功能高分子材料 教学课件 ppt 作者 焦剑、姚军燕 主编 第3章 高分子分离膜.pptx

第三章高分子分离膜

第三章高分子分离膜概述

·3.1概述

·3.1.1膜分离技术的发展

●膜分离是一种很重要的分离技术，它的分离过程通常称为膜过程，也就是利用薄膜对混合物组分的选择透过性使之在一定的推动力下进行分离。

●利用高性能分离膜可以实现物质的浓缩、纯化、分离和反应促进等功能。

●膜技术在许多领域已得到了广泛的应用，如食品、饮料、冶金、造纸、纺织、制药、汽车、乳品、生物、化工以及在工业及民用用水的处理方面，它在环保方面的应用也日益广泛。

第三章高分子分离膜概述

●分离膜的发展历史：

·1748年，Nollet发现水能自发地扩散到装有酒精溶液的猪膀胱内，这一发现可以说开创了膜渗透的研究。

·1854年，Graham发表了利用膜渗透分离混合物的文章

●1855年，Fick等用陶瓷管浸入硝酸纤维素乙醚溶液中制备了囊袋型“超滤”半渗透膜，用以透析生物学流体溶液，定量测定了扩散和渗透压，并把渗透压与溶

液浓度和温度联系起来。

●1907年，Bechlod发表了第一篇系统研究滤膜性质的报

告，指出滤膜孔径可以用改变火棉胶(硝酸纤维素)

溶液的浓度来控制，从而可制出不同孔径的膜，并列出了相应的过滤颗粒物质梯级表。

第三章高分子分离膜概述

·1918年，Zsigmondy等人提出了商品规模生产硝酸纤

维素微孔滤膜的方法，并于1921年获得了专利。

●第一次世界大战后德国Sartorius制造了最早的工业用膜，但此时所用的多孔硝酸纤维素或硝酸纤维素-醋酸纤维素膜只能用于实验室规模。

·1931年，Elford报道了新的适于微生物应用的火棉胶滤膜系列，并用它来分离和富集微生物和极细粒子。

·20世纪40年代出现了基于渗析原理的人工肾，Kolff等将之用于实际的血液透析。

·50年代初期，Juda研制成功离子交换膜，从而使电渗析获得了工业应用，这种膜由阳离子或阴离子的迁移所产生的选择性比任何非离子系统的选择性都大。

第三章高分子分离膜概述

·20世纪60年代，Leob和Sourirajan研制成功醋酸纤维素非对称膜，60年代末期又研制成功中空醋酸纤维素膜，这在膜分离技术的发展中是两个重要的突破，对膜分离技术的发展起了重要的推动作用，使反渗透、超滤和气体分离进入实用阶段。这些膜是由一个很薄的致密皮层(厚度0.5μm)和一个多孔的亚层(厚度为50～200μm)。皮层决定了传递速率，多孔亚层仅起支撑作用渗透速率反比于实际屏障层的厚度，因

此不对称膜的渗透速率(水通量)远大于相同厚度的(均质)对称膜。

第三章高分子分离膜概述

●具有分离选择性的人造液膜是Martin在20世纪60年代初研究反渗透时发现的，这种液膜是覆盖在固体膜之上的，为支撑液膜。60年代中期，美籍华人黎念之博士在测定表面张力时观察到含有表面活性剂的水和油能形成界面膜，从而发现了不带有固膜支撑的新型液膜，并于1968年获得纯粹液膜的第一项专利。70年代初，Cussler又研制成功含流动载体的液膜，使液膜分离技术具有更高的选择性。

第三章高分子分离膜概述

●从20世纪50年代以来，与膜分离有关产业以平均年增长10%以上的速度稳定增长，已形成一个年产值超过百亿美元的重要新兴产业。

●从技术上来看，膜过程正由微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)、反渗透(RO)、电渗析

(ED)、膜电解(ME)、扩散渗透(DD)及透析等

第一代过程向气体分离(GS)、全蒸发(PV)、蒸气渗透(VP)、膜蒸馏(MD)、膜接触器(MC)、

膜萃取等发展。

第三章高分子分离膜概述

·3.1.2膜分离的特点

●膜分离技术的优点：

●在分离过程中几乎没有相变，能源消耗小，是一种低能耗、低成本的分离技术；

●膜过程通常在温和的条件下进行，因而对需避免高温分级、浓缩与富集的物质，如果汁、药品、蛋白质等，具有明显的优点；

●膜分离装置简单、操作容易、制造方便，易于与其它分离技术相结合，其分离技术应用范围广，对无机物、有机物及生物制品均可适用，且没有二次污染。

●问题：膜过程中容易出现膜污染，降低分离效率，膜的分离选择性较低，同时膜的使用有一定的寿命。

过程

主要功能

推动力

分离机理

微滤(MF)

Microfiltration

滤除≥50nm的颗粒

压力差

(0.1~0.5)MPa

筛分

超滤(UF)

UItrafiltration

滤除(5