1、 知识点知识点：膜分离过程的分类及定义，膜分离机理，膜分离理论，超滤速度的影响因素，超滤膜污染及再生，超滤的操作方式及设备，膜分离过程的应用实例。重点：重点：膜分离过程的分类，概念，实质及其适用范围。超滤膜污染的常规处理方法，膜分离机理的毛细管流动模型和溶解扩散模型，传递理论中过滤模型和浓差极化问题，超滤器的型式及其方式。难点：难点：膜分离机理和传递理论。以压力为推动力，依靠膜的选择性，将液体中的组分以压力为推动力，依靠膜的选择性，将液体中的组分进行分离的方法，包括微滤（进行分离的方法，包括微滤（MFMF）、超滤（）、超滤（UFUF）、）、纳滤（纳滤（NFNF）和反渗透（和反渗透（RORO）四
2、种过程。）四种过程。膜分离的优点膜分离的优点（1 1）操作在常温下进行）操作在常温下进行（2 2）是物理过程，不需加入化学试剂）是物理过程，不需加入化学试剂（3 3）能耗低，无相变）能耗低，无相变（4 4）选择性高）选择性高（5 5）浓缩和纯化可在一个步骤内完成）浓缩和纯化可在一个步骤内完成（6 6）设备易放大，可以分批或连续操作）设备易放大，可以分批或连续操作 适用范围适用范围微滤（微滤（MFMF）0.020.021010m mm m 超滤（超滤（UFUF）0.0010.0010.020.02m mm（10001000300,000D300,000D）纳滤（纳滤（NFNF）nm（200100
3、0D）反渗透（反渗透（RORO）350D350D项 目 膜 类 型 操 作 压 力 分 离 机 理 适 用 范 围 技 术 特 点 不 足 之 处 微 滤(MF)对 称 微 孔 膜0.02 10m 0.01 MPa0.2 MPa 颗 粒 大 小、形 状 含 微 粒 或 菌 体 溶液 的 分 离 操 作 简 便，通 水 量 大，工作 压 力 低，制 水 率 高。有 机 污 染 物 的 分离 效 果 较 差。超 滤(UF)不 对 称 微 孔 膜0.001 0.1m 0.1 MPa0.5 MPa 颗 粒 大 小、形 状 有 机 物 或 微 生 物溶 液 的 分 离 与 微 滤 技 术 相 似。与 微
4、 滤 技 术 相 似。纳 滤(NF)带 皮 层 不 对 称 复合 膜 1 50 nm 0.5 MPa2.5 MPa 优 先 吸 附、表 面 电 位 硬 水 或 有 机 物 溶液 的 脱 盐 可 对 原 水 进 行 部 分 脱 盐 和软 化，生 产 优 质 饮 用 水。常 需 预 处 理，工 作压 力 较 高。反 渗 透(RO)带 皮 层 不 对 称 复合 膜 1 nm 1.0 MPa10 MPa 优 先 吸 附、溶 解 扩 散 海 水 或 苦 咸 水 的淡 化 几 乎 可 去 除 水 中 一 切 杂质，包 括 悬 浮 物、胶 体、有 机 物、盐、微 生 物 等。工 作 压 力 高；制 水率 低
5、；能 耗 大。RO membrane NF membrane UF membrane MF membrane膜材料和膜的制造膜材料和膜的制造 要求：（1）透过速度（2）选择性（3）机械强度（4）稳定性 微滤膜材料微滤膜材料：聚偏氟乙烯，聚丙烯，硝酸纤维，：聚偏氟乙烯，聚丙烯，硝酸纤维，醋酸纤维醋酸纤维超滤膜超滤膜：聚醚砜，再生纤维素等：聚醚砜，再生纤维素等 反渗透膜反渗透膜 ：芳香聚酰胺：芳香聚酰胺 天然材料：各种纤维素衍生物 人造材料：各种合成高聚物 特殊材料：复合膜，无机膜（1）透过速度大（2）截留盐的能力强（3）易于制备（4）来源丰富（5）不耐温（30C）(6)pH 范围窄，清洗困难 (
6、7)与氯作用，寿命降低 (8)微生物侵袭 （9）适合作反渗透膜4（1）温度范围广（2）pH 范围广（3）耐氯能力强（4）孔径范围宽（5)操作压力低（6）适合作超滤膜 不对称膜通常用相转变法制造不对称膜通常用相转变法制造将高聚物溶于一种溶剂中将高聚物溶于一种溶剂中将得到溶液浇注成薄膜将得到溶液浇注成薄膜将薄膜浸入沉淀剂中，均匀的高聚物溶液将薄膜浸入沉淀剂中，均匀的高聚物溶液分离成两相，一相为富含高聚物的凝胶，分离成两相，一相为富含高聚物的凝胶，形成膜的骨架，而另一相为富含溶剂的液形成膜的骨架，而另一相为富含溶剂的液相，形成膜中空隙相，形成膜中空隙膜的内部结构主要取决于产生沉淀时的动力学因素。当高
7、聚膜溶液缓慢沉淀时，得到海绵状结构*（RQ膜）；当快速形成凝胶时，得到的是手指状结构*（膜）当沉淀速度非常慢时，则可得到对称膜 影响膜结构和性质的因素很多影响膜结构和性质的因素很多 主要有：所有的高聚物及其浓度；溶剂系统；沉淀剂系统；沉淀剂的形式；前处理（如蒸发）或后处理（或退火，即浸在热水浴中）步骤等。膜材料种类膜材料种类高分子分高分子分离膜材料离膜材料纤维素衍生物类纤维素衍生物类聚砜类聚砜类聚酰胺类聚酰胺类聚酰亚胺类聚酰亚胺类聚酯类聚酯类聚烯烃类聚烯烃类乙烯类聚合物乙烯类聚合物含硅聚合物含硅聚合物含氟聚合物含氟聚合物甲壳素类甲壳素类无机膜无机膜致密膜致密膜多孔膜多孔膜致密的金属膜致密的金属
8、膜致密的固体电解质膜致密的固体电解质膜致密的致密的”液体充实固体化液体充实固体化“动态原位形成的致密膜动态原位形成的致密膜Pd膜及膜及Pd合金膜合金膜Ag膜及膜及Ag合金膜合金膜氧化锆膜氧化锆膜复合固体氧化膜复合固体氧化膜多孔负载膜多孔负载膜多孔金属膜，多孔不锈钢膜多孔金属膜，多孔不锈钢膜多孔多孔Ni膜，多孔膜，多孔Ag膜，多孔膜，多孔Pd膜，多孔膜，多孔Ti膜膜多孔陶瓷膜，包括多孔陶瓷膜，包括Al2O3膜，膜，SiO2膜，膜，ZrO2膜，膜，TiO2膜膜（多孔玻璃膜分子筛膜，包括碳分子筛）（多孔玻璃膜分子筛膜，包括碳分子筛）具体分类具体分类种种类类具体分具体分类类纤维纤维素衍生物素衍生物类类
9、再生再生纤维纤维素，硝酸素，硝酸纤维纤维素，二醋酸素，二醋酸纤维纤维素，三醋酸素，三醋酸纤维纤维素，乙基素，乙基纤维纤维素，其他素，其他纤维纤维素衍生物素衍生物聚聚砜类砜类双酚双酚A型聚型聚砜砜，聚芳，聚芳醚醚酚，酚酚，酚酞酞型聚型聚醚醚酚，聚酚，聚醚酮醚酮聚聚酰酰胺胺类类脂肪族聚脂肪族聚酰酰胺，聚胺，聚砜酰砜酰胺，芳香族聚胺，芳香族聚酰酰胺，交胺，交联联芳芳香聚香聚酰酰胺胺聚聚酰亚酰亚胺胺类类脂肪族二酸聚脂肪族二酸聚酰亚酰亚胺，全芳香聚胺，全芳香聚酰亚酰亚胺，含氟聚胺，含氟聚酰酰亚亚胺胺聚聚酯类酯类涤纶涤纶，聚，聚对对苯二甲酸丁二醇苯二甲酸丁二醇酯酯，聚碳酸，聚碳酸酯酯聚聚烯烃类烯烃类聚乙聚
10、乙烯烯，聚丙，聚丙烯烯，聚，聚4-甲基甲基-1-戊戊烯烯乙乙烯类烯类聚合物聚合物聚丙聚丙烯腈烯腈，聚乙，聚乙烯烯醇，聚醇，聚氯氯乙乙烯烯，聚偏，聚偏氯氯乙乙烯烯含硅聚合物含硅聚合物聚二甲基硅氧聚二甲基硅氧烷烷，聚三甲基硅氧，聚三甲基硅氧烷烷含氟聚合物含氟聚合物聚四氟乙聚四氟乙烯烯，聚偏氟乙，聚偏氟乙烯烯甲壳素甲壳素类类无无截流率与分子之间的关系截流率与分子之间的关系截断分子量截断分子量相当于一定截流率相当于一定截流率（通常为或）的分子量（通常为或）的分子量172.3孔道特征 孔径特征包括孔径、孔径分布和空隙度，是膜的重要性质17 2.完整性试验完整性试验毛细管流动模型 溶解扩散模型 优先吸附模
11、型17.3.2 溶解扩散模型溶解扩散模型 具体过程包括：溶质和溶剂在膜的料液侧表面外吸附和溶解。溶质和溶剂之间没有相互作用，它们在各自化学位差的推动下仅以分子扩散方式（不存在溶质和溶剂的对流传递）通过反渗透膜的活性层。溶质和溶剂在膜的透过液侧表面解吸。17.3.3 优先吸附毛细孔流动模型17.3.4 纳滤纳滤17.4.2阻力模型阻力模型17.4.217.4.2管状收缩效应的影响管状收缩效应的影响.影响膜过滤的各种因素影响膜过滤的各种因素 根据膜分离装置进出口压力降的变化：根据透水量或透水质量的变化：定时清洗：膜的清洗方法物理方法化学方法所用的清洗剂水力方法气液脉冲反冲洗涤循环洗涤酸碱液表面活性
12、剂螯合剂氧化剂酶化学清洗液酸在去除诸如碳酸钙和磷酸钙等钙基垢、氧化铁和金属硫化物方面是有效的。碱清洗溶液包括磷酸盐、碳酸盐和氢氧化物。这些溶液可使沉淀物松动、乳化和分散。当去除诸如硅酸盐等特别难以去除的沉积物时,交替使用碱清洗剂和酸清洗剂。表面活性剂如SDS、吐温80、Triton、X-100(一种非离子型表面活性剂)等在许多场合有很好的清洗效果，可根据实际情况加以选择，但有些阴离子型和非离子型的表面活性剂能同膜结合造成新的污染在选用时须加以注意。除了强酸和碱外，螯合剂也用于去除污染膜的沉积物。常用的螯合剂有乙二胺四醋酸(EDTA)、磷羧基羧酸、葡萄糖酸和柠檬酸等。其中，葡萄糖酸在强碱溶液中螯
13、合铁离子(Fe3+)通常是有效的。EDTA常用于溶解碱土金属硫酸盐。当NaOH或表面活性剂不起作用时，可以用氯进行清洗，其用量为200400mg/L活性氯(相当于400800mg/LNaClO)，其最适pH为1011。由醋酸纤维等材料制成的膜，由于不能耐高温和极端pH，在膜通量难以恢复时，须采用能水解蛋白质的含酶清洗剂清洗。但使用酶清洗剂不当会造成新的污染。如采用固定化酶形式，把酶固定在载体上，用含载体液进行清洗，效果很好。内压式中空纤维膜使用1 1、预处理法、预处理法2 2、膜表面改性、膜表面改性3 3、改善膜表面的流体力学条件、改善膜表面的流体力学条件4 4、附加场的方法、附加场的方法5
14、5、反冲、反冲6 6、机械方法、机械方法7 7、其他方法、其他方法一个良好的模件（膜）过滤装置应具备下列条一个良好的模件（膜）过滤装置应具备下列条件件膜切面线方向的速度相当快，或有较高的剪切力，以减少浓差极化膜的装卸密度，即单位体积中所含膜面积比较大拆洗和膜的更换比较方便保留体积小，且无死角市售模件市售模件17.8.1分批操作分批操作17.8.2 透析过滤透析过滤发酵液的过滤与细胞的收集纯化浓缩去热源缓冲液变换17.9.1发酵液的过滤与细胞的收集应用应用水的脱盐水的脱盐和净化和净化食品工业食品工业医疗、卫生方面医疗、卫生方面石油、化石油、化工方面工方面环境工程环境工程其他方面其他方面海水与苦海
15、水与苦咸水淡化咸水淡化电厂锅炉电厂锅炉供水脱盐供水脱盐超纯水制备超纯水制备城市家庭饮城市家庭饮用水的净化用水的净化乳品乳品加工加工酒类酒类生产生产果汁果汁加工加工酶制剂酶制剂生产生产医疗、卫医疗、卫生用水生用水药品生产药品生产医疗应用医疗应用中药提炼中药提炼回收有机蒸气回收有机蒸气制取富氧空气制取富氧空气无水乙醇生产无水乙醇生产膜与生膜与生物技术物技术国防上国防上的应用的应用交通、交通、运输方运输方面面脱脱气气膜膜电泳漆电泳漆废水废水电镀废电镀废水水纤维纤维工业工业废水废水造纸造纸工业工业废水废水其他废其他废水水 1 1 理解概念：截留分子量，截留率，体理解概念：截留分子量，截留率，体 积浓缩积浓缩倍倍 数数 2 2 微滤，超滤，反渗透分离技术在分子尺寸上有微滤，超滤，反渗透分离技术在分子尺寸上有何区别？何区别？3 3 影响截留率的因素有哪些？影响截留率的因素有哪些？4 4 毛细管流动模型，溶解扩散模型，和优先吸附毛细管流动模型，溶解扩散模型，和优先吸附模各适用于解释哪些膜过程模各适用于解释哪些膜过程?
