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《膜分离技术简介》-精选·课件.ppt

发布:2018-11-08约1.11万字共105页下载文档
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膜分离技术简介 目录 1 膜技术概述 2 膜分离装置 3 极化、污染现象和控制 4 典型的膜分离技术及应用领域 5 膜工程前沿技术 1 膜技术概述 1.1 基本概念 (Membrane)是什么?有何特性? 膜是具有选择性分离功能的材料。 利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程称作膜分离。它与传统过滤的不同在于,膜可以在分子级范围内进行分离,并且这过程是一种物理过程,不需发生相的变化和添加助剂。膜的孔径一般为微米或纳米级,依据其孔径的不同(或称为截留分子量),可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜 等等。 1.2 膜分离的优点 在常温下进行   有效成分损失极少,特别适用于热敏性物质,如医药、果汁、酶、蛋白的分离与浓缩 无相态变化 保持原有的风味,能耗低,其费用约为蒸发浓缩或冷冻浓缩的1/3-1/8 无化学变化   典型的物理分离过程,不用化学试剂和添加剂,产品不受污染 选择性好   可在分子级内进行物质分离,具有普遍滤材无法取代的卓越性能 适应性强   处理规模可大可小,可以连续也可以间隙进行,工艺简单,操作方便,易于自动化 1.2 膜分离技术发展简史 1.3 膜的分类 a. 按膜的材料分类 b. 按膜的分离原理及适用范围分类 根据分离膜的分离原理和推动力的不同,可将 其分为微孔膜、超过滤膜、反渗透膜、纳滤膜、渗 析膜、电渗析膜、渗透蒸发膜等。 c. 按膜的形态分类 按膜的形状分为平板膜(Flat Membrane)、管式膜(Tubular Membrane)和中空纤维膜(Hollow Fiber)。 d. 按膜的结构分类 按膜的结构分为: 对称膜(Symmetric Membrane) 非对称膜(Asymmetric Membrane) 复合膜(Composite Membrane) 1.4 膜分离过程的类型 分离膜的基本功能是从物质群中有选择地透过或输送特定的物质,如颗粒、分子、离子等。或者说,物质的分离是通过膜的选择性透过实现的。几种主要的膜分离过程及其传递机理如表2所示。 1.5 膜材料 用作分离膜的材料包括广泛的天然的和人工合 成的有机高分子材料和无机材料。 原则上讲,凡能成膜的高分子材料和无机材料 均可用于制备分离膜。但实际上,真正成为工业化 膜的膜材料并不多。这主要决定于膜的一些特定要 求,如分离效率、分离速度等。此外,也取决于膜 的制备技术。 目前,实用的有机高分子膜材料有:纤维素酯 类、聚砜类、聚酰胺类及其他材料。从品种来说, 已有成百种以上的膜被制备出来,其中约40多种已 被用于工业和实验室中。据粗略统计,纤维素酯类 膜占53%,聚砜膜占33.3%,聚酰胺膜占11.7%,其 他材料的膜占2%,可见纤维素酯类材料在膜材料中 占主要地位。 a. 纤维素酯类膜材料 纤维素是由几千个椅式构型的葡萄糖基通过1, 4—β—甙链连接起来的天然线性高分子化合物, 其结构式为: 从结构上看,每个葡萄糖单元上有三个羟基。 在催化剂(如硫酸、高氯酸或氧化锌)存在下,能 与冰醋酸、醋酸酐进行酯化反应,得到二醋酸纤维 素或三醋酸纤维素。 C6H7O2 + (CH3CO)2O = C6H7O2(OCOCH3)2 + H2O C6H7O2 + 3(CH3CO)2O = C6H7O2(OCOCH3)3 + 2 CH2COOH 醋酸纤维素是当今最重要的膜材料之一。 醋酸纤维素性能稳定,但在高温和酸、碱存在下易发生水解。 纤维素醋类材料易受微生物侵蚀,pH值适应范围较窄,不耐高温和某些有机溶剂或无机溶剂。因此发展了非纤维素酯类(合成高分子类)膜。 醋酸纤维素膜的结构示意图 b. 非纤维素酯类膜材料 常用于制备分离膜的合成高分子材料有聚砜、聚酰胺、芳香杂环聚合物和离子聚合物等。 聚砜类树脂具有良好的化学、热学和水解稳定 性,强度也很高,pH值适应范围为1~13,最高使 用温度达120℃,抗氧化性和抗氯性都十分优良。因 此已成为重要的膜材料之一。 早期使用的聚酰胺是脂肪族聚酰胺,如尼龙— 4、尼龙—66等制成的中空纤维膜。这类产品对盐水 的分离率在80%~90%之间,但透水率很低,仅 0.076 ml/cm2·h。 以后发展了芳香族聚酰胺,用它们制成的分离膜,pH适用范围为3~11,分离率可达99.5%(对盐水),透水速率为0.6 ml/cm2·h。长
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