1、第七章第七章 吸附、离子交换法、膜分吸附、离子交换法、膜分离法、泡沫浮选分离法离法、泡沫浮选分离法 吸附分离法；离子交换法。吸附分离法；离子交换法。 膜分离法简介；合成膜的结构、性质和应用；液膜的膜分离法简介；合成膜的结构、性质和应用；液膜的结构性质和应用；化学键和物质分配过程中的作用力。结构性质和应用；化学键和物质分配过程中的作用力。泡沫浮选分离法分类和原理；泡沫浮选法；浮选在分析化泡沫浮选分离法分类和原理；泡沫浮选法；浮选在分析化学中的应用；影响泡沫分离效率的各种因素。学中的应用；影响泡沫分离效率的各种因素。重点：吸附分离法、离子交换法、膜分离法和泡沫浮选分重点：吸附分离法、离子交换法、膜
2、分离法和泡沫浮选分离法。离法。o 第一节第一节 吸附和离子交换法吸附和离子交换法1. 吸附分离法吸附分离法 o 利用适当的吸附剂，在一定的利用适当的吸附剂，在一定的pH条件下，使欲分离条件下，使欲分离物被吸附剂吸附，然后再用适当的洗脱剂将吸附物解物被吸附剂吸附，然后再用适当的洗脱剂将吸附物解脱下来，达到分离纯化的目的，这种提取方法称为吸脱下来，达到分离纯化的目的，这种提取方法称为吸附分离法。附分离法。o 吸附分离法中所用的吸附剂可以分为有机吸附剂和无吸附分离法中所用的吸附剂可以分为有机吸附剂和无机吸附剂。机吸附剂。n常用的有机吸附剂有活性炭、球形碳化树脂、聚酰胺、纤维常用的有机吸附剂有活性炭、
3、球形碳化树脂、聚酰胺、纤维素、大孔树脂等；素、大孔树脂等；n常用的无机吸附剂有白土、氧化铝、硅酸、硅藻土等。常用的无机吸附剂有白土、氧化铝、硅酸、硅藻土等。o几种吸附剂的性能：几种吸附剂的性能：1、活性炭、活性炭o活性炭是非极性吸附剂，在水溶液中吸附力最强，在有机溶剂中活性炭是非极性吸附剂，在水溶液中吸附力最强，在有机溶剂中吸附力较弱。它表面积大，吸附力强，分离效果好，来源容易，吸附力较弱。它表面积大，吸附力强，分离效果好，来源容易，价格便宜，但是由于生产原料和制备方法的不同，其吸附力也不价格便宜，但是由于生产原料和制备方法的不同，其吸附力也不同，另外其色黑质轻，易造成环境污染。同，另外其色黑
4、质轻，易造成环境污染。o活性炭主要有粉末活性炭、颗粒状活性炭和锦纶一活性炭。活性炭主要有粉末活性炭、颗粒状活性炭和锦纶一活性炭。n粉末活性炭表面积最大，吸附力量强：粉末活性炭表面积最大，吸附力量强：n锦纶一活性炭是以锦纶为粘合剂。将粉末状活性炭制成颗粒。其锦纶一活性炭是以锦纶为粘合剂。将粉末状活性炭制成颗粒。其表面积界于粉末活性炭和颗粒活性炭之间，其吸附能力比粉末活表面积界于粉末活性炭和颗粒活性炭之间，其吸附能力比粉末活性炭和颗粒活性炭弱，但在使用锦纶活性炭分离酸性氨基酸和碱性炭和颗粒活性炭弱，但在使用锦纶活性炭分离酸性氨基酸和碱性氨基酸时效果良好。性氨基酸时效果良好。o 活性炭作为吸附剂有以
5、下几个特点：活性炭作为吸附剂有以下几个特点：n(1) 对极性基团多的化合物的吸附力大于极性基团少的化对极性基团多的化合物的吸附力大于极性基团少的化合物。如活性炭对酸性和碱性氨基酸的吸附力大于中性氨合物。如活性炭对酸性和碱性氨基酸的吸附力大于中性氨基酸，对羟基脯氨酸的暇附力大于脯氨酸；基酸，对羟基脯氨酸的暇附力大于脯氨酸；n(2) 对芳香族化合物的吸附力大于脂肪族化台物；对芳香族化合物的吸附力大于脂肪族化台物； n(3) 对分子量大的化合物的吸附力大于分子量小的化合物。对分子量大的化合物的吸附力大于分子量小的化合物。如对多糖的吸附力大于对单糖的吸附力，对肽的吸附力大如对多糖的吸附力大于对单糖的吸
6、附力，对肽的吸附力大于对氨基酸的吸附力：于对氨基酸的吸附力：n(4) 其吸附力受其吸附力受pH的影响，如碱性抗生素在中性情况下的影响，如碱性抗生素在中性情况下吸附，而在酸性条件下解吸；吸附，而在酸性条件下解吸；n(5) 吸附溶质的量在未达到平衡前，一般随温度的升高而吸附溶质的量在未达到平衡前，一般随温度的升高而增加。增加。2、疏基棉纤维、疏基棉纤维o 疏基棉纤维是将巯基联结在棉花的大分子链上而制疏基棉纤维是将巯基联结在棉花的大分子链上而制成的，其制备方法有液相法和气相法两种，成的，其制备方法有液相法和气相法两种，n液相法就是将棉花纤维浸泡在巯基酸液相法就是将棉花纤维浸泡在巯基酸(硫代乙醇酸硫代
7、乙醇酸)溶液中，溶液中，避光加热反应即可生成巯基棉；避光加热反应即可生成巯基棉；n气相法是将疏基酸的蒸汽与棉花纤维接触反应而生成疏基气相法是将疏基酸的蒸汽与棉花纤维接触反应而生成疏基棉。棉。o 疏基棉纤维是一种固体吸附剂，吸附性能取决于棉疏基棉纤维是一种固体吸附剂，吸附性能取决于棉花纤维比表面上的疏基数量。疏基棉纤维素主要用花纤维比表面上的疏基数量。疏基棉纤维素主要用于无机阳离子的富集，对于金属离子的吸附能力与于无机阳离子的富集，对于金属离子的吸附能力与吸附酸度、金属离子溶液通过疏基棉纤维的速度、吸附酸度、金属离子溶液通过疏基棉纤维的速度、元素的性质等有关。元素的性质等有关。3、大孔网状聚合物
8、吸附剂、大孔网状聚合物吸附剂o 聚苯乙烯、聚丙烯酸醣、聚亚砜、聚丙烯酰胺均属聚苯乙烯、聚丙烯酸醣、聚亚砜、聚丙烯酰胺均属于大孔网状聚合物吸附剂，它们已在微生物制药生于大孔网状聚合物吸附剂，它们已在微生物制药生产上得到广泛应用，如四环索、土霉索、红霉紊、产上得到广泛应用，如四环索、土霉索、红霉紊、赤霉索、维生索赤霉索、维生索B12等的提取和精制。等的提取和精制。4、氨基纤维素、氨基纤维素o 氨基纤维素主要用于无机阴离子的富集。氨基纤维素主要用于无机阴离子的富集。5、聚丙烯酰胺污一羧酸螯合纤维素、聚丙烯酰胺污一羧酸螯合纤维素(黄原脂棉黄原脂棉) o 聚丙烯酰胺污一羧酸螯舍纤维索是富集聚丙烯酰胺污一
9、羧酸螯舍纤维索是富集ppt级痕量元级痕量元素的好方法。素的好方法。2. 离子交换法（离子交换树脂法）离子交换法（离子交换树脂法） o 用离子交换树脂作吸附剂，将溶液中的欲测用离子交换树脂作吸附剂，将溶液中的欲测物靠厍仑力吸附在树脂上，然后用适当的洗物靠厍仑力吸附在树脂上，然后用适当的洗脱剂将吸附物从树脂上洗脱下来，达到分离脱剂将吸附物从树脂上洗脱下来，达到分离纯化富集的目的。纯化富集的目的。o 第二节第二节 膜分离法膜分离法o 1. 简介：简介：o 膜法分离是近三十年发展起来的一种新型分离纯化技术。膜法分离是近三十年发展起来的一种新型分离纯化技术。o 目前膜法已是一种分离多种物质的高效经济的工
10、具。目前膜法已是一种分离多种物质的高效经济的工具。o 用膜法可以不破坏化合物的组分和化学性质。在化工、食用膜法可以不破坏化合物的组分和化学性质。在化工、食品、冶金、环保、原子能、生物学、医学、和医药工业中，品、冶金、环保、原子能、生物学、医学、和医药工业中，用于热学上和化学上不稳定的化学品的制备用于热学上和化学上不稳定的化学品的制备o 用膜法生产饮用水。费用较低。用膜法生产饮用水。费用较低。o 在工业污水处理、有价值的产品的回收等方面。膜法都具在工业污水处理、有价值的产品的回收等方面。膜法都具有许多优点。有许多优点。o 膜法分离纯化技术包括：膜法分离纯化技术包括：n 微孔滤膜微孔滤膜n 超滤膜
11、超滤膜n 反渗透膜反渗透膜n 离子交换膜离子交换膜n 液态膜液态膜n 生物膜生物膜n 其它膜分离方法。其它膜分离方法。o 膜分离方法与常用的分离技术例如蒸馏、结晶、溶膜分离方法与常用的分离技术例如蒸馏、结晶、溶剂萃取等方法相比，具有以下的优点：剂萃取等方法相比，具有以下的优点：n不发生相的变化不发生相的变化n耗能量低耗能量低n操作方便操作方便n设备简单设备简单n效率较高效率较高n比较经济比较经济n可在常温下进行可在常温下进行o 因此适用于对温度敏感的溶液。因此适用于对温度敏感的溶液。o 通常使用的分离方法及其最适应用范围列于表通常使用的分离方法及其最适应用范围列于表1。表表1 各种分离方法的适
12、用范围各种分离方法的适用范围o从表从表1可看出：可看出：n能分离离子范围的方法有反渗透、渗析、电渗析、离子交换、压能分离离子范围的方法有反渗透、渗析、电渗析、离子交换、压渗析、蒸馏、结晶、吸附、萃取等方法。渗析、蒸馏、结晶、吸附、萃取等方法。n能分离大分子范围的方法有超滤、凝胶色层谱、电泳、超离心机能分离大分子范围的方法有超滤、凝胶色层谱、电泳、超离心机等方法。等方法。n一般过滤、微滤、超滤、反渗透都是过滤，它们适合的分子大小一般过滤、微滤、超滤、反渗透都是过滤，它们适合的分子大小范围范围(孔径范围孔径范围)是不同的。实际上微滤、超滤和反渗透三种是是不同的。实际上微滤、超滤和反渗透三种是膜分离
13、中常用的技术。膜分离中常用的技术。o在选择方法时。主要考虑以下几个因素，混合物中组分的性质，在选择方法时。主要考虑以下几个因素，混合物中组分的性质，被处理溶液的体积，要求的分离程度。特别在大规模的工业应用被处理溶液的体积，要求的分离程度。特别在大规模的工业应用中，还应考虑作业的费用。中，还应考虑作业的费用。o在大多数情况下，膜分离比其它分离技术更有利。在大多数情况下，膜分离比其它分离技术更有利。o 膜又分为合成膜和液膜。合成膜也称固态膜。膜又分为合成膜和液膜。合成膜也称固态膜。o 固态膜经过：固态膜经过：n(1)五十年代初期的阴、阳离子交换膜；五十年代初期的阴、阳离子交换膜；n(2)六十年代初
14、期的一、二价阴、阳子交换膜；六十年代初期的一、二价阴、阳子交换膜；n(3)六十年代中、末期的反渗透膜和超滤醋酸纤维膜，特六十年代中、末期的反渗透膜和超滤醋酸纤维膜，特别是别是1965年世界上第一张具有实用价值的反渗透膜出现年世界上第一张具有实用价值的反渗透膜出现之后。膜技术受到了很多技术领域的热切关注，得到迅速之后。膜技术受到了很多技术领域的热切关注，得到迅速的发展，很快就形成了膜科学。的发展，很快就形成了膜科学。 o 固态膜中除了深层过滤介质的多孔陶瓷、石墨、金固态膜中除了深层过滤介质的多孔陶瓷、石墨、金属等外，都为高分子膜。属等外，都为高分子膜。2. 合成膜的结构、性质和应用：合成膜的结构
15、、性质和应用：o膜是物质分离过程中最核心的部分。根据膜的结构。半透膜可以膜是物质分离过程中最核心的部分。根据膜的结构。半透膜可以分为三种基本类型：微孔膜、均相膜和电荷结构膜。最近高分子分为三种基本类型：微孔膜、均相膜和电荷结构膜。最近高分子富集膜和中空纤维膜发展迅速。富集膜和中空纤维膜发展迅速。1。微孔膜。微孔膜o微孔膜是一种具有一定孔径微孔膜是一种具有一定孔径(10毫微米毫微米50微米微米)的多孔固体膜。的多孔固体膜。微孔膜可由多种材料制成，如金属氧化物、石墨、金属和各种聚微孔膜可由多种材料制成，如金属氧化物、石墨、金属和各种聚合物等。最简单的膜是由二氧化硅或氧化铝烧结制成的多孔陶瓷。合物等
16、。最简单的膜是由二氧化硅或氧化铝烧结制成的多孔陶瓷。最广泛的商品微孔膜是由纤维素聚合物通过相转换过程制备的。最广泛的商品微孔膜是由纤维素聚合物通过相转换过程制备的。此外，还有对局部结晶的均相聚合物薄膜进行处理和拉伸法和径此外，还有对局部结晶的均相聚合物薄膜进行处理和拉伸法和径迹迹蚀刻法。微孔膜主要用于微过滤蚀刻法。微孔膜主要用于微过滤(微滤微滤)。o 聚四氟乙烯与聚偏氟乙烯制成的微过滤膜，在美国、聚四氟乙烯与聚偏氟乙烯制成的微过滤膜，在美国、德国和日本等国均巳有商品生产。美国德国和日本等国均巳有商品生产。美国Millipore公公司的司的Fluoropore系列与系列与Mitmitex系列。系
17、列。Fluoropore系列的膜是由聚四氟乙烯制成。粘合系列的膜是由聚四氟乙烯制成。粘合于高密度的聚乙烯上。能耐所有的有机溶剂、光刻于高密度的聚乙烯上。能耐所有的有机溶剂、光刻胶、酸、碱或其它化学物质。胶、酸、碱或其它化学物质。o 不适用于不适用于80以上的芳烃，可经受蒸气灭菌。这种以上的芳烃，可经受蒸气灭菌。这种膜能滤去大于其孔径的游离小颗粒。膜能滤去大于其孔径的游离小颗粒。o 因聚四氟乙烯是疏水性的，不能直接应用于水溶液。因聚四氟乙烯是疏水性的，不能直接应用于水溶液。因此。在过滤前需先用与水相溶的液体因此。在过滤前需先用与水相溶的液体(如甲醇如甲醇)润润湿，然后才能进行水溶液的过滤。湿，然
18、后才能进行水溶液的过滤。 Fluoropore有如下四种规格有如下四种规格 o Mitex系列膜则由纯聚四氟乙烯制成，几乎耐所有系列膜则由纯聚四氟乙烯制成，几乎耐所有的有机溶剂、浓酸和浓碱、火箭推进剂以及制冷剂。的有机溶剂、浓酸和浓碱、火箭推进剂以及制冷剂。在温度高于在温度高于260和低至和低至100时仍可使用。并时仍可使用。并具有生物化学惰性。因其不用支撑材料，故耐温性具有生物化学惰性。因其不用支撑材料，故耐温性能特优。孔径较能特优。孔径较Fluoropore膜为大。有如下两种膜为大。有如下两种规格：规格：o 另外，如德国的另外，如德国的S.S公司，美国公司，美国Whetman公司公司均有类
19、似产品供应。均有类似产品供应。Millipore公司还生产聚偏氟乙公司还生产聚偏氟乙烯微过滤膜，牌号为烯微过滤膜，牌号为Durapore。有两种孔径规格。有两种孔径规格(0.45m与与0.22m）。可用于灭菌过滤和电子工）。可用于灭菌过滤和电子工业过滤液体。能经受业过滤液体。能经受126消毒处理。消毒处理。o 上述微过滤膜，在实际使用时一般均做成筒形或盘上述微过滤膜，在实际使用时一般均做成筒形或盘滤器。日本仓敷纺织公司生产商品牌号为滤器。日本仓敷纺织公司生产商品牌号为Kutanfil的过滤器，其膜与外壳辅助件全部用氟塑料制成。的过滤器，其膜与外壳辅助件全部用氟塑料制成。半导体生产中所用液体化学
20、品，经过滤后可使杂质半导体生产中所用液体化学品，经过滤后可使杂质降到降到ppb级，而用金属过滤器部件，焊缝时则易带级，而用金属过滤器部件，焊缝时则易带入杂质。入杂质。高分子膜高分子膜o微过滤膜可以分离水中的微粒、细菌和病毒。它们已被用于电子微过滤膜可以分离水中的微粒、细菌和病毒。它们已被用于电子工业用来生产超纯水。在集成电路的制作中。可用微孔过滤去除工业用来生产超纯水。在集成电路的制作中。可用微孔过滤去除冲洗水中离子交换树脂的破裂物和微粒杂质。冲洗水中离子交换树脂的破裂物和微粒杂质。o医学研究、临床和微生物等实验室的药物和溶液，必须是无菌的，医学研究、临床和微生物等实验室的药物和溶液，必须是无
21、菌的，通过微孔过滤可以很容易达到消毒目的。当然，膜中任何大于细通过微孔过滤可以很容易达到消毒目的。当然，膜中任何大于细菌尺寸的菌尺寸的“针孔针孔”应当少到最低限度，以保证绝对消毒。应当少到最低限度，以保证绝对消毒。o如今，膜过滤已被用于静脉注射液、组织如今，膜过滤已被用于静脉注射液、组织培养液媒、维生素培养液媒、维生素溶液，细菌肉汤培养基，眼科溶液、抗菌素、疫苗、血清、血浆、溶液，细菌肉汤培养基，眼科溶液、抗菌素、疫苗、血清、血浆、蛋白质、变态反应溶液等的消毒。蛋白质、变态反应溶液等的消毒。o微孔过滤已大规模地用于啤酒、红白酒和软饮料的制造。用孔径微孔过滤已大规模地用于啤酒、红白酒和软饮料的制
22、造。用孔径小于小于0.5m的微孔滤膜可以有效地去除酵母、霉菌和其它的腐的微孔滤膜可以有效地去除酵母、霉菌和其它的腐败有机物。并可增加产品的透明度，微孔过滤比巴氏灭菌法或化败有机物。并可增加产品的透明度，微孔过滤比巴氏灭菌法或化学消毒法都经济。学消毒法都经济。 o均相膜与非均相膜均相膜与非均相膜o均相膜是指膜的各个部分都是均一的，致密的。溶液中各种组分均相膜是指膜的各个部分都是均一的，致密的。溶液中各种组分的分离是与它们在膜相中的传递速率直接有关的，而传递速率是的分离是与它们在膜相中的传递速率直接有关的，而传递速率是由它们在膜结构中的扩散和浓度所决定的。由它们在膜结构中的扩散和浓度所决定的。 o
23、非均相膜是指表面与内部结构存在差异的膜，表层比较致密，内非均相膜是指表面与内部结构存在差异的膜，表层比较致密，内部疏松。这种结构多为超滤和反渗透膜。疏松层的厚度为部疏松。这种结构多为超滤和反渗透膜。疏松层的厚度为100到到200m。表层厚度为。表层厚度为0.12m。疏松层仅起支撑作用，并不。疏松层仅起支撑作用，并不影响分离特性或膜在压力作用下的透过率。影响分离特性或膜在压力作用下的透过率。o由于反渗透或超滤过程中的透过率与实际的屏碍层的厚度成反比。由于反渗透或超滤过程中的透过率与实际的屏碍层的厚度成反比。所以，非均相膜比相同厚度的均相膜的透过率高得多。在非均相所以，非均相膜比相同厚度的均相膜的
24、透过率高得多。在非均相膜的制备方法中，有两种工艺巳有所发展。一种是利用了相转换膜的制备方法中，有两种工艺巳有所发展。一种是利用了相转换过程。另一种是在多微孔结构上，铸一层非常薄的聚合物薄膜而过程。另一种是在多微孔结构上，铸一层非常薄的聚合物薄膜而形成一种复合结构。形成一种复合结构。 o 此外，在成膜方法上近年来又发展了一种动此外，在成膜方法上近年来又发展了一种动力形成膜。它的出现有可能将反渗透及超滤力形成膜。它的出现有可能将反渗透及超滤膜的研究推向新的阶段。膜的研究推向新的阶段。Zr(LV)一一PAA动动力形成膜巳成功地应用于苦咸水的淡化及污力形成膜巳成功地应用于苦咸水的淡化及污水的处理、回收
25、，并已有效地用来从大豆中水的处理、回收，并已有效地用来从大豆中分离，浓缩大豆蛋白质，从菜籽饼中去毒及分离，浓缩大豆蛋白质，从菜籽饼中去毒及提取蛋白质。提取蛋白质。2、超滤、超滤o超滤又叫超过滤法。它是以膜的形式，利用膜孔选择弹性筛分作超滤又叫超过滤法。它是以膜的形式，利用膜孔选择弹性筛分作用，在低的操作压力下，从水溶液中分离高分子量溶质或胶体的用，在低的操作压力下，从水溶液中分离高分子量溶质或胶体的新技术。被分离的低分子溶质或溶剂（水等新技术。被分离的低分子溶质或溶剂（水等)，从膜的孔隙中透，从膜的孔隙中透过。而大分子量溶质或胶体则不透过超滤膜。过。而大分子量溶质或胶体则不透过超滤膜。 o超滤
26、法是两种：超滤法是两种：(1)以浓度差作驱动力。将大。小分子分离的渗以浓度差作驱动力。将大。小分子分离的渗透膜；透膜；(2)以压力作为驱动力。使固体与液体分离的过滤膜。以压力作为驱动力。使固体与液体分离的过滤膜。 o在所有的膜法中，超滤应用得最广泛。国外巳大规模应用于工业在所有的膜法中，超滤应用得最广泛。国外巳大规模应用于工业污水和作业水的处理，化学、食品和医药工业中大分子溶液的浓污水和作业水的处理，化学、食品和医药工业中大分子溶液的浓缩、提纯和分离，生物溶液和饮料的消毒、澄清和提纯，超纯水缩、提纯和分离，生物溶液和饮料的消毒、澄清和提纯，超纯水的生产。的生产。o从冲洗水中回收电泳漆是超滤法的
27、一项很成功的应用。在此项应从冲洗水中回收电泳漆是超滤法的一项很成功的应用。在此项应用中。大多数都用管式醋酸纤维素超滤膜，膜的平均使用寿命可用中。大多数都用管式醋酸纤维素超滤膜，膜的平均使用寿命可超过两年。超过两年。 o超滤的另一重要应用是对油一水乳状液的分离。在金属切削的冲超滤的另一重要应用是对油一水乳状液的分离。在金属切削的冲洗水中一般含有洗水中一般含有0.21%m的乳状油滴直径为的乳状油滴直径为0.1lm。它。它可很容易地被任何超滤膜截留住。从超滤过的冲洗水中可获得可很容易地被任何超滤膜截留住。从超滤过的冲洗水中可获得510的浓缩乳化油。这种油可再直接用于金属机械作业，而的浓缩乳化油。这种
28、油可再直接用于金属机械作业，而滤过的水可再作为冲洗液用。超滤也可用于纺织业的有关过程中滤过的水可再作为冲洗液用。超滤也可用于纺织业的有关过程中来回收聚合物，从羊毛漂洗水中回收羊毛酯，等等。来回收聚合物，从羊毛漂洗水中回收羊毛酯，等等。o在各种食品的脱水中，用超滤法往往比用其它常用的技术，例如在各种食品的脱水中，用超滤法往往比用其它常用的技术，例如蒸发或冰冻蒸发或冰冻干燥技术在费用上低得多，并且没有易挥发的味干燥技术在费用上低得多，并且没有易挥发的味组分的损失。在制酪工业中。可用超滤浓缩牛奶和脱酯乳。可根组分的损失。在制酪工业中。可用超滤浓缩牛奶和脱酯乳。可根据超滤膜对盐类和乳糖的渗透性，很方便
29、地制备特殊规格的乳制据超滤膜对盐类和乳糖的渗透性，很方便地制备特殊规格的乳制品。从乳清中回收蛋白质不仅可以解决废水处理问题，而且浓缩品。从乳清中回收蛋白质不仅可以解决废水处理问题，而且浓缩出的蛋白质、乳糖和滤液中的乳糖酸可以回收利用。超滤还可用出的蛋白质、乳糖和滤液中的乳糖酸可以回收利用。超滤还可用来浓缩鸡蛋白，产品质量比用其它方法好。来浓缩鸡蛋白，产品质量比用其它方法好。o 果胶溶液的浓缩通常是用化学沉淀法，然后再用萃果胶溶液的浓缩通常是用化学沉淀法，然后再用萃取法来完成，相当复杂。用超滤法，可在果胶不发取法来完成，相当复杂。用超滤法，可在果胶不发生变化的情况下进行浓缩，很简便。生变化的情况
30、下进行浓缩，很简便。o 国外普遍用超滤法对饮料和酒进行消毒和澄清。发国外普遍用超滤法对饮料和酒进行消毒和澄清。发酵酿出的酒含有少量的蛋白质，多糖和其它胶体杂酵酿出的酒含有少量的蛋白质，多糖和其它胶体杂质。这些杂质通常是用化学沉淀法去除的。这种处质。这些杂质通常是用化学沉淀法去除的。这种处理影响酒的质量，同时也产生相当数量的软泥。这理影响酒的质量，同时也产生相当数量的软泥。这些软泥的处理是一个很费钱的问题。酒的超滤能去些软泥的处理是一个很费钱的问题。酒的超滤能去除这些杂质并能对酒消毒。除这些杂质并能对酒消毒。o 在制药工业中。对于生物活性物质，如酶、病毒、核酸、在制药工业中。对于生物活性物质，如
31、酶、病毒、核酸、特种蛋白质等用超滤进行分离、浓缩和纯化，是有利的。特种蛋白质等用超滤进行分离、浓缩和纯化，是有利的。o 在化学试剂制备工业中。超滤能对金属、非金属氧化物在化学试剂制备工业中。超滤能对金属、非金属氧化物或盐类的浆料进行有效的浓缩，对聚合物微粒的浓缩，或盐类的浆料进行有效的浓缩，对聚合物微粒的浓缩，及分散染料、试剂的提纯。及分散染料、试剂的提纯。o 在现代医学医药工作中，需要大规模地蒸馏血液以分离在现代医学医药工作中，需要大规模地蒸馏血液以分离某些蛋白质，目前，已把常用的技术和超滤结合起来。某些蛋白质，目前，已把常用的技术和超滤结合起来。以便降低费用和提高产品质量。用萃取法从植物或
32、动物以便降低费用和提高产品质量。用萃取法从植物或动物原料制取药物，例如生物碱、荷尔蒙、麻醉剂等时，往原料制取药物，例如生物碱、荷尔蒙、麻醉剂等时，往往被大分子或微粒杂质污染。在这些工作中采用超滤法往被大分子或微粒杂质污染。在这些工作中采用超滤法可生产出高质量的产品。可生产出高质量的产品。3、反渗透、反渗透o目前，反渗透法的装置分为：板式目前，反渗透法的装置分为：板式(板框式板框式)；管；管(柱柱)式：螺旋卷式：螺旋卷式：中空纤维式。式：中空纤维式。o反渗透除了用于海水、苦咸水淡化，工业用水的提纯，城市污水反渗透除了用于海水、苦咸水淡化，工业用水的提纯，城市污水废水的第三级处理外，还可用于化工和
33、医药工业水的特殊分离及废水的第三级处理外，还可用于化工和医药工业水的特殊分离及脱盐。以及用来从制酪工业废水中回收乳糖和乳糖酸，从甜菜废脱盐。以及用来从制酪工业废水中回收乳糖和乳糖酸，从甜菜废水中回收糖，从照象工业废水中回收银，等等。水中回收糖，从照象工业废水中回收银，等等。o反渗透的一种重要应用是为半导体和电子工业生产超纯水。如果反渗透的一种重要应用是为半导体和电子工业生产超纯水。如果反渗透和离子交换法联用，可去除电阻超过反渗透和离子交换法联用，可去除电阻超过18Mcm的井水的井水或地表水中的离子。反渗透也可用于去除锅炉水中的有机物、盐或地表水中的离子。反渗透也可用于去除锅炉水中的有机物、盐类
34、和硅，用离子交换法软化井水和地表水，效果较好，但用反渗类和硅，用离子交换法软化井水和地表水，效果较好，但用反渗透或反渗透和离子交换联用则比较经济。透或反渗透和离子交换联用则比较经济。o 在化学工业中反渗透巳成功地用于低分子量组合，如对在化学工业中反渗透巳成功地用于低分子量组合，如对氨基酸乙醇等的浓缩。用反渗透也可从混合气体中分离氨基酸乙醇等的浓缩。用反渗透也可从混合气体中分离氢气、氮气等。此时膜的选择性是关键。在食品工业中，氢气、氮气等。此时膜的选择性是关键。在食品工业中，反渗透已应用于牛乳，乳制品、乳糖、乳糖酸、柑桔汁反渗透已应用于牛乳，乳制品、乳糖、乳糖酸、柑桔汁和苹果汁等的浓缩方面。由于
35、反渗透是个相当经济的方和苹果汁等的浓缩方面。由于反渗透是个相当经济的方法，而且用它在化学或热学上对产品没有不良影响。因法，而且用它在化学或热学上对产品没有不良影响。因面它在食品工业中将是理想的浓缩手段。面它在食品工业中将是理想的浓缩手段。o 在食品和医药工业的绝大多数应用中，膜材料必须能消在食品和医药工业的绝大多数应用中，膜材料必须能消毒，膜和膜组件必须容易清洗，不含危害健康的材料或毒，膜和膜组件必须容易清洗，不含危害健康的材料或组分。用于食品和医药加工的膜组件一般是板框式，因组分。用于食品和医药加工的膜组件一般是板框式，因为板框式膜易于更换和清洗，在高粘度液态食品的加工为板框式膜易于更换和清
36、洗，在高粘度液态食品的加工中。往往使用管式膜组件。中。往往使用管式膜组件。o 3.离子交换膜离子交换膜o 离子交换膜是由带一定正电荷或负电荷微孔结构的离子交换膜是由带一定正电荷或负电荷微孔结构的孔壁组成的。这种膜的分离特性是由溶液和膜结构孔壁组成的。这种膜的分离特性是由溶液和膜结构中离子的电荷及浓度所决定的。在良好的离子交换中离子的电荷及浓度所决定的。在良好的离子交换膜中，电荷密度为每克膜材料的膜中，电荷密度为每克膜材料的2到到4毫克。当量离毫克。当量离子交换膜主要是在电渗析中对水溶液进行脱盐。子交换膜主要是在电渗析中对水溶液进行脱盐。o 通常，离子交换膜是由疏散的聚合物基质材料制成通常，离子
37、交换膜是由疏散的聚合物基质材料制成的，所带的电荷为磺酸基、羧基和季铵盐等。膜的的，所带的电荷为磺酸基、羧基和季铵盐等。膜的类型分为多相离子交换膜及均相离子交换膜。类型分为多相离子交换膜及均相离子交换膜。o 从发现离子交换膜的选择透过以来。二十余年中，从发现离子交换膜的选择透过以来。二十余年中，巳从早期性能低劣的非均相膜发展到适合工业应用巳从早期性能低劣的非均相膜发展到适合工业应用的性能良好的均相离子交换膜，以及具有各种特殊的性能良好的均相离子交换膜，以及具有各种特殊性能的离子交换膜，目前在大多数的工业领域内性能的离子交换膜，目前在大多数的工业领域内(包包括冶金、化工、医药、食品和造纸等方面括冶
38、金、化工、医药、食品和造纸等方面)均逐渐开均逐渐开始了离子交换膜的应用。例如直接用于制造产品始了离子交换膜的应用。例如直接用于制造产品(电电解、复分解等解、复分解等)纯化产品以及分离产品纯化产品以及分离产品(选择透过选择透过)等等等。特别是在综合利用等。特别是在综合利用“三废三废”，消除或减轻环境，消除或减轻环境污染方面，离子交换膜电渗透法也显示出较大的优污染方面，离子交换膜电渗透法也显示出较大的优点。表点。表2概略地列举了关于离子交换膜应用的情况。概略地列举了关于离子交换膜应用的情况。o 表表2 所示，把离子交换膜的应用分成四个部所示，把离子交换膜的应用分成四个部分：分：n 一、离子交换膜电
39、渗透法的应用。一、离子交换膜电渗透法的应用。n 二、离子交换膜作为电极反应中的隔膜的应用。二、离子交换膜作为电极反应中的隔膜的应用。n 三、离子交换膜在渗透法中的应用。三、离子交换膜在渗透法中的应用。n 四、其他方面的应用。四、其他方面的应用。表表2 离子交换膜的运用情况表离子交换膜的运用情况表4、高分子富氧膜、高分子富氧膜(Polymetic Oxygen Enrichment Membrane)o目前工业用的分离膜可分为：目前工业用的分离膜可分为：n离子交换膜离子交换膜n微过滤膜微过滤膜n超过滤膜超过滤膜n反渗透膜反渗透膜n气体分离膜气体分离膜n液膜液膜o高分子富氧膜属气体分离膜，巳应用燃
40、料的富氧燃烧，以节约能耗，高分子富氧膜属气体分离膜，巳应用燃料的富氧燃烧，以节约能耗，减少污染，以及用于医用富氧装置等。减少污染，以及用于医用富氧装置等。o 不同气体透过高分子膜的速率不同，利用这不同气体透过高分子膜的速率不同，利用这一性质原则上可于分离气体混合物，它比其一性质原则上可于分离气体混合物，它比其他传统分离方法节约能耗。他传统分离方法节约能耗。o 近二十年来巳积累了大量备种气体透过高分近二十年来巳积累了大量备种气体透过高分子膜的透过率数据，但是厚度为子膜的透过率数据，但是厚度为20-50M的高分子膜由于透过速率太慢，要得到实用的高分子膜由于透过速率太慢，要得到实用意义的气体量意义的
41、气体量(如每天如每天102104m3)需要需要很大的膜而积很大的膜而积(103105m2)设备过于庞设备过于庞大，实际上很难应用。大，实际上很难应用。o 七十年中期复合中空纤维技术七十年中期复合中空纤维技术(以以Monsanto公司发展的公司发展的Prism Separator为代表为代表)及超薄膜技术如及超薄膜技术如Ward等发展的聚碳等发展的聚碳酸酯酸酯-有机硅嵌段共聚物超薄膜的重大突破，有机硅嵌段共聚物超薄膜的重大突破，大大提高了高分子膜的透气效率，使用中空大大提高了高分子膜的透气效率，使用中空纤维使气体分离元件单位体积内的面积比卷纤维使气体分离元件单位体积内的面积比卷式膜或平膜增加式膜
42、或平膜增加520倍。倍。o 超薄膜可制成的厚度仅一般均质膜的千分之超薄膜可制成的厚度仅一般均质膜的千分之一。一。Prism Separater装置用于合成氨尾装置用于合成氨尾气中氢回收，日处理能力可达气中氢回收，日处理能力可达20m3。o由于氧、氮分子尺寸接近，所以空气是比较难分离的气体混物。由于氧、氮分子尺寸接近，所以空气是比较难分离的气体混物。传统的分离方法传统的分离方法压缩、液化、分馏。能耗较大；分子筛变压压缩、液化、分馏。能耗较大；分子筛变压吸附吸附(PSA法法)需用大量分子筛及庞大的设备，能耗噪声都大。制需用大量分子筛及庞大的设备，能耗噪声都大。制备备3540氧的富氧气体以膜法分离最
43、为节能。如需高浓度氧氧的富氧气体以膜法分离最为节能。如需高浓度氧气，可由此所得的富氧气体作为气，可由此所得的富氧气体作为PSA法或深冷分馏法的原料气以法或深冷分馏法的原料气以提高后两种方法的设备生产能力。提高后两种方法的设备生产能力。o随着人类对能源需求的不断增长，开辟新能源和节约能耗是能源随着人类对能源需求的不断增长，开辟新能源和节约能耗是能源工业的两大重要课题。煤和石油等矿物燃料。即使在最先进的设工业的两大重要课题。煤和石油等矿物燃料。即使在最先进的设备中鼓风燃烧。其热能效率也很低，大量热能被烟道气带走。如备中鼓风燃烧。其热能效率也很低，大量热能被烟道气带走。如鼓入含鼓入含40氧的空气，烟
44、道气量即可减半。在小型煤气炉上的氧的空气，烟道气量即可减半。在小型煤气炉上的富氧燃烧实验表明，用含富氧燃烧实验表明，用含30氧的富氧空气燃烧，可节能氧的富氧空气燃烧，可节能4565。对固体燃料。对固体燃料(尤其是劣质煤尤其是劣质煤)由于燃烧完全，烟道气中粉由于燃烧完全，烟道气中粉尘、一氧化碳和氧化氮等污染环境的气体可大大减少。尘、一氧化碳和氧化氮等污染环境的气体可大大减少。o 日本能源短缺，有鉴于上述气体分离膜方面的技术突日本能源短缺，有鉴于上述气体分离膜方面的技术突破。日本通产省从破。日本通产省从1979年起，组织了九家公司进行年起，组织了九家公司进行富氧膜及富氧燃烧的攻关，富氧膜及富氧燃烧
45、的攻关，1984年巳选出多种膜材，年巳选出多种膜材，特别是以氟族元素聚合体为原料制成功含氟功能膜特别是以氟族元素聚合体为原料制成功含氟功能膜(高高分子富氧膜分子富氧膜)，因为氧易溶进氟分子，所以氧分子易于，因为氧易溶进氟分子，所以氧分子易于透过这种膜。透过这种膜。o 用分离效率较高的高分子膜用分离效率较高的高分子膜(如聚如聚4甲基戊烯），经甲基戊烯），经一段富集即可得一段富集即可得40氧的富氧空气，供患者使用，比氧的富氧空气，供患者使用，比纯氧安全。这种医疗用富氧装置国外巳有商品。纯氧安全。这种医疗用富氧装置国外巳有商品。o高分子对气体的渗透性能常用透过率高分子对气体的渗透性能常用透过率P表示
46、，它的量纲是表示，它的量纲是cm3(STP)cmcm2scmHg，一些常见高分子材料的透氧，一些常见高分子材料的透氧率在率在510-12510-9之间。由于此单位较小。使用不便，之间。由于此单位较小。使用不便，Stern建议将建议将Bar-rer作为透气率的单位，作为透气率的单位，1Barrer=10-10cm3cmcm2scmHg。高分子对两种气体透过的选择性以。高分子对两种气体透过的选择性以分离系数分离系数表示：表示：o（PO2，PN2各为透过膜前氧、氮的分压。各为透过膜前氧、氮的分压。PO2，PN2各为透各为透过膜后氧、氮的分压过膜后氧、氮的分压)。对于互不影响透气率的混合气体。对于互不
47、影响透气率的混合气体(如氧、如氧、氮氮)=P02PN2叫做透气率比。透气率大的材料，透气率比叫做透气率比。透气率大的材料，透气率比较低较低(=2左右左右)，透气率小的材料，透气率小的材料，较大。较大。o一般认为一般认为PO210Barrer，2.5的膜材，才能用于富氧装置。的膜材，才能用于富氧装置。随着富氧膜研究工作的进展，现巳提出更高的要求，即随着富氧膜研究工作的进展，现巳提出更高的要求，即P100 Barrer，3.O。为达到此目的，现在进行高分子膜的结构。为达到此目的，现在进行高分子膜的结构(包括化学结构、链结构、聚集态结构和多相多层结构包括化学结构、链结构、聚集态结构和多相多层结构)与
48、透气性与透气性能之间的关系的系统基础研究。能之间的关系的系统基础研究。5。中空纤维（。中空纤维（Hollow Fiber MembRrane）o膜可做成各种形膜可做成各种形(型型)式，目前巳有平膜、板框式膜、管式，目前巳有平膜、板框式膜、管(柱柱)式膜。式膜。螺旋卷式膜、中空纤维膜等。故中空纤维膜可根据用途分为：反螺旋卷式膜、中空纤维膜等。故中空纤维膜可根据用途分为：反渗透用中空纤维膜、超过滤或自然渗析用中空纤维膜，离子交换渗透用中空纤维膜、超过滤或自然渗析用中空纤维膜，离子交换型中空纤维膜，气体分离用中空纤维膜等。型中空纤维膜，气体分离用中空纤维膜等。o 中空纤维膜具有能耗低，分离效率高、体
49、积中空纤维膜具有能耗低，分离效率高、体积小，有效膜面积大等优点，所以中空纤维型小，有效膜面积大等优点，所以中空纤维型巳逐渐取代平板型、管型、卷型等，其应用巳逐渐取代平板型、管型、卷型等，其应用范围逐渐扩大，这主要是由于中空纤维型膜范围逐渐扩大，这主要是由于中空纤维型膜具有独特的清洗方法。故能胜任其它型膜所具有独特的清洗方法。故能胜任其它型膜所不能承担的分离和浓缩工作。不能承担的分离和浓缩工作。o 例如，我国大连化物所制成中空纤维束膜分例如，我国大连化物所制成中空纤维束膜分离器，用于合成氨厂放气中氢气的回收。在离器，用于合成氨厂放气中氢气的回收。在不增加原料和动力的情况下，可使合成氢增不增加原料
50、和动力的情况下，可使合成氢增产产4以上。以上。o 在电子工业用的超纯水制备工艺中，近来以在电子工业用的超纯水制备工艺中，近来以超过滤法超过滤法(中空型中空型)替代反渗透器。究其原因，替代反渗透器。究其原因，可归纳二点：可归纳二点：n (A)在超纯水制备的工艺中，反渗透法虽能脱盐，在超纯水制备的工艺中，反渗透法虽能脱盐，但仅为离子交换树脂所承担的脱盐量的但仅为离子交换树脂所承担的脱盐量的110120，从工业角度来讲，可忽略不计：，从工业角度来讲，可忽略不计：n (B)中空纤维型超过滤器仅需中空纤维型超过滤器仅需1.8公斤厘米公斤厘米2的的操作压力，而反渗透器则需操作压力，而反渗透器则需30公斤厘
