膜的定義和分類

關(guān)于膜的定義和分類物質(zhì)透過膜的主要三種方式：被動(dòng)傳遞促進(jìn)傳遞主動(dòng)傳遞◆

被動(dòng)傳遞：物質(zhì)由高化學(xué)位相向低化學(xué)位相傳遞，這一化學(xué)位的差就是膜分離過程的推動(dòng)力。壓力差濃度差電位差溫度差推動(dòng)力AAμ‘Aμ‘’Aμ‘A>μ‘’A被動(dòng)傳遞第2頁,共21頁，星期六，2024年，5月◆促進(jìn)傳遞：膜內(nèi)有載體，在高化學(xué)位一側(cè)，載體同被傳遞的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，而在低化學(xué)位一側(cè)又將被傳遞的物質(zhì)釋放，這種傳遞過程有很高的選擇性?！?/p>

主動(dòng)傳遞：膜中的載體同被傳遞物質(zhì)在低化學(xué)位側(cè)發(fā)生反應(yīng)并釋放能量，使被傳遞物質(zhì)由低化學(xué)位一側(cè)被傳遞到高化學(xué)位一側(cè)，物質(zhì)的傳遞方向?yàn)槟婊瘜W(xué)位梯度方向。μ‘A<μ‘’AA+B→ABAAB→A+BAμ‘Aμ‘’A化學(xué)反應(yīng)主動(dòng)傳遞BABμ‘A>μ‘’AA+B→ABAAB→A+BAμ‘Aμ‘’A促進(jìn)傳遞BAB第3頁,共21頁，星期六，2024年，5月膜的分離性質(zhì)選擇性：不同物質(zhì)在兩相中的濃度變化比透過性：?jiǎn)挝煌苿?dòng)力下，物質(zhì)在單位時(shí)間內(nèi)膜的分類：分類依據(jù)分類來源天然膜、合成膜狀態(tài)固體膜、液膜、氣膜材料有機(jī)膜、無機(jī)膜結(jié)構(gòu)對(duì)稱膜（微孔膜、均質(zhì)膜）、非對(duì)稱膜、復(fù)合膜電性非荷電膜、荷電膜形狀平板膜、管式膜、中空纖維膜制備方法燒結(jié)膜、延展膜、徑跡刻蝕膜、相轉(zhuǎn)換膜、動(dòng)力形成墨分離體系氣-氣、氣-液、氣-固、液-液、液-固分離膜分離機(jī)理吸附性膜、擴(kuò)散性膜、離子交換膜、選擇性膜、非選擇性膜分離過程反滲透膜、滲透膜、氣體分離膜、電滲析膜、滲析膜、滲透蒸發(fā)膜透過單位面積膜的量第4頁,共21頁，星期六，2024年，5月10.2.2膜分離過程

在一定傳質(zhì)推動(dòng)力下，利用膜對(duì)不同物質(zhì)的透過性差異，對(duì)混合物進(jìn)行分離的過程。機(jī)理模型：不可逆熱力學(xué)模型傳遞機(jī)理模型膜分離過程：氣體膜分離、滲透蒸發(fā)、滲析、電滲析、反滲透、納濾、超濾、微濾、膜萃取、膜吸收、膜精餾、促進(jìn)傳遞、液膜、氣膜等過程。其中：滲析、電滲析、反滲透、納濾、超濾、微濾技術(shù)已很成熟，應(yīng)用也廣泛。第5頁,共21頁，星期六，2024年，5月10.2.3膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)(1)膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)：主要研究膜的斷面與表面。

均相膜和異相膜均相膜：均勻地呈單相存在；異相膜：不是呈單相存在。

致密膜和多孔膜

致密膜：結(jié)構(gòu)最緊密的膜；多孔膜：結(jié)構(gòu)較疏松的膜。

對(duì)稱膜和非對(duì)稱膜

對(duì)稱膜：膜的厚度方向結(jié)構(gòu)均一、同性；非對(duì)稱膜：同種材料，沿膜的厚度方向上呈不同結(jié)構(gòu)。第6頁,共21頁，星期六，2024年，5月(2)膜的孔①膜孔的結(jié)構(gòu)具有多樣性，不同的膜具有不同的孔結(jié)構(gòu)，同一張膜也會(huì)具有不同的孔結(jié)構(gòu)。

復(fù)合膜：在對(duì)稱或非對(duì)稱的底膜上，復(fù)合上一層很薄的、致密的、有特殊功能的另一種材料的膜層。第7頁,共21頁，星期六，2024年，5月②膜的孔徑、孔徑分布、孔密度和空隙率膜的孔徑:

膜內(nèi)孔的直徑,有最大孔徑和平均孔徑之分；孔徑分布:

某一孔徑的孔體積占整個(gè)孔體積的百分?jǐn)?shù)；孔密度:

單位膜面積上孔的數(shù)目；空隙率:

所有孔體積占整個(gè)膜體積的百分?jǐn)?shù)。③膜的厚度整個(gè)膜厚、膜的某個(gè)層次厚度之分。均質(zhì)膜——一般較厚，透量較?。粡?fù)合膜——可使致密層厚度極薄。第8頁,共21頁，星期六，2024年，5月10.2.4反滲透與納濾(1)反滲透的基本原理溶解-擴(kuò)散理論：①溶劑和溶質(zhì)被吸附溶解于膜表面；②溶劑和溶質(zhì)在膜中擴(kuò)散傳遞，最終透過膜。溶劑溶液膜滲透溶劑溶液∏=ρgH平衡H溶劑溶液反滲透p>∏p第9頁,共21頁，星期六，2024年，5月（2）濃度極化改變操作條件控制濃度極化：①增加原料液的流速；②適當(dāng)提高操作溫度透過快的組分透過慢的組分推動(dòng)力膜濃度極化示意圖第10頁,共21頁，星期六，2024年，5月（3）膜的污染

操作一定時(shí)間后，膜表面被不溶的沉積物所覆蓋，使膜的性能下降。主要原因：原料液處理不當(dāng)所造成的。如：①懸浮顆粒；②膜表面結(jié)垢；③細(xì)菌污染；④金屬氧化物、有機(jī)物、淤泥等。（4）納濾納濾過程與反滲透過程極為相近，納濾膜能夠攔截納米數(shù)量級(jí)的分子。與反滲透相比，納濾水透量大、操作壓力低、成本低納濾可以用于脫除水溶液中的雜質(zhì)和有機(jī)物，如印染水的脫色、飲用水的預(yù)處理等。第11頁,共21頁，星期六，2024年，5月10.2.5超過濾與微孔過濾以壓力為推動(dòng)力的膜分離過程。超濾：截留大分子溶質(zhì)，而允許低分子溶質(zhì)和溶劑通過，從而將大分子與小分子分開。微濾超濾納濾反滲透微粒大分子小分子二價(jià)離子一價(jià)離子水微濾、超濾、納濾、反滲透對(duì)物質(zhì)的截留第12頁,共21頁，星期六，2024年，5月超濾和微濾的截留機(jī)理主要是物質(zhì)在膜表面及微孔內(nèi)的吸附、在孔內(nèi)的停留（阻塞）、膜表面的機(jī)械截留（篩分）、架橋截留和膜內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)截留。機(jī)械截留吸附截留架橋截留膜表面截留膜內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)截留第13頁,共21頁，星期六，2024年，5月10.2.6滲析和電滲析（1）滲析的基本原理

膜兩側(cè)溶液中的溶質(zhì)或溶劑在濃度差的推動(dòng)下透過膜。典型過程：血液透析膜滲吸液溶劑滲出液原液溶質(zhì)溶劑ABx1x2溶劑＋擴(kuò)散物質(zhì)滲透過程原理第14頁,共21頁，星期六，2024年，5月（2）電滲析的基本原理溶液中的離子在電位差的推動(dòng)下，通過荷電膜而同其他不帶電的組分分開。電滲析過程的基本原理：陽膜：帶負(fù)電的陽離子傳遞膜陰膜：帶正電的陰離子傳遞膜電滲析廣泛地應(yīng)用于苦鹽水脫鹽，是世界上某些地區(qū)生產(chǎn)淡水的主要方法。濃溶液稀溶液電極沖洗液原料液陽極陰極CACA電滲吸過程原理第15頁,共21頁，星期六，2024年，5月10.2.7氣體膜分離過程（1）氣體膜分離的機(jī)理

氣體混合物在膜兩側(cè)分壓差的作用下，各組分氣體以不同滲透速率透過膜，使混合氣體得以分離或濃縮的過程。描述氣體通過高分子膜的主要參數(shù)：①滲透率P：描述膜的氣體透過性；②滲透系數(shù)J：?jiǎn)挝粫r(shí)間、單位膜面積、單位推動(dòng)力作用下所透過氣體的量；③分離系數(shù)α：描述氣體分離膜的選擇性，一般將其定義為兩種氣體i，j滲透系數(shù)之比。第16頁,共21頁，星期六，2024年，5月（2）氣體膜分離的主要應(yīng)用

①氫氣的回收利用；②從空氣中制取富氮?dú)怏w和富氧氣體。10.2.8滲透蒸發(fā)過程在膜的原料側(cè)是液體混合物，膜的另一側(cè)為氣相真空或負(fù)壓操作，混合物的各組分在分壓差作用下，以不同速率從膜的一側(cè)蒸發(fā)并滲透到膜的另一側(cè)，從而達(dá)到分離濃縮的目的。區(qū)別于其他膜過程的重要特點(diǎn)是有相變。假設(shè)過程分兩步完成：①進(jìn)料液體在膜進(jìn)料側(cè)蒸發(fā)形成飽和蒸汽，②飽和蒸汽透過膜到達(dá)膜的滲透?jìng)?cè)。主要應(yīng)用：有機(jī)溶劑脫水、水的凈化、有機(jī)混合物分離。第17頁,共21頁，星期六，2024年，5月10.2.9其他膜過程（1）控制釋放指：用分離膜控制藥物的釋放速度和作用時(shí)間，被應(yīng)用于醫(yī)療和農(nóng)業(yè)等方面。時(shí)間濃度有效時(shí)間常規(guī)釋放控制釋放有效濃度兩種不同給藥方式的對(duì)比第18頁,共21頁，星期六，2024年，5月（2）膜反應(yīng)器膜反應(yīng)器中，可以利用膜的選擇透過性，連續(xù)脫除某些反應(yīng)產(chǎn)物，保留反應(yīng)物或中間產(chǎn)物，以促使反應(yīng)不斷向生成物方向進(jìn)行，提高可逆反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，減少未反應(yīng)物的循環(huán)量。分為兩大類：催化膜反應(yīng)器、惰性膜反應(yīng)器。第19頁,共21頁，星期六，2024年，5月基礎(chǔ)研究過程開發(fā)過程優(yōu)化低速增長(zhǎng)價(jià)格穩(wěn)定性高速增長(zhǎng)使用可靠性技術(shù)狀況出售狀況MDMRMECATFTMDMFdMELMPVGSCREDROUFMFDD-滲吸；LM-液膜；MF-微孔過濾；ME-膜電解；UF-超過濾；MEd-