護和水資源再生方面異軍突起，在環(huán)境工程，特別是廢水處理方面有著廣泛的應用前景。

膜分離技術是近30年發(fā)展很快的一門新型的分離、濃縮、提純及凈化技術。2§5.1膜分離膜分離技術是指在分子水平上，不同粒徑的混合物在通過半滲透膜時，實現(xiàn)選擇性分離的技術。半透膜又稱分離膜，分離膜的特點是膜壁遍布微小孔洞，根據(jù)孔徑的大小可分為微濾膜、超濾膜、納濾膜、反滲透膜等。膜：兩相之間的一個不連續(xù)區(qū)間，簡單地說，膜是分隔開兩種流體的一個薄的阻擋層。3反滲透納濾超濾微濾普通過濾含水鹽溶液

炭黑顏料

人發(fā)合成色素白蛋白海沙

煙草灰酵母菌金屬離子病毒細菌活性灰內(nèi)毒素/熱精

靛藍紅血球花粉粒糖明膠膠乳/乳濁液原子半徑石棉谷物-面粉離子分子大分子小微粒大顆粒4§5.1

膜分離膜分離技術適用場合：

（1）

化學性質及物理性質相似的化合物的混合物。（2）結構的或取代基位置相似的異構物混合物。（3）含有熱敏性組分的混合物。5膜分離的原理大多為對不同的微粒的選擇透過，故分離效率通常都很高。相對于蒸餾等分離過程，膜分離的分離系數(shù)要大得多。膜分離過程的特點分離效率高膜分離過程中，被分離的物質大都不發(fā)生相變，與蒸發(fā)，蒸餾相比，操作所需能耗很小。能耗低膜分離設備本身沒有運動部件，且操作溫度和壓力不高。操作的可靠性主要取決于膜的性能。膜分離過程的操作十分簡便，從啟動到得到產(chǎn)品所需時間較短，故可以頻繁地啟停?？煽啃阅し蛛x設備的性能不受處理量大小的影響，即單位生產(chǎn)能力與分離效率，設備單價及操作費用關系不大。規(guī)?？扇我庾兓?/p>

6微孔膜過濾（MF）是世界上開發(fā)應用最早的膜過濾技術。一、微濾MF膜品種擴大到聚酰胺聚偏二氟乙烯（PVDF）聚丙烯腈（PAN）聚碳酸酯或磷脂酰膽堿（PC）聚醚砜（PES）聚苯乙烯（PS）聚丙烯（PP）聚乙烯（PE）聚四氟乙烯（PTFE）……7應用實驗室的微生物檢測制藥醫(yī)療飲料生物工程超純水飲用水石化環(huán)保廢水處理分析檢測一、微濾MF

應用：主要從氣相和液相物質中截留微米及亞米級的細小懸浮物、微生物、微粒、細菌、酵母、紅血球、污染物等以達到凈化，分離和濃縮的目的。8二、超濾UF

超濾(UF)是一種應用最廣泛的膜分離技術，屬分子級、幾乎能截留溶液中細菌、熱源、病毒以及膠體蛋白質、大分子有機物。對深度降濁、澄清、除菌和有機大分子物質的分離

、

濃縮、分級、提純等具有非常卓越的效果。在水處理領域，可用來去除水中的膠體、微粒、細菌

、病毒

、熱源及大分子有機物，使水得到凈化

。9納濾技術是反滲透膜過程為適應工業(yè)軟化水的需求及降低成本的經(jīng)濟性不斷發(fā)展的新膜品種。三、納濾NF納濾過程的應用：主要用于飲用水和工業(yè)用水的純化，廢水凈化處理，工藝流體中有價值成分的濃縮等方面。其操作壓力差為0.5~2.0MPa（或0.345~1.035MPa），截留分子量界限為200~1000（或200~500），分子大小約為1nm的溶解組分的分離。10

反滲透是60年代發(fā)展起來的一項高新膜分離技術，它的孔徑很小，大都≤10×10–10（10A），它能去除濾液中的離子范圍和分子量很小的有機物，如細菌、病毒、熱源等。它已廣泛應用于各種液體的提純與濃縮，其中最普通的應用實例是在水處理工藝中，用反滲透技術將原水中的無機離子、細菌、病毒、有機物質及膠體等雜質去除，以獲得高質量的純凈水。四、反滲透RO目前，用于反滲透過程的半透膜主要的二種形式：一種是醋酸纖維，一種是復合膜。11反滲透膜元件：四、反滲透RO12常見的膜分離過程過程膜主要功能推動力微濾(MF)Microfiltration

對稱細孔高分子膜孔徑0.03~10nm濾除

50nm的顆粒壓差~0.1MPa

超濾(UF)Ultrafiltration

非對稱多孔膜孔徑1~20nm濾除5~100nm的顆粒壓差~0.1MPa

反滲透(RO)ReverseOsmosis非對稱性或復合膜孔徑0.1~1nm水溶液中溶解鹽類的脫除壓差1~10MPa

滲析(透析)（D）Dialysis非對稱離子交換膜孔徑1~10nm水溶液中無機酸、鹽的脫除濃度差電滲析(ED)Electrodialysis陰、陽離子交換膜孔徑1~10nm水溶液中酸、堿、鹽的脫除電位差氣體分離(GP)GasPermeation均質膜和非對稱膜濾除

50nm的顆粒壓差1~10Mpa濃度差滲透汽化(PV)Pervaporation復合膜水、有機物的分離滲透邊的分壓下降液膜(L)LiquidMembrane液體保存在多孔膜中鹽、生理活性物質的分離濃度差13膜的分類（Classificationofmembrane）膜生物膜合成膜無機膜固體膜液膜有機膜不對稱膜多孔膜無孔膜不對稱膜對稱膜轉相膜復合膜按來源分類按制造方法分類按形態(tài)/結構分類按材料分類14膜的結構（斷面電鏡照片）納米管膜15限制膜分離過程廣泛使用的一個重要因素。膜污染使膜的透過速率不斷降低，且使低分子量溶質（鹽）的截留率增加，而最終使流動通道堵塞。所以制造不易發(fā)生膜污染的分離膜是非常重要的。膜污染（Membranefouling）

膜被壓實，從而使膜的通道減少。反滲透過程中，由于操作壓差較大，故這一因素的影響較為明顯。膜被壓實本不是真正意義上的膜污染，但因其與膜污染有同樣的效果，故也歸于此；膜孔的有效直徑因被某些溶質阻塞而減小，或部分孔道被完全堵塞；膜表面附著一層凝膠層。形成原因16膜污染（Membranefouling）

解決方法選好膜的種類，考慮包括親水性、荷電性、膜孔結構；必要時可對膜表面進行改性；選擇適宜的膜組件，以保持較好的流動狀態(tài)（流速適當大）；對料液進行必要的預處理，例如預過濾，預滅菌及調(diào)節(jié)適當?shù)膒H值等；適時清洗，可以進行反沖（backflush）和化學清洗（無機酸、有機酸，螯合劑）。但應注意頻繁的清洗會影響膜的壽命；外加場控制，如電場、離心力場和超聲場。1718192021氯堿離子膜氯堿離子膜，既全氟離子膜，是交換膜燃料電池和氯堿工業(yè)中最核心的技術材料。在2010年6月30日前，全世界只有美國杜邦和日本旭化成等極少數(shù)公司擁有此項技術，并對其他國家進行技術封鎖，在世界形成壟斷,價格昂貴。在歷經(jīng)8年科研攻關，于2010年6月30日，山東東岳集團100%國產(chǎn)化的全氟離子膜，在萬噸級氯堿裝置上一次通電成功，打破了美國、日本長期對該項技術的壟斷。標志著我國成為全球第三個擁有氯堿離子膜核心技術和生產(chǎn)能力的國家；而同時，我國自主研發(fā)的交換膜燃料電池用氯堿離子膜也在東岳集團問世，是我國成為第二個可以自主研發(fā)生產(chǎn)交換膜燃料電池用氯堿離子膜的國家。

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§5.2超臨界流體萃取

一、超臨界萃取原理