1、第十章第十章 膜技术膜技术第一节第一节 概述概述 膜分离是在膜分离是在20世纪初出现，世纪初出现，60年代后迅速崛起的年代后迅速崛起的一门分离技术。膜分离是利用一张特殊制造的，具有一门分离技术。膜分离是利用一张特殊制造的，具有选择透过性能的薄膜，在外力推动下对混合物进行分选择透过性能的薄膜，在外力推动下对混合物进行分离、提纯、浓缩的一种分离新方法。离、提纯、浓缩的一种分离新方法。薄膜分能透过与不能透过两种，一般为固定膜。薄膜分能透过与不能透过两种，一般为固定膜。一、膜分离的基本原理一、膜分离的基本原理 1、根据它们物理性质的不同、根据它们物理性质的不同主要是质量、体主要是质量、体积大小和几何形
2、态差异，用过筛的办法将其分离。积大小和几何形态差异，用过筛的办法将其分离。例例 微滤膜分离过程就是根据这一原理将水溶液中孔微滤膜分离过程就是根据这一原理将水溶液中孔径大于径大于50nm的固体杂质去掉的。的固体杂质去掉的。2、根据混合物的不同化学性质、根据混合物的不同化学性质 物质通过分离膜的速度取决于以下两个步骤的物质通过分离膜的速度取决于以下两个步骤的速度，一是从膜表面接触的混合物中进入膜内的速速度，一是从膜表面接触的混合物中进入膜内的速度度溶解速度；其次是进入膜内后从膜的表面扩溶解速度；其次是进入膜内后从膜的表面扩散到膜的另一表面的速度散到膜的另一表面的速度扩散速度。扩散速度。溶解速度溶解
3、速度扩散速度扩散速度 二者之和为总速度。总速度越大，透过膜时间越短；二者之和为总速度。总速度越大，透过膜时间越短；总速度越小，透过膜时间越长。总速度越小，透过膜时间越长。 溶解速度完全却决于被分离物与膜材料化学性质溶解速度完全却决于被分离物与膜材料化学性质之间的差异，扩散之间的差异，扩散 速速 度除化学性质外还与物质的分度除化学性质外还与物质的分子量有关。混合物透过的总速度相差越大，分离效率子量有关。混合物透过的总速度相差越大，分离效率越高，相等则无分离效率。越高，相等则无分离效率。溶解速度溶解速度扩散速度扩散速度二、膜分离技术的特点二、膜分离技术的特点1 1膜分离通常是一个高效的分离过程膜分
4、离通常是一个高效的分离过程 以重力为基础的分离技术最小极限是微米，而以重力为基础的分离技术最小极限是微米，而膜分离的最小极限是纳米。膜分离的最小极限是纳米。 2.2.膜分离过程的能耗通常比较低膜分离过程的能耗通常比较低 大多数膜分离过程都不发生大多数膜分离过程都不发生“相相”的变化。的变化。蒸发、蒸馏发生相变能耗高。蒸发、蒸馏发生相变能耗高。 例例 海水淡化反渗透的能耗是冷冻法的海水淡化反渗透的能耗是冷冻法的1/3，溶剂萃，溶剂萃取法的取法的1/8，多极闪蒸法的，多极闪蒸法的1/18左右。左右。3.3.工作温度为室温附近，适用于对热过敏物质的处理。工作温度为室温附近，适用于对热过敏物质的处理。
5、 抗生素的生产过程，一般用减压蒸馏除水，很难完全抗生素的生产过程，一般用减压蒸馏除水，很难完全避免局部过热，过热产生有害物质（抗生素受到破坏）。避免局部过热，过热产生有害物质（抗生素受到破坏）。食品行业，保持原有的营养和风味。食品行业，保持原有的营养和风味。例例4.4.设备本身没有运动部件，很少需要维护。设备本身没有运动部件，很少需要维护。操作简便操作简便（净水机）（净水机）5.5.规模和处理能力可在很大范围内变化，设备体积小、占规模和处理能力可在很大范围内变化，设备体积小、占地较少，通常可以直接插入以有的生产流程，不需对生产地较少，通常可以直接插入以有的生产流程，不需对生产线进行大的改变。线
6、进行大的改变。 合成氨工艺只需在尾气（废气）排放口接上氮氢分离合成氨工艺只需在尾气（废气）排放口接上氮氢分离器，利用原有反应器中的压力，就可将尾气中氢气的浓度器，利用原有反应器中的压力，就可将尾气中氢气的浓度浓缩到原料气浓度。浓缩到原料气浓度。提高提高4%左左右右第二节第二节 膜分离膜分离一、分离膜应具备的基本条件一、分离膜应具备的基本条件1.1.分离性分离性组成具有选择透过的能力组成具有选择透过的能力 分离能力适度，并不是愈大愈好，牺牲一部分透量。分离能力适度，并不是愈大愈好，牺牲一部分透量。分离能力取决于膜材料的化学特性和分离膜的形态结构。分离能力取决于膜材料的化学特性和分离膜的形态结构。
7、2.2.透过性透过性 有选择透过是分离膜的最基本条件，除去的物质透有选择透过是分离膜的最基本条件，除去的物质透过速度越低越好，需要的物质透过越快越好。二者速过速度越低越好，需要的物质透过越快越好。二者速度之比，代表分离效率。度之比，代表分离效率。 分离膜的透过性是它处理能力的主要标志。分离膜分离膜的透过性是它处理能力的主要标志。分离膜与压力差之间一般呈线性关系。与压力差之间一般呈线性关系。温度：一般增加温度：一般增加1，透量增加，透量增加3%左右。左右。 1960年年Loeh和和Sourirajan制造出第一张具有高透制造出第一张具有高透量和高脱盐率的醋酸纤维素膜，引起工业界和学术界量和高脱盐
8、率的醋酸纤维素膜，引起工业界和学术界的关注。的关注。20世纪世纪70年代聚砜和芳香聚酰胺膜开始应用年代聚砜和芳香聚酰胺膜开始应用于气体分离。于气体分离。二、膜材料二、膜材料 目前大多数是高聚物膜，无机材料膜仍属少数。目前大多数是高聚物膜，无机材料膜仍属少数。1.1.纤维素衍生物纤维素衍生物 一般先进行化学改性，生成纤维素醚或酯。纤维一般先进行化学改性，生成纤维素醚或酯。纤维素是资源最为丰富的天然高分子，它的相对分子量很素是资源最为丰富的天然高分子，它的相对分子量很大（大（50200万）。在分解温度前没有熔点，又不溶万）。在分解温度前没有熔点，又不溶于一般的有机溶剂。于一般的有机溶剂。 醋酸纤维
9、由纤维素和醋酸反应制成。主要用作反醋酸纤维由纤维素和醋酸反应制成。主要用作反渗透膜材料，也用于制造超滤膜和微滤膜。渗透膜材料，也用于制造超滤膜和微滤膜。优点：价格便宜，分离和透过性能良好。优点：价格便宜，分离和透过性能良好。 缺点：缺点：pH使用范围使用范围48，易被微生物分解及在高，易被微生物分解及在高压操作下时间长了容易被压密，引起适量下降。压操作下时间长了容易被压密，引起适量下降。 硝酸纤维素由纤维素和硝酸制成，广泛用作透析硝酸纤维素由纤维素和硝酸制成，广泛用作透析膜和微滤膜材料。膜和微滤膜材料。2.2.聚砜类聚砜类聚砜类是一类具有高机械强度的工程塑料聚砜类是一类具有高机械强度的工程塑料
10、 优点：耐酸、碱。优点：耐酸、碱。 缺点：耐有机溶剂的性能差。缺点：耐有机溶剂的性能差。 目前产量最大的高聚物膜材料。聚芳醚砜（目前产量最大的高聚物膜材料。聚芳醚砜（PES）、）、酚酞型聚醚砜（酚酞型聚醚砜（PES-C）、聚醚酮（）、聚醚酮（PEK）、聚醚醚酮）、聚醚醚酮（PEEK）也是制造超滤、微滤和气体分离膜的材料。）也是制造超滤、微滤和气体分离膜的材料。聚醚醚酮（聚醚醚酮（PEEK）聚醚砜树脂（聚醚砜树脂（PES）是英国）是英国ICI公司在公司在1972年开发的一年开发的一种综合性能优异的热塑性高分子材料，是目前得到应种综合性能优异的热塑性高分子材料，是目前得到应用的为数不多的特种工程塑
11、料之一。用的为数不多的特种工程塑料之一。 聚醚砜是由聚醚砜是由4,4-双磺酰氯二苯醚在无水双磺酰氯二苯醚在无水氯化铁氯化铁催化下，催化下，与与二苯醚二苯醚缩合制得。缩合制得。 3.3.聚酰胺类及杂环含氮高聚物聚酰胺类及杂环含氮高聚物 聚酰亚胺（聚酰亚胺（PI）耐高温、耐溶剂、具有高强度。它）耐高温、耐溶剂、具有高强度。它一直是用于耐溶剂超滤膜和非水溶液分离膜研制的首选一直是用于耐溶剂超滤膜和非水溶液分离膜研制的首选膜材料。膜材料。 醋酸纤维膜不能经受反渗透海水淡化高压操作。目醋酸纤维膜不能经受反渗透海水淡化高压操作。目前性能最好的海水淡化反渗透复合膜，其超薄皮层都是前性能最好的海水淡化反渗透复
12、合膜，其超薄皮层都是芳香含氮化合物。芳香含氮化合物。 主要有聚碳酸酯膜，聚烯烃中的低密度聚主要有聚碳酸酯膜，聚烯烃中的低密度聚乙烯（乙烯（LDPE）和聚丙烯（）和聚丙烯（PP）薄膜通过拉伸）薄膜通过拉伸可以制造微孔滤膜，也可以作为分离膜的支撑可以制造微孔滤膜，也可以作为分离膜的支撑材料。此外，含硅高聚物、含氟高聚物、甲壳材料。此外，含硅高聚物、含氟高聚物、甲壳素类（壳聚糖）。素类（壳聚糖）。4. 4. 聚酯类聚酯类聚碳酸酯聚碳酸酯聚丙烯聚丙烯 无机膜种类少无机膜种类少优点：热稳定性好，优点：热稳定性好，400，甚至，甚至800。耐酸和弱碱，。耐酸和弱碱，pH值适用范围宽，抗微生物能力强，机械强
13、度大等。值适用范围宽，抗微生物能力强，机械强度大等。应用：应用：废水处理、啤酒和饮料的除菌和澄清（膜无毒）、病废水处理、啤酒和饮料的除菌和澄清（膜无毒）、病毒的分离、血液处理等领域。毒的分离、血液处理等领域。主要的制备方法：溶胶主要的制备方法：溶胶凝胶凝胶法法 一般的制备方法：以金属醇盐作为原料，用有机溶剂一般的制备方法：以金属醇盐作为原料，用有机溶剂溶解，在水中通过强烈快速搅拌水解成为溶胶。溶胶经过溶解，在水中通过强烈快速搅拌水解成为溶胶。溶胶经过低温干燥后形成凝胶，控制一定的温度与湿度。继续干燥低温干燥后形成凝胶，控制一定的温度与湿度。继续干燥成凝胶膜，凝胶膜经过高温焙烧便成为具有一定陶瓷
14、性的成凝胶膜，凝胶膜经过高温焙烧便成为具有一定陶瓷性的氧化物微孔滤膜。氧化物微孔滤膜。氧化铝膜是目前工业上最常用的一种无机分离氧化铝膜是目前工业上最常用的一种无机分离膜已有孔径为膜已有孔径为0.2m的微滤膜和的微滤膜和4nm的超滤膜等各种的超滤膜等各种规格商品出售。规格商品出售。三、高聚物分离膜的形态结构三、高聚物分离膜的形态结构按形态分类为：均质膜和非均质膜。按形态分类为：均质膜和非均质膜。 均质膜是指上下左右任何一部分都具有相同的形态和均质膜是指上下左右任何一部分都具有相同的形态和化学组成。可以是致密的也可以是多孔的，这类膜的透量化学组成。可以是致密的也可以是多孔的，这类膜的透量一般比较小
15、，主要用于电渗析和个别气体的分离。非对称一般比较小，主要用于电渗析和个别气体的分离。非对称模式是使用最广泛的一种分离膜，也可以说是分离膜形态模式是使用最广泛的一种分离膜，也可以说是分离膜形态结构上的特征。结构上的特征。 一般有两层组成，表面一层非常薄，从几十纳米到一般有两层组成，表面一层非常薄，从几十纳米到几微米，下面一层比较厚，约几微米，下面一层比较厚，约100多微米。多微米。 表面层起分离作用（选择透过作用），可以是致表面层起分离作用（选择透过作用），可以是致密的，也可以是多孔的；下面一层起支撑体作用，是密的，也可以是多孔的；下面一层起支撑体作用，是多孔的。多孔的。皮层和支撑层是两种膜材料
16、皮层和支撑层是两种膜材料复合膜复合膜 四、分离膜分类四、分离膜分类1. 按膜材料分类按膜材料分类天然膜（生命膜）天然膜（生命膜）天然物质改性或再生而制成的膜天然物质改性或再生而制成的膜合成膜合成膜高聚物膜、无机膜高聚物膜、无机膜2. 按膜的形态和结构分类按膜的形态和结构分类形态：均质膜、非对称膜形态：均质膜、非对称膜孔：孔： 多孔膜、非多孔膜多孔膜、非多孔膜 液膜：有固相支撑、无固相支撑液膜：有固相支撑、无固相支撑 3. 按膜的用途分类按膜的用途分类气气液系统液系统气气固系统固系统液液液系统液系统液液固系统固系统固固固系统固系统4. 按膜的作用机理按膜的作用机理吸附性膜、扩散性膜、离子交换膜、
17、选择渗吸附性膜、扩散性膜、离子交换膜、选择渗透膜、非选择性膜。透膜、非选择性膜。第三节第三节 膜分离工艺膜分离工艺以反渗透为例介绍以反渗透为例介绍 反渗透：一种只透过溶剂而不透过溶质的膜反渗透：一种只透过溶剂而不透过溶质的膜理想理想的半透膜。当把溶剂和溶液（或两种不同浓度的溶液）分的半透膜。当把溶剂和溶液（或两种不同浓度的溶液）分别置于此膜的两侧时，纯溶剂将自然穿过半透膜而自发地别置于此膜的两侧时，纯溶剂将自然穿过半透膜而自发地向溶液（或从低浓度溶液向高浓度溶液）一侧流动，这种向溶液（或从低浓度溶液向高浓度溶液）一侧流动，这种现象叫做渗透。现象叫做渗透。渗透于反渗透示意图渗透于反渗透示意图半透
18、膜半透膜淡水淡水盐水盐水盐水盐水淡水淡水 当渗透过程进行到溶液液面而产生一压头当渗透过程进行到溶液液面而产生一压头H，以，以抵消溶剂向溶液方向流动的趋势即达到平衡时，这抵消溶剂向溶液方向流动的趋势即达到平衡时，这个个H就叫做该溶剂的渗透压就叫做该溶剂的渗透压。渗透压的大小取决于。渗透压的大小取决于溶液的种类、浓度和湿度，而与膜本身无关。溶液的种类、浓度和湿度，而与膜本身无关。 反渗透的分离机理较多，其中有毛细管流学说和反渗透的分离机理较多，其中有毛细管流学说和溶解溶解扩散模型等。扩散模型等。半透膜半透膜 上述情况，若在溶液的液面上再施加一个大于上述情况，若在溶液的液面上再施加一个大于的压力时，
19、溶剂将与原来的渗透方向相反。溶液开的压力时，溶剂将与原来的渗透方向相反。溶液开始向溶剂一侧流动始向溶剂一侧流动反渗透。反渗透。 主要用于海水、苦咸水淡化、电厂锅炉用水净化主要用于海水、苦咸水淡化、电厂锅炉用水净化和超纯水制备等方面。和超纯水制备等方面。（1 1）一级流程）一级流程 一级流程：指在有效膜断面保持不变的情况下，海水一次一级流程：指在有效膜断面保持不变的情况下，海水一次通过反渗透装置便能达到要求的流程。（简单、能耗等）。通过反渗透装置便能达到要求的流程。（简单、能耗等）。反渗透法的基本流程主要有四种反渗透法的基本流程主要有四种海水海水浓海水浓海水淡水淡水（2）一级多段流程）一级多段流
20、程 如果一次浓缩达不到要求，可以采用多段浓缩的流程方式。如果一次浓缩达不到要求，可以采用多段浓缩的流程方式。（3）二级流程）二级流程 二级流程的工艺路线是把由一级流程得到的产品水，二级流程的工艺路线是把由一级流程得到的产品水，送入另一个反渗透单元中去，进行再次淡化。送入另一个反渗透单元中去，进行再次淡化。（4 4）多级流程）多级流程原液原液净化产品净化产品浓缩液浓缩液净化系统净化系统浓缩系统浓缩系统 在化工分离中，一般要求达到很高的分离程度。例如在在化工分离中，一般要求达到很高的分离程度。例如在废水处理中，水的纯净化处理等，必须经多次反复操作才废水处理中，水的纯净化处理等，必须经多次反复操作才
21、能达到要求。能达到要求。 此外，膜组件的主要形式有：此外，膜组件的主要形式有：板框式、圆管式、螺旋卷式、中空纤维式。板框式、圆管式、螺旋卷式、中空纤维式。 第四节第四节 现已应用的膜过程现已应用的膜过程一、一、反渗透反渗透海水净化、超纯水制备。海水净化、超纯水制备。 二、二、纳纳滤滤 超滤超滤 纳滤纳滤 反渗透反渗透分子级分离技术，分离膜家族中的新成员。分子级分离技术，分离膜家族中的新成员。与反渗透和超过滤一样，属于压力驱动型膜过程。与反渗透和超过滤一样，属于压力驱动型膜过程。 它能使它能使90%的的NaCl透过，而使透过，而使99%的蔗糖被截留。由于的蔗糖被截留。由于该膜在渗透过程中截留率大
22、于该膜在渗透过程中截留率大于95%的最小分子约为的最小分子约为1nm，故，故称为称为“纳滤膜纳滤膜”。 纳滤膜组件的操作压力为纳滤膜组件的操作压力为0.3MPa0.7MPa。它对相。它对相对分子质量大于对分子质量大于300的有机溶质有的有机溶质有90%以上的截留能力，对以上的截留能力，对盐类有中等程度以上的脱除率。盐类有中等程度以上的脱除率。三、超过滤三、超过滤 在一定压力作用下，当含大、小分子物质两类溶质的溶在一定压力作用下，当含大、小分子物质两类溶质的溶液经过被支撑的膜表面时，溶剂和小分子溶质（如无机盐）液经过被支撑的膜表面时，溶剂和小分子溶质（如无机盐）将透过膜，作为透过物被收集起来，大
23、分子溶质（如有机胶将透过膜，作为透过物被收集起来，大分子溶质（如有机胶体等）则被膜截留而作为浓缩液被回收。体等）则被膜截留而作为浓缩液被回收。 超过滤工作原理示意图超过滤工作原理示意图浓缩液浓缩液膜膜透过透过液液进料进料 在超过滤中，大分子溶质等之所以不能像溶剂那在超过滤中，大分子溶质等之所以不能像溶剂那样容易透过膜，主要原因是被吸附在过滤膜的表面上样容易透过膜，主要原因是被吸附在过滤膜的表面上和孔中（吸附）；被保留在孔内（堵塞）或者从那里和孔中（吸附）；被保留在孔内（堵塞）或者从那里被排出；机械地被截留在过滤膜的表面上（筛分）。被排出；机械地被截留在过滤膜的表面上（筛分）。 通常凡是能截留相
24、对分子质量约通常凡是能截留相对分子质量约500以上高分子的以上高分子的膜分离过程就被称为超过滤。膜分离过程就被称为超过滤。四、微孔过滤四、微孔过滤 微孔过滤通常是由特种纤维素酯或高分子聚合微孔过滤通常是由特种纤维素酯或高分子聚合物及无机材质制成。孔径范围一般物及无机材质制成。孔径范围一般0.110m。 商品生产的微孔滤膜有纤维素体系滤膜、聚酰胺、聚商品生产的微孔滤膜有纤维素体系滤膜、聚酰胺、聚偏氯乙烯、聚砜、聚丙烯腈、聚丙烯、聚碳酸酯、聚四氟偏氯乙烯、聚砜、聚丙烯腈、聚丙烯、聚碳酸酯、聚四氟乙烯等。乙烯等。微孔滤膜的各种截留作用微孔滤膜的各种截留作用（a）在膜的表面层的截留）在膜的表面层的截留
25、（b b）在膜内部的网络中截留）在膜内部的网络中截留机械截留机械截留吸附截留吸附截留架桥截留架桥截留1. 1. 机械截留机械截留 指模可以截留比它孔径大或与孔径相当的微粒等杂质指模可以截留比它孔径大或与孔径相当的微粒等杂质2. 物力物力作用或吸附截留作用或吸附截留 包括吸附和电性质等各种因素的影响包括吸附和电性质等各种因素的影响截留机理截留机理3. 架桥截留架桥截留 在空的入口处，微粒因架桥作用同样可以被截留在空的入口处，微粒因架桥作用同样可以被截留4. 网络模型的内部截留作用网络模型的内部截留作用五、透析五、透析 利用浓度差作为分离过程的推动力。借助膜的扩散使利用浓度差作为分离过程的推动力。
26、借助膜的扩散使各种溶质得以分离的膜过程称为透析（渗析）。各种溶质得以分离的膜过程称为透析（渗析）。 它是一种最原始的膜过程，它是一种最原始的膜过程，1861年由年由T.Graham为分为分离胶体与低分子溶质所采用。离胶体与低分子溶质所采用。透析（透析（dialysis）：通过小分子经过半透膜扩散到水（或缓冲液）：通过小分子经过半透膜扩散到水（或缓冲液）的原理，将小分子与生物大分子分开的一种分离纯化技术。的原理，将小分子与生物大分子分开的一种分离纯化技术。 透析的原理示意图透析的原理示意图渗析液渗析液溶剂或水溶剂或水水水原液原液膜膜渗出液渗出液（溶剂（溶剂+ +扩散分子）扩散分子）溶质溶质x2x
27、1六、电渗析六、电渗析 电渗析装置是由许多只允许阳离子通过的阳离电渗析装置是由许多只允许阳离子通过的阳离子交换膜和允许阴离子透过的阴离子交换膜组成。子交换膜和允许阴离子透过的阴离子交换膜组成。电渗析技术是世纪年代发展起来的一项电渗析技术是世纪年代发展起来的一项水处理新技术。由于其操作简便，运行可靠，效率高，水处理新技术。由于其操作简便，运行可靠，效率高，占地面积小，适合规模不等的工业水处理。占地面积小，适合规模不等的工业水处理。电渗析的原理图电渗析的原理图浓缩液出口浓缩液出口稀释液出口稀释液出口阳极室液阳极室液阴极室液阴极室液浓缩液入口浓缩液入口稀释液入口稀释液入口七、气体分离七、气体分离首先
28、是膜与气体接触，接着是气体向膜的表面溶首先是膜与气体接触，接着是气体向膜的表面溶解。其次是因气体溶解产生的模拟高度梯度是气体在解。其次是因气体溶解产生的模拟高度梯度是气体在膜中向前扩散，随后气体就到达膜的另一面，此时过膜中向前扩散，随后气体就到达膜的另一面，此时过程始终处于非稳定状态一直到膜中气体浓度梯度沿膜程始终处于非稳定状态一直到膜中气体浓度梯度沿膜厚度方向变成知县时才达到稳定状态。厚度方向变成知县时才达到稳定状态。气体对均质膜的渗透机制气体对均质膜的渗透机制膜膜膜膜浓度梯度浓度梯度（非稳定状态）（非稳定状态）浓度梯度浓度梯度（稳定状态）（稳定状态）气体分子气体分子八、渗透蒸发八、渗透蒸发
29、 渗透蒸发时液体混合物在膜的一侧与膜接触，渗透蒸发时液体混合物在膜的一侧与膜接触，其中易渗透组分较多地溶解在膜上，并扩散通过其中易渗透组分较多地溶解在膜上，并扩散通过膜，在膜的另一侧气化而被抽出，从而得到分离膜，在膜的另一侧气化而被抽出，从而得到分离的膜过程。的膜过程。渗透蒸发分离的原理渗透蒸发分离的原理 原理：在膜的上游连续输入经过加热的液体，而原理：在膜的上游连续输入经过加热的液体，而在膜的下游以真空泵抽气造成负压，从而使特定的气在膜的下游以真空泵抽气造成负压，从而使特定的气体组分不断变作蒸气透过分离膜，然后再将此蒸气冷体组分不断变作蒸气透过分离膜，然后再将此蒸气冷凝成液体而得以从原液体中
30、分离出去。凝成液体而得以从原液体中分离出去。 与减压蒸馏过程相似：以膜替代加热过程，不是与减压蒸馏过程相似：以膜替代加热过程，不是利用沸点的差别，而是利用膜的透过性。利用沸点的差别，而是利用膜的透过性。九、控制释放九、控制释放最早用于农业、化肥、农药，最早用于农业、化肥、农药，70年代向医学界渗透。年代向医学界渗透。 在药物的控制释放体系中，药物（包括农药）或在药物的控制释放体系中，药物（包括农药）或其它生物活性物质通常是以高分子膜包裹或微胶囊或其它生物活性物质通常是以高分子膜包裹或微胶囊或同载体结合在一起，然后置于释放环境中。同载体结合在一起，然后置于释放环境中。Dendrimer药物输送药
31、物输送十、膜蒸馏十、膜蒸馏 膜蒸馏是最近几年发展起来的一种新型分离膜蒸馏是最近几年发展起来的一种新型分离技术，它主要是利用高分子膜的某些结构上的功技术，它主要是利用高分子膜的某些结构上的功能，来达到蒸馏的目的。能，来达到蒸馏的目的。对于水溶液的膜蒸馏应选用哪些没有亲水基团对于水溶液的膜蒸馏应选用哪些没有亲水基团的高分子材料。目前所采用的膜材料中普遍认为聚的高分子材料。目前所采用的膜材料中普遍认为聚四氟乙烯最好，聚偏氟乙烯和聚丙烯等也是较好的四氟乙烯最好，聚偏氟乙烯和聚丙烯等也是较好的材料。材料。膜蒸馏法的分离原理膜蒸馏法的分离原理膜的厚度；膜的厚度；扩散层厚度扩散层厚度z进料液进料液冷却水冷却
32、水冷壁冷壁蒸汽蒸汽透过液透过液十一、膜反应器十一、膜反应器 钯膜反应器：钯是一种银白色的金属，它的最大特点钯膜反应器：钯是一种银白色的金属，它的最大特点是在常温下，能溶解大量的氢（按体积相当于它本身是在常温下，能溶解大量的氢（按体积相当于它本身体积的体积的700倍左右），而在真空中加热至倍左右），而在真空中加热至100时，能时，能把溶解的氢释放出来。把溶解的氢释放出来。如果钯膜的两边存在着氢的分压差，则氢就会从压力如果钯膜的两边存在着氢的分压差，则氢就会从压力较高的一侧向低的一侧渗透。较高的一侧向低的一侧渗透。（这种现象是（这种现象是1866年年Graham发现）发现）氢对钯的解离氢对钯的解离
33、溶解溶解扩散机制扩散机制原料气侧原料气侧精制氢侧精制氢侧H2以外的气体以外的气体Pd合金膜合金膜第五节第五节 膜分离技术的应用膜分离技术的应用一、水的脱盐与净化一、水的脱盐与净化二、在食品工业的应用二、在食品工业的应用 例例 牛奶浓缩制奶粉的传统工艺流程是先加热蒸发除牛奶浓缩制奶粉的传统工艺流程是先加热蒸发除去绝大部分水分，在达到所需要的浓度后，在进行喷雾去绝大部分水分，在达到所需要的浓度后，在进行喷雾干燥。干燥。引入超滤后，即将引入超滤后，即将7080%的水分除去。的水分除去。 日本对超滤浓缩和真空蒸发浓缩进行对比，得出日本对超滤浓缩和真空蒸发浓缩进行对比，得出一个日处理一个日处理226.8
34、t牛奶的工厂，无论设备投资，还是运牛奶的工厂，无论设备投资，还是运转费用都减少。转费用都减少。浓缩方式浓缩方式装置费用装置费用/万万t年运转费用年运转费用/万万t单一的二级真空蒸发单一的二级真空蒸发84603240引入超滤技术引入超滤技术45001440 在生产啤酒中的应用：传统的啤酒巴氏杀菌过程中在生产啤酒中的应用：传统的啤酒巴氏杀菌过程中能完全除去酵母和微生物，但不能保证能完全除去酵母和微生物，但不能保证100%无菌。无菌。 用微滤技术澄清啤酒，除去细菌，无需加热。所以生用微滤技术澄清啤酒，除去细菌，无需加热。所以生产的啤酒质量高、口味佳、且成本低。产的啤酒质量高、口味佳、且成本低。葡萄酒
35、、香槟、果汁加工等均采用膜技术。葡萄酒、香槟、果汁加工等均采用膜技术。三、在医疗卫生方面的应用三、在医疗卫生方面的应用介绍了抗生素生产中的应用介绍了抗生素生产中的应用四、在油田开发方面的应用四、在油田开发方面的应用中空纤维超滤器内部结构中空纤维超滤器内部结构来水；来水；端盖端盖；封头；封头；超滤水；超滤水；外壳；外壳；中空纤维；中空纤维；尼龙保护套；尼龙保护套； 封封头；头；超滤水；超滤水； 浓水浓水 中空纤维超滤膜在油田注水中的应用中空纤维超滤膜在油田注水中的应用 现场试验证明，采油中空纤维超滤处理后，超现场试验证明，采油中空纤维超滤处理后，超滤水质达到特低渗透油层注入水水质的要求。滤水质达
36、到特低渗透油层注入水水质的要求。五、在环境工程的应用五、在环境工程的应用 电镀废水：反渗透法在电镀废水：反渗透法在70年代首次被引入处理电镀含年代首次被引入处理电镀含镍废水取得完全成功并被迅速推广应用。此后相继用于处镍废水取得完全成功并被迅速推广应用。此后相继用于处理镀铬、镀铜、镀锌、镀镉废水及混合电镀废水，并在不理镀铬、镀铜、镀锌、镀镉废水及混合电镀废水，并在不同程度上获得推广应用。同程度上获得推广应用。 我国我国70年代末采用超滤技术处理印染废水的研究，并很快年代末采用超滤技术处理印染废水的研究，并很快进行了推广应用。（进行了推广应用。（80年代以来，在许多工厂得到应用）。年代以来，在许多
37、工厂得到应用）。 70年代中期，开始了膜技术处理纤维工业废水的研究。年代中期，开始了膜技术处理纤维工业废水的研究。废水的成分：染料、纤维屑、表面活性剂、染料等。废水的成分：染料、纤维屑、表面活性剂、染料等。几种染料废水超滤后的脱色率几种染料废水超滤后的脱色率工作压力工作压力/MPa透水率透水率/（L/m2.h）进液光进液光密度密度透过液透过液光密度光密度脱色率脱色率/%进口进口出口出口海蓝海蓝0.230.21480.810.03795.4海蓝海蓝0.240.22430.900.02597.2草绿草绿0.240.22500.650.02596.2米灰米灰0.220.21650.570.02096
38、.5棕灰棕灰0.230.21500.980.01798.3棕灰棕灰0.230.2248.60.6250.02096.8造纸工业每生产造纸工业每生产1t纸浆，约需纸浆，约需100460t水。水。 膜法处理造纸废水是指造纸厂排放出来的亚硫酸膜法处理造纸废水是指造纸厂排放出来的亚硫酸纸浆废水，它含有限多有用物质，其中主要是木质素纸浆废水，它含有限多有用物质，其中主要是木质素磺酸盐，还有糖类等。磺酸盐，还有糖类等。造纸工业废水造纸工业废水钢铁工业的压延、炼油厂、油田废水及金属表面钢铁工业的压延、炼油厂、油田废水及金属表面除油废水等。除油废水等。 主要是除油、主要是除油、COD和和BOD、乳化油分离比较
39、困难。用、乳化油分离比较困难。用膜法处理比较有效。超滤和反渗透组合使用。此外，还有膜法处理比较有效。超滤和反渗透组合使用。此外，还有摄影废水、放射性废水、城市生活废水等。摄影废水、放射性废水、城市生活废水等。含油、脱脂废水含油、脱脂废水膜材料涉及高分子和无机化学；膜的制造过程的分离特膜材料涉及高分子和无机化学；膜的制造过程的分离特性、传递性质和传递机理属于物理化学和数学；过程中性、传递性质和传递机理属于物理化学和数学；过程中涉及到的流体力学、传热、传质、化工动力学及过程的涉及到的流体力学、传热、传质、化工动力学及过程的设计，属于化学工程研究范围。设计，属于化学工程研究范围。多学科交叉多学科交叉
