膜分离基础1609.pptx

1、复旦大学高分子科学系复旦大学高分子科学系平郑骅平郑骅 教授教授 13818813645， n分离膜的定义分离膜的定义是一种超薄介质，通过不同物质在介质两侧存在不同的化学位差，来达到分离的目的。n分离膜的特点：分离膜的特点：n介质：可以是固体（如聚合物分离膜或无机膜），介质：可以是固体（如聚合物分离膜或无机膜），也可以是液体（如液膜或支撑液膜）。也可以是液体（如液膜或支撑液膜）。n特点：具有选择透过性，具有分离，纯化特点：具有选择透过性，具有分离，纯化 、富集、富集等功能。等功能。n 推动力推动力：膜两侧的化学势差：温度、压力、膜两侧的化学势差：温度、压力、 浓度或电位差浓度或电位差n传传质方式

2、质方式 被动传质、促进传被动传质、促进传质和活性传质质和活性传质B(EDA)A+B被动传质被动传质m1m2促进传质促进传质m1m2n有孔膜：中性孔模型有孔膜：中性孔模型（大多数微孔膜）（大多数微孔膜）：筛筛分原理，取决于膜的孔径和分离物的粒径分原理，取决于膜的孔径和分离物的粒径n无孔膜：溶解扩散模型无孔膜：溶解扩散模型（反渗透膜、气体（反渗透膜、气体分离膜和渗透汽化膜）：取决于分离物在膜分离膜和渗透汽化膜）：取决于分离物在膜中的溶解、扩散性质中的溶解、扩散性质n离子膜：离子交换模型离子膜：离子交换模型（离子交换膜）：取（离子交换膜）：取决于膜同分离物间的电荷相互作用。决于膜同分离物间的电荷相互

3、作用。 驱动力膜进料侧渗透侧驱动力膜进料侧渗透侧膜进料侧渗透侧+n特点：高效率高效率低能耗（无相变）低能耗（无相变）常温或低温操作常温或低温操作两相不直接接触两相不直接接触10体积小，成本低体积小，成本低设备可集成化易操作设备可集成化易操作无二次污染无二次污染可回收部分资源可回收部分资源n 应用领域： 可部分代替传统化工分离法,具节能减排的功效。n液固分离，沉降：速度慢。沉降：速度慢。过滤：液固分离，宜形成滤饼。过滤：液固分离，宜形成滤饼。n液液分离蒸馏：处理量大，有相变，能耗大；蒸馏：处理量大，有相变，能耗大；萃取：分离选择性高，溶剂消耗量大。萃取：分离选择性高，溶剂消耗量大。n气体分离：低

4、温加压蒸馏：能耗高低温加压蒸馏：能耗高n17481748年，耐克特（年，耐克特（A. NelktA. Nelkt）发现水能自动地扩）发现水能自动地扩散到装有酒精的猪膀胱内，开创了膜渗透的研究。散到装有酒精的猪膀胱内，开创了膜渗透的研究。1314n18611861年，施密特（年，施密特（A. SchmidtA. Schmidt）首先提出了超）首先提出了超过滤的概念。他提出，用比滤纸孔径更小的棉过滤的概念。他提出，用比滤纸孔径更小的棉胶膜或赛璐酚膜过滤时，若在溶液侧施加压力，胶膜或赛璐酚膜过滤时，若在溶液侧施加压力，使膜的两侧产生压力差，即可分离溶液中的细使膜的两侧产生压力差，即可分离溶液中的细菌

5、、蛋白质、胶体等微小粒子，其精度比滤纸菌、蛋白质、胶体等微小粒子，其精度比滤纸高得多。这种过滤可称为超过滤。按现代观点高得多。这种过滤可称为超过滤。按现代观点看，这种过滤应称为微孔过滤。看，这种过滤应称为微孔过滤。n19611961年，米切利斯（年，米切利斯（A. S. MichealisA. S. Michealis）等人用）等人用各种比例的酸性和碱性的高分子电介质混合物以各种比例的酸性和碱性的高分子电介质混合物以水水丙酮丙酮溴化钠为溶剂，制成了可截留不同分溴化钠为溶剂，制成了可截留不同分子量的膜，这种膜是真正的超过滤膜。美国子量的膜，这种膜是真正的超过滤膜。美国AmiconAmicon公司

6、首先将这种膜商品化。公司首先将这种膜商品化。15n5050年代初，为从海水或苦咸水中获取淡水，开始年代初，为从海水或苦咸水中获取淡水，开始了反渗透膜的研究。了反渗透膜的研究。n19671967年，年，DuPontDuPont公司研制成功了以尼龙公司研制成功了以尼龙6666为主为主要组分的中空纤维反渗透膜组件。同一时期，丹要组分的中空纤维反渗透膜组件。同一时期，丹麦麦DDSDDS公司研制成功平板式反渗透膜组件。反渗公司研制成功平板式反渗透膜组件。反渗透膜开始工业化。透膜开始工业化。n 60 60年代初年代初, , 马丁（马丁（MartinMartin）将液体涂覆在多孔膜）将液体涂覆在多孔膜之上的

7、，制成具有分离效果的支撑液膜。之上的，制成具有分离效果的支撑液膜。n6060年代中期，美籍华人黎念之博士发现表面活性年代中期，美籍华人黎念之博士发现表面活性剂能在水和油相间形成界面膜，发明了不带有固体剂能在水和油相间形成界面膜，发明了不带有固体膜支撑的新型液膜，并于膜支撑的新型液膜，并于19681968年获得专利。年获得专利。n7070年代初，卡斯勒（年代初，卡斯勒（CusslerCussler）又研制成功含流动）又研制成功含流动载体的液膜。载体的液膜。17n上世纪上世纪6060年代中期，膜分离技术真正实现了年代中期，膜分离技术真正实现了工业化。首先出现的分离膜是超过滤膜（简工业化。首先出现的

8、分离膜是超过滤膜（简称称UFUF膜）、微孔过滤膜（简称膜）、微孔过滤膜（简称MFMF膜）和反渗膜）和反渗透膜（简称透膜（简称RORO膜）等。膜）等。n8080年代气体分离膜研制成功。年代气体分离膜研制成功。18n均质膜均质膜：固体均质膜固体均质膜( (包括离子交换膜包括离子交换膜) )和液体和液体均质膜（液膜）均质膜（液膜）溶剂挥发法溶剂挥发法n多孔膜多孔膜：1.1.对称膜：断面具有对称结构的微孔膜：对称膜：断面具有对称结构的微孔膜：烧结膜、烧结膜、拉伸膜和毛细管膜；拉伸膜和毛细管膜；2.2.不对称膜：断面具有不对称结构的微孔膜：不对称膜：断面具有不对称结构的微孔膜：相相转变膜和复合膜（涂布法

9、或界面缩聚法成膜）。转变膜和复合膜（涂布法或界面缩聚法成膜）。材料类别主要聚合物纤维素类二醋酸纤维素 (CA), 三醋酸纤维素 (CTA), 醋酸丙酸纤维素 (CAP)，再生纤维素 (REC), 硝酸纤维素 (CN)聚酰胺类芳香聚酰胺类 (PI), 尼龙-66 (NY-66), 芳香聚酰胺酰肼 (PPP), 聚苯砜对苯二甲酰 (PSA)芳香杂环类聚苯并咪唑 (PBI), 聚苯并咪唑酮 (PBIP), 聚哌嗪酰胺 (PIP), 聚酰亚胺 (PMDA)聚砜烃类聚砜 (PS), 聚醚砜 (PES), 磺化聚砜 (PSF), 聚砜酰胺 (PSA)聚烯烃类聚乙烯醇 (PVA), 聚乙烯 (PE), 聚丙

10、烯 (PP), 聚丙烯腈 (PAN), 聚碳酸酯 (PV), 聚丙烯酸 (PAA), 聚四甲基戊烯（P4MP）硅橡胶类聚二甲基硅氧烷 (PDMS), 聚三甲基硅氧丙炔 (PTMSP), 聚乙烯基三甲基硅烷 (PVTMS)含氟高分子 聚全氟磺酸，聚偏氟乙烯 (PVDF), 聚四氟乙烯 (PTFE）其他壳聚糖 (TA), 聚电解质络合物1)1) 溶液涂层挥发法溶液涂层挥发法平板玻璃玻棒n溶液配制：浓度：3%10%左右， 浇铸液要先过滤并静置脱泡2) 2) 水面扩展挥发法水面扩展挥发法铸膜液四氟棒四氟棒水n制备方法：制备方法： 是由无机或聚合物粉末在低于熔点的温度下烧结而成。是由无机或聚合物粉末在低

11、于熔点的温度下烧结而成。膜孔径决定于粉末的粒径。膜孔径决定于粉末的粒径。n原料：原料：无机粉末：硅酸盐、石墨、金属粉末和金属氧化物如无机粉末：硅酸盐、石墨、金属粉末和金属氧化物如ZrOZrO2 2等，等，聚合物粉末：聚四氟乙烯，聚乙烯和聚丙烯等。聚合物粉末：聚四氟乙烯，聚乙烯和聚丙烯等。n孔径尺寸：孔径尺寸：在1-20m之间（微滤膜） 烧结膜的孔径主要取决于粉末粒子的粒径。烧结膜的孔结构较不规整。n厚度：厚度：几微米到几十微米。可制成板式或管式。n 制备成本低，金属烧结膜的热稳定性好。n用于微滤，如自来水脱锈，废机油回收等。 陶瓷烧结膜堇青石膜PE烧结滤芯金属烧结滤芯n原料：原料：结晶高聚物如

12、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯等n制备方法：制备方法：在熔融挤出过程中高速牵伸，使聚合物分子在垂直于牵伸方向上结晶，形成片晶结构。将上述材料在冷却后进一步牵伸。在张力下退火，就能使片晶拉开形成微孔结构。熔融纺丝制备中空纤维膜示意图齿轮泵空气冷凝喷丝头氮气聚合物熔料高速卷绕聚合物熔料氮气聚四氟乙烯微孔膜聚丙烯微孔膜n孔径尺寸在孔径尺寸在0.1 2 2 m mm m 之间，之间，n空孔率在空孔率在40% 90%之间变化。之间变化。n拉伸膜的厚度较小，一般为拉伸膜的厚度较小，一般为20 50 m mm m 。n具有极高的拉伸强度。具有极高的拉伸强度。n制备成本低制备成本低n但憎水性高，使用时表面需亲水处

13、理。但憎水性高，使用时表面需亲水处理。n可制成薄膜或中空纤维。n生产厂：美国Selanese公司。产品的注册商标为Selegar。n主要用途：水过滤器。可用作支撑液膜的支撑体和膜蒸馏。医用：人工肺商用：锂电池隔膜，美国Gore公司将其做成防雨布制备帐蓬、睡袋及运动衣等，具有透气性好的特点。n原料：聚碳酸酯膜n制备方法：径迹-刻蚀法。 将厚度为20-30mm的膜用重离子轰击，使受辐照的部分的化学键发生断裂。然后用化学蚀刻剂进行蚀刻。n膜的空孔率或孔密度决定于辐照时间。n毛细管孔膜的孔径取决于刻蚀的时间。刻蚀时间越长，孔径越大。溶剂刻蚀重离子轰击PC膜n用途：毛细管孔膜的孔径分布窄，可以用于分析化

14、学和生物工程中的精密过滤和超纯水制备。n缺点：毛细管孔膜的价格比较昂贵，透量也较低，使它的应用受到限制。n相转变法是Loeb与Sourirajan在1960年发明的。目前已发展成为高分子微孔膜制备的主要方法。n制膜过程： 聚合物铸膜液 脱泡 无纺布上流涎成膜在室温下放置少许时间使表面溶剂挥发将膜浸入沉淀浴（水）中形成微孔膜 70oC左右热处理使孔均匀。 n成膜后，浸入沉淀浴中，制得的微孔膜通常是有皮层的不对称微孔膜。n干燥后，在四周用美工刀割开，浸在水中使剥离平板刮膜机示意图A.无纺布辊 B. 张力辊 C. 刮水器 D. 浇注液E. 刮刀 F. 沉淀浴 G. 收卷辊 n沉淀剂注入方式不同，可得

15、到外皮层，内皮层和双皮层的中空纤维膜。n分别得到外压式、内压式的膜。外压式膜的耐压较高。n表皮层（活性层）：表皮层（活性层）：致密，具分离功能。厚度约0.25 m。孔径为8 20A; n过渡层：过渡层：在活性层和支撑层之间；n支撑层：支撑层：厚度100m 左右，结构比较疏松，孔隙大。孔径为 0.10.4m。皮层皮层过渡层过渡层支撑层支撑层无纺布无纺布45 海绵状孔海绵状孔 指状孔指状孔如溶液快速沉淀时，会形成指状孔。 指状孔膜脱盐率低，透量大，但膜的耐压性差。n 沉淀速度很慢时，则会形成海绵状孔。 海绵状孔的分离性好，但通量稍差。常用作RO膜n 内外两面均通沉淀剂，使形成双皮层。n 具有高透量

16、，无大孔缺陷等优点。n 双皮层指状孔为自支撑结构，更耐压，同时更有利于反洗；避免了单皮层反洗时，可能造成的无法恢复的孔污染的缺点。n制膜液的组成制膜液的组成：a. a. 聚合物：聚合物：含量约10 25%, 如醋酸纤维素，聚砜，磺化聚砜，聚醚酮等b.b. 溶剂：溶剂：能溶于水、添加剂、聚合物；在冷浸时先于添加剂浸出。如丙酮、DMF、DMSO等。 浓度高，孔径小，选择性高，但通量低。浓度高，孔径小，选择性高，但通量低。c c. . 添加剂添加剂 ( (致孔剂致孔剂) )n能与聚合物/溶剂共混，溶于水；在溶剂后被浸出。n无机添加剂无机添加剂: Mg+2, Na+, Li+, Al+3, H+, N

17、H4+, Zn+2, Fe+3, Ba+2等的过氯酸盐。如Mg(ClO4)2。n有机添加剂有机添加剂: 甲酰胺、二甲基乙酰胺、尿素、二甲亚砜，乙二醛、N-甲基-2-吡咯烷酮、醋酸、磷酸三乙酯等。n聚合物添加剂聚合物添加剂：如聚乙烯吡咯烷酮，PEO等添加剂的用量和种类影响孔径和孔隙率添加剂的用量和种类影响孔径和孔隙率n蒸发时间：蒸发时间长，孔径小。n沉淀浴组成：沉淀速度慢孔径小。n冷浸温度：冷浸温度低孔径小。n热处理温度：使孔径均匀化。n原理：聚合物与高沸点、低分子量溶剂能在高温下互溶，降温时产生相分离，经萃取脱除溶剂成微孔膜。n常用聚合物与溶剂体系举例：PVDF+DBP(邻苯二甲酸二丁酯）或其

18、他混合溶剂PEVA+PEGPP+二苯醚或茨烯n溶液制备（高温溶解）与高沸点低分子量的液态或固态稀释剂混合在高温时形成均相溶液n浇铸成膜：将液制成所需要的形状(平板、中空纤维或管状）n冷却溶液使其发生相分离n除去稀释剂，常用溶剂萃取n除去萃取剂得到微孔结构。n孔径取决于添加剂的比例和冷却速率等。n特点：特点：强度高、保持一定的结晶度。孔径均匀，孔隙率高，透气透水性好工艺简单，制造成本低。n主要用途：MBR膜及电池隔膜。n膜的渗透通量与膜的厚度成反比关系，为了提高膜的渗透通量与膜的厚度成反比关系，为了提高膜的强度，常制成复合膜，让活性分离层固载在膜的强度，常制成复合膜，让活性分离层固载在支撑膜上。

19、支撑膜上。n表面涂覆（气体分离膜和渗透汽化膜）表面涂覆（气体分离膜和渗透汽化膜）如聚硅氧烷涂覆在聚砜微孔膜上制成的用于气体分离如聚硅氧烷涂覆在聚砜微孔膜上制成的用于气体分离的复合膜的复合膜PVAPVA涂覆在涂覆在PANPAN微孔膜上制成的用于醇微孔膜上制成的用于醇- -水分离的渗透水分离的渗透汽化膜汽化膜n界面聚合（纳滤膜和反渗透膜）界面聚合（纳滤膜和反渗透膜）如芳香聚酰氨反渗透膜的制备如芳香聚酰氨反渗透膜的制备 二元酰氯 二胺 聚酰胺溶于氯仿相 溶于水n共混法共混法( (非均相膜）：将离子交换树脂混入非均相膜）：将离子交换树脂混入PEPE、PVCPVC等成膜材料中压制成膜。以无纺布作支撑。等

20、成膜材料中压制成膜。以无纺布作支撑。n用高分子材料如丁苯橡胶、纤维素衍生物、用高分子材料如丁苯橡胶、纤维素衍生物、聚四氟乙烯、聚丙烯膜等制成多孔膜，然后聚四氟乙烯、聚丙烯膜等制成多孔膜，然后引入引入StSt或或MMAMMA等，在膜内聚合，再通过化学反等，在膜内聚合，再通过化学反应引入离子基团。应引入离子基团。nPEPE光引发磺化，制成阳离子交换树脂。光引发磺化，制成阳离子交换树脂。n中空纤维式（表面积最大，无支撑，价格低）中空纤维式（表面积最大，无支撑，价格低）n管式（表面积小，价格较高，耐污性好）管式（表面积小，价格较高，耐污性好）n板框式（表面积小，价格高，耐污性好）板框式（表面积小，价格

21、高，耐污性好）n卷式（表面积大，价格适中，耐污性较好）卷式（表面积大，价格适中，耐污性较好）5960封头壳体原料残留液透过液原料渗透物渗透物浓缩物62原料原料渗透物渗透物家用净水器过滤头家用净水器过滤头原料渗透物截留物 膜 膜原料渗透物渗透物膜间隔物截留物65中 心渗透管渗透物原料膜原料侧间 隔 网膜截留物渗透物v微滤v超滤v纳滤v反渗透 v膜蒸馏v膜萃取v透析 v渗透蒸发v电渗析v气体分离膜的种类膜的功能驱动力透过物质截留物质微滤多孔膜、溶液的微滤、脱除微粒压力差水、溶剂、溶解物悬浮物、细菌、微粒子超滤脱除溶液中的胶体及大分子物质压力差溶剂、离子、小分子蛋白质,酶,细菌,病毒,乳胶反渗透脱除

22、溶液中的盐类及小分子物压力差水、溶剂盐、糖类、氨基酸等纳滤脱除溶液中二价盐类和低分子物压力差水、低价离子高价离子、小分子物渗析脱除溶液中的盐类及小分子物浓度差离子、低分子物、酸碱无机盐、尿素、糖类等电渗析脱除溶液中的离子电位差离子无机、有机离子气体分离气体、气体 与蒸汽的的分离压力差易透过气体不易透过气体渗透汽化溶液混合物的分离压力差蒸汽液体、盐、有机分子等n反渗透、纳滤、超滤和微滤，孔径由小至大，运行压力由大至小。n常用相转变法制备 微滤 超滤 反渗透 0.1 1.0 10 0.01 100 0.1 1000 1 10000 nm 100mm 氢离子、 水 氢氧离子 无机离子、 低分子有机物

23、 高分子有机物 胶体、病毒 微细油珠 细菌、悬浮物 纳滤 n纯水通量V: 透过液体积 （L）A：膜面积 （m2）t：时间 （h）n截留率Cp: 渗透液浓度C0：原料液浓度(%)100CCpR)./( 2mhLAtVJ单位：n膜的制备：烧结膜、拉伸膜和相变膜n材质：PE，PP，PTF，PAN，醋酸纤维素（PA），PVC，聚醚砜等。n工作压力：0.2MPa以下。n用于固液分离，去除溶液中的微米级悬浮物。如果汁、饮料、酱油、口服液的澄清处理等。也常用于反渗透的前处理。针头过滤器离心过滤器n微滤可去除水中的悬浮粒子、微生物和细菌。n膜材料：膜材料：纤维素酯类：二醋酸、三醋酸酯。聚砜类：聚砜、聚醚砜及相

24、应的磺化物，高分子含氟材料：PVDF:聚偏氟乙烯n工作压力：工作压力：0.20.7MPan可用于分离不同分子量的可溶性物质，如分子量分级。也可用于注射液澄清处理。 n制膜材料：聚电解质如磺化聚醚砜等制膜材料：聚电解质如磺化聚醚砜等n制膜方法：界面聚合或表面接枝聚合制膜方法：界面聚合或表面接枝聚合n分离机理：筛分原理静电相斥原理分离机理：筛分原理静电相斥原理n工作压力：工作压力：0.70.71.5MPa1.5MPan用途：用途： 纯净水制备纯净水制备 分离小分子量有机物（分离小分子量有机物（150150600600） 去除价盐去除价盐原理：在盐水侧施加一个大于其渗透压的力，盐水中的淡水就会透过渗

25、透膜，得到可饮用的纯净水。 所用的渗透膜只能让分子尺寸很小的水分子透过，不让其他分子透过。因此，能用于脱盐。n用界面聚合制备的聚酰胺类复合膜用界面聚合制备的聚酰胺类复合膜n工作压力：工作压力：0.70.77MPa7MPan用途：纯净水制备或水溶液产品浓缩用途：纯净水制备或水溶液产品浓缩n存在问题：浓水处理。存在问题：浓水处理。n溶液溶液预处理预处理加压泵加压泵RORO膜膜出水出水砂滤砂滤：除悬浮物活性炭活性炭：除有机物交换树脂交换树脂：去离子精密过滤精密过滤：去三级过滤中带出的固体臭氧臭氧：杀菌n利用温差（饱和蒸汽压差）进行分离。利用温差（饱和蒸汽压差）进行分离。n纯水制备，污水处理纯水制备，

26、污水处理n使用憎水型微孔膜。水汽能透过，水不能透使用憎水型微孔膜。水汽能透过，水不能透过过 膜PP或PTFE微孔膜热污水冷纯水浓缩污水纯水n利用真空使溶剂挥发。由于膜面积大，蒸发效率高。常用于海水淡化和含盐废水的处理。目前在远洋海轮中得到应用，可利用柴油机废热。膜PP或PTFE微孔膜污水或海水浓缩污水或盐水纯水（或净水）真空1 1）海水淡化和苦咸水淡化：）海水淡化和苦咸水淡化： 水资源的匮缺，需要我们向大海要淡水。水资源的匮缺，需要我们向大海要淡水。n含盐含盐量量 3.5%，p p 2.4MPa。n常用技术：反渗透、纳滤、膜蒸馏和电渗析常用技术：反渗透、纳滤、膜蒸馏和电渗析n反渗透膜：脱盐率9

27、9%，水的回收率：海水淡化为30-45%，其他为70%。 制水成本约 35元/Tn采用二级淡化，先将含盐量降低到采用二级淡化，先将含盐量降低到500mg/L500mg/L以下。以下。一级淡化泵的操作压力为一级淡化泵的操作压力为5.65.610MPa10MPa，脱盐率在，脱盐率在99%99%以上，水的回收率一般不大于以上，水的回收率一般不大于30%30%。n二级淡化泵的操作压力只需二级淡化泵的操作压力只需4.04.05.6MPa5.6MPa，水的回，水的回收率较高。收率较高。n荣成市三面环海，是资源性缺水城市，荣成市三面环海，是资源性缺水城市，9999年和年和20002000年连续两年严重干旱，

28、降水量仅年连续两年严重干旱，降水量仅200200毫米。毫米。 许多企许多企业处于停产和半停产状态。业处于停产和半停产状态。n20022002年建成反渗透海水淡化工程，年建成反渗透海水淡化工程， 产水量产水量 1 1 万吨万吨/ /天。天。电耗电耗 5.5kw/5.5kw/吨水。吨水。水回收率水回收率3535 4040 n沙特阿拉伯沙特阿拉伯7070以上的饮用水都来自于海水以上的饮用水都来自于海水淡化工厂，总数目将达淡化工厂，总数目将达3030个左右。个左右。n该国的总人口在该国的总人口在20102010年达年达29002900万，按人均万，按人均300L/d300L/d计，水的年需求量为计，水

29、的年需求量为3030亿立方米。亿立方米。 n要求：去除硬离子钙和镁要求：去除硬离子钙和镁n可用的膜技术：可用的膜技术：RORO、NFNF电渗析、电渗析、EDIEDIn水资源的污染和自来水中存在杂质如细菌、水资源的污染和自来水中存在杂质如细菌、病毒、铁锈、可溶性有机物、钙镁等离子及病毒、铁锈、可溶性有机物、钙镁等离子及重金属离子、氯气等，用作饮用水需进行处重金属离子、氯气等，用作饮用水需进行处理。理。n常用处理方法：常用处理方法：沉淀法：加明矾沉淀只能去除悬浮杂质沉淀法：加明矾沉淀只能去除悬浮杂质过滤法：如砂滤等只能去除悬浮杂质过滤法：如砂滤等只能去除悬浮杂质吸附法：用活性碳等吸附剂易饱和吸附法

30、：用活性碳等吸附剂易饱和深度处理：膜法深度处理：膜法水质好。水质好。n膜分离器：膜分离器：微滤膜组件：可在自来水压下操作，除去细菌超滤膜组件：可在自来水压下操作，除去细菌、病毒反渗透组件：在加压下操作，除去细菌、病毒和所有金属盐。价格稍高（售价约1500元）。出水纯度高，但水的利用率低。大流量管道式三级过滤净水器大流量管道式三级过滤净水器PPPP棉棉-活性碳芯活性碳芯-超滤膜超滤膜 反渗透净水器陶瓷膜净水器微滤n水质：水质：RORO最好，最好，UFUF次之次之n出水量：出水量：MFUFROMFUFROn水利用率：水利用率：MFMF、UFROUFROn水压：水压：ROUFMFROUFMFn价格：

31、价格： ROUF ROUFMFMFn定期更换滤芯：定期更换滤芯：PPPP棉滤芯（除铁锈等固体杂质）：三个月棉滤芯（除铁锈等固体杂质）：三个月活性碳（除有机物和重金属离子等）：半年活性碳（除有机物和重金属离子等）：半年烧结活性碳（作用同上，并阻挡碎活性碳）半年烧结活性碳（作用同上，并阻挡碎活性碳）半年后置活性碳或麦饭石滤芯（改善口感）一年后置活性碳或麦饭石滤芯（改善口感）一年离子交换树脂滤芯（去钙镁）视水质定离子交换树脂滤芯（去钙镁）视水质定n膜组件更换：一般膜组件更换：一般2 2年，平时需常反冲。年，平时需常反冲。n人工肺人工肺n人工肾人工肾n缓释药物缓释药物n原理：氧气以微气泡形式透过薄膜进

32、入血液n常用膜nPP拉伸膜n硅橡胶膜（透量小）n 血液中的毒素通过膜渗析至净洗液中n常用膜（孔径0.2m）n铜氮纤维素膜nPAN微滤膜 中毒浓度 有效浓度 t (时间) 血 中 浓度 缓释服药 常规服药 治疗青光眼缓释药膜n药物纯化：药物纯化：注射液去内毒素（注射液去内毒素（MnMn1000010000）超滤）超滤中药饮剂去多糖等高分子量无效物质超滤中药饮剂去多糖等高分子量无效物质超滤挂盐水去微米以上微粒（挂盐水去微米以上微粒（4040个个/L)-/L)-微滤微滤n药物制备药物制备多糖提取多糖提取n膜生物反应器膜生物反应器n电镀污水处理电镀污水处理n城市污水处理城市污水处理自然界中存在的微生物

33、能分解污水中的有机污染物，自然界中存在的微生物能分解污水中的有机污染物，使污水得以净化。使污水得以净化。工艺流程：污水在曝气池被好氧菌（活性污泥）分解，工艺流程：污水在曝气池被好氧菌（活性污泥）分解，生成的净水在二沉池中与微生物分离。沉淀的污泥部生成的净水在二沉池中与微生物分离。沉淀的污泥部分回流至曝气池，以保持污泥浓度。分回流至曝气池，以保持污泥浓度。曝气池二沉池n膜分离器直接浸没在生物曝气池中。膜的作膜分离器直接浸没在生物曝气池中。膜的作用是将污泥和水分离，使微米级以下的微粒用是将污泥和水分离，使微米级以下的微粒和微生物无法透过膜。常用和微生物无法透过膜。常用PVDFPVDF制膜。制膜。n

34、无需建造二沉池，节省了基建投资无需建造二沉池，节省了基建投资n污泥浓度比活性污泥法提高污泥浓度比活性污泥法提高2 23 3倍，容积负倍，容积负荷大（单位体积荷大（单位体积CODCOD去除量去除量kgCOD/MkgCOD/M3 3.d.d）。）。n去氨氮效果好。去氨氮效果好。n污泥量较少。污泥量较少。n出水水质好。水可以循环再利用。出水水质好。水可以循环再利用。n膜组件在低压下工作膜组件在低压下工作(0.02MPa),(0.02MPa),通量低通量低（25L/m25L/m2 2.h).h)n投资费用较高。投资费用较高。n膜容易污染，管理难度较大。膜容易污染，管理难度较大。把菌先培养好，定时反冲，

35、定期清洗。把菌先培养好，定时反冲，定期清洗。选用平板膜选用平板膜n进水：生活污水，进水：生活污水，CODCOD约约500mg/L500mg/L，其出水中的，其出水中的污染物含量为：污染物含量为：nCODcrCODcr 20 mg/L20 mg/L； nBOD5 BOD5 5 mg/L 5 mg/L； nSS (SS (悬浮物悬浮物) ) 5 mg/L 5 mg/L； nNHNH3 3-N -N 0.5 mg/L 0.5 mg/L； nTP TP （总磷）（总磷） 0.5 mg/L0.5 mg/L； n pHpH： 6 69 9n电镀废水常用处理方法电镀废水常用处理方法-化学沉淀法。化学沉淀法。

36、加入絮凝剂，加入絮凝剂，加入碱，使生成金属的氢氧化物沉淀加入碱，使生成金属的氢氧化物沉淀n沉淀法：沉淀法：通过向废水中加入化学药剂，通过向废水中加入化学药剂，使与使与废水中的离子或极性物质形成沉淀物从废水废水中的离子或极性物质形成沉淀物从废水中去除。中去除。加入絮凝剂，加入絮凝剂，加入碱，使生成金属的氢氧化物沉淀加入碱，使生成金属的氢氧化物沉淀nDFDF膜（美膜（美DuraflowDuraflow生产的管式微滤膜）生产的管式微滤膜）-一一种不用加絮凝沉淀剂的分离技术种不用加絮凝沉淀剂的分离技术nNiNi+2+2 + 2 OH + 2 OH- - Ni(OH) Ni(OH)2 2 （pH10）原

37、工艺：加絮凝剂沉淀，原工艺：加絮凝剂沉淀，NiNi盐无法回收盐无法回收新工艺：沉淀用新工艺：沉淀用DFDF膜过滤分离，膜过滤分离，NiNi盐可回收。盐可回收。nDFDF膜特点：高速剪切运行，耐污染性好。膜特点：高速剪切运行，耐污染性好。n管径：管径：4.8 cm,4.8 cm,管长管长1.8m,1.8m,表面积：表面积：0.14m0.14m2 2n孔径：孔径：0.10.1m mm mn材质：材质：PVCPVC或或PVDFPVDFn最大运行压力：最大运行压力：60psi60psi，温度：，温度：4343o oC Cn流速：流速：8m8m3 3/h/h，产水率：，产水率：0.1m0.1m3 3/h

38、.4/h.4根根n线速度：线速度：1 m/min1 m/min以上以上n常用常用RORO膜技术膜技术n进水水质要求：进水水质要求：参数参数单位单位最高限制最高限制条件和备注条件和备注浊度浊度NTU2 2建议：1NTUSDISDI151515 5建议：3油脂油脂mg/l0.10.1TOCTOCmg/l3 3CODCODmg/l1010BODBODmg/l5 5余氯余氯mg/l0.10.1建议：0.05六价六价铬铬mg/l0.10.1建议：0.05二价铁二价铁mg/l4 4三价铁三价铁mg/l0.050.05铝铝mg/l0.050.0510mg/l锰锰mg/l0.050.05 16M-cm 16M

39、-cmn回收率回收率909095%95%n电耗电耗0.120.121.06 KWh/M1.06 KWh/M3 3n优点优点：可可完全根除酸碱对环境的污染。是一种完全根除酸碱对环境的污染。是一种值得推广的水处理技术。这种技术的设备投资费用值得推广的水处理技术。这种技术的设备投资费用较高，但由于树脂的使用寿命长，节省了污水处理较高，但由于树脂的使用寿命长，节省了污水处理和排放的费用。和排放的费用。n电解法制烧碱nNafion 全氟磺酸膜n90年全世界膜法制碱达860万吨/年， 占18%。nNaOHNaOH浓度高：达浓度高：达3030 35%35%，最高达，最高达4040 50%50% 隔膜法仅为隔

40、膜法仅为1010 12%12%，水银法为，水银法为50%50%。n能耗低：比水银法节电能耗低：比水银法节电 900900 1000 kWh/T1000 kWh/T， 比隔膜法低比隔膜法低 150150 250 kWh/T250 kWh/T。nNaOHNaOH质量好：盐含量为质量好：盐含量为 2020 35mg/L35mg/L， 水银法水银法50mg/L0.01mm孔的测定，且两端为开放的直通孔。n由毛细孔径与表面张力间的关系，根据在给定压力由毛细孔径与表面张力间的关系，根据在给定压力下，进入膜中的汞的体积计算微孔膜的孔径及分布。下，进入膜中的汞的体积计算微孔膜的孔径及分布。测定孔径范围：测定孔

41、径范围：5 nm 5 nm 10 10 m mm m。n其中其中 为为480480dyn/cm (0.48N/m)， =140n适于小孔径的测定适于小孔径的测定：r r 几十几十nmnm。n测定液氮在膜中的吸附量，由测定液氮在膜中的吸附量，由KelvinKelvin方程，方程， P P为测量压力，为测量压力，P P0 0为饱和蒸气压，为饱和蒸气压， 为液氮的表面张力，为液氮的表面张力，V V为液氮的为液氮的molmol体积，体积，r rk k为临界孔半径，为临界孔半径， 为接触角。为接触角。n测定在不同分压下测定在不同分压下P/PP/P0 0膜的吸附量，即可计算膜的膜的吸附量，即可计算膜的孔径

42、及分布。孔径及分布。n用一系列已知分子量的标准物质的水溶液进行膜的超滤分离。通常是以截留率为90%所对应的分子量为截留分子量。n膜的截留率是对0.1%的蛋白水溶液进行超滤, 用紫外分光光度计测定, 并按下式计算:n标准样品标准样品蛋白质（测试法：蛋白质（测试法：UV280nmUV280nm）VB12VB12：12001200胰岛素：胰岛素：57005700细胞色素细胞色素C C：12 40012 400糜蛋白酶糜蛋白酶( (中科院上海生化所中科院上海生化所) 25 000) 25 000胃蛋白酶：胃蛋白酶：35 00035 000卵清蛋白：卵清蛋白：44 00044 000牛血清蛋白牛血清蛋白

43、: 67 000: 67 000g g- -球蛋白球蛋白: 150 000: 150 000过氧化氢酶过氧化氢酶: 240 000: 240 000n不同分子量PEG的当量直径：PEG聚合度聚合度Mn当量直径当量直径nm6009301.9150017702.4400054204.4600089705.5nDragendoffDragendoff试剂的配制试剂的配制A A液：液：0.08g0.08g次硝酸铋次硝酸铋+10mL+10mL冰乙酸用蒸馏水稀释至冰乙酸用蒸馏水稀释至50mL50mL容容量瓶中量瓶中B B液：液：20gKI20gKI在在50mL50mL容量瓶中。容量瓶中。n缓冲液的配制缓冲

44、液的配制0.2mol/L0.2mol/L乙酸钠乙酸钠590mL+0.2mol/L590mL+0.2mol/L冰乙酸冰乙酸410mL410mLn样品：样品：1g1g干燥干燥PEGPEG配制浓度配制浓度530mg/L530mg/L溶液溶液n测试：测试：5mL5mL样品溶液样品溶液+1mLDragendoff+1mLDragendoff溶液溶液+1mL+1mL缓冲液缓冲液n测量在测量在510nm510nm的光密度。的光密度。n每单位时间通过单位膜面积的水的体积流量。压力：0.10.2MPa，温度25J = Q/A.tJ：通量（L/m2.h ）Q： 流量（L/h）A：膜面积（m2 ）t：时间（h）n表

45、观截留率：n真实截留率：nCp:渗透液浓度nC0：原料液浓度nCm：膜表面浓度n膜表面的浓度由浓差极化模式计算：其中 JV为溶质透过膜的体积通量(m3m-2s-1) K为传质系数(m.s-1)n真实截留率：其中 K=1.62(U*D2/dh*L)0.33D=8.72*10-9 (Mw)-0.48U:流体线速度(m.s-1)，L：中空纤维长度，dh:直径n时钧、袁权、高从堦时钧、袁权、高从堦 ，膜技术手册，化学工业出，膜技术手册，化学工业出版社，北京，版社，北京，20012001n王湛主编，膜分离技术基础，化学工业出版社，王湛主编，膜分离技术基础，化学工业出版社，北京，北京，20002000n何天白，胡汉杰主编，功能高分子与新技术，化何天白，胡汉杰主编，功能高分子与新技术，化学工业出版社，北京，学工业出版社，北京，20012001