分离膜与膜分离组件

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1、分离膜与膜分离组件第一节分离膜的种类膜是膜技术的核心，决定膜功能包括膜材料的化学性质及膜的结构，因而与膜的制备过程有关。膜的主要品种是高分子膜，无机膜。膜材料主要有：无机膜材料：多孔石英玻璃、多孔陶瓷、多孔钨（金膜）、ZrO2、ZnO2、Al2O3、TiO2、SiO2、活性炭；有机高分子膜材料：醋酸纤维素、聚砜类、聚酰胺类、聚丙烯腈类等。应用领域：液体分离膜材料：MF/UF/NF/RO；气体分离膜材料:GS/PV；荷电膜材料:ED/DD/BPED。1第三节分离膜的分离特性与结构分离效率、渗透通量、通量衰

2、减系数。1、分离效率：脱除率或截留率R－适于溶液脱盐，高分子物质脱除。Cb-主体浓度，Cp-透过液浓度一、膜的分离透过特性2分离系数α或β－混合物分离YA－透过液中A的摩尔分率，XA－原液中A的摩尔分率。2、渗透通量：单位时间内通过单位膜面积的透过物的量。3V－透过液的容积或量；S－膜的有效面积；t－时间；渗透通量Jm通常以mL/(cm2·h)或L/(m2·d)为单位。3、通量衰减系数：Jt–运行t小时的渗透通量；J1–运行1小时的渗透通量；m-通量衰减系数。4二、分离膜的形态结构高分子聚合物膜的结构：

3、致密膜（对称膜）：均匀的致密薄膜（均质膜），物质在膜内各处的渗透率相同。膜厚5nm－5μm。使用较少。微孔膜：平均孔径0.02－10μm，膜孔有一较宽的分布范围，孔道曲折，膜厚50－250μm，应用较普遍。非对称膜：是使用最广泛的一种分离膜。非对称分离膜一般由两层组成，表面活性层和支撑层。5表面活性层非常薄，厚度0.1－1.5μm。表面活性层起分离作用(即选择透过作用)，其孔径和表皮性质决定分离特性，厚度决定传递速率。表面活性层可以是致密的，也可以是多孔的。下面的支撑层起机械支撑作用，是多孔的，对分离特

4、性和传递速率影响很小，厚度50－250μm。表面活性层与支撑层用同一种膜材料，在制膜过程中同时形成，习惯上称这种膜为非对称膜。6复合膜（非对称膜）：表面活性层与支撑层分两次形成，先制成支撑膜，再把皮层复合到支撑膜的表面上，用这种方法制成的非对称膜叫做复合膜，一般复合膜的表面活性层和支撑层是两种膜材料。表面活性层厚度0.25－15μm。表面活性层可用各种材料，应用广泛。离子交换膜：为均质膜，膜厚200μm，主要用于电渗析。71、表面活性层对分离膜的性能起决定性影响：（1）表面活性层愈薄，膜的渗透通量愈大。

5、有些膜分离过程(如反渗透)，膜的渗透通量与表面活性层厚度呈反比；（2）表面活性层如果属多孔结构，则单位面积上孔数愈多(孔隙率愈大)，膜的渗透通量愈大；（3）表面活性层上孔分布愈狭，分离产品的纯度就愈高，即除了希望得到的产品外，其他杂质愈少。起分离作用的表面活性层不能存在缺陷(大孔)。否则分离效率急剧下降，渗透通量变得异常高。三、分离膜的形态结构与性能的关系82、支撑层对分离膜的性能也有一定影响：支撑层孔愈大、孔隙率高也能使膜的通量有所提高。可见，高性能的分离膜除了选择合适的膜材料外，它应具有非对称结构，

6、即具有致密(或多孔)的、无缺陷的、超薄的(几十纳米厚)表面活性层和孔隙率高的多孔支撑层。对复合膜来说，支撑膜表面要有合适的孔径。孔分布要窄，且无大孔。在生产商品膜过程中，要制造表面活性层这样薄而无缺陷的膜，技术要求相当高。9第四节分离膜的污染与劣化1、膜的污染：因为膜表面形成附着层或膜孔堵塞等外部因素导致膜性能发生变化的现象。膜污染一般导致膜的渗透通量下降，对截留率影响不定。2、膜的劣化：因为膜自身发生不可逆转的变化等内部因素导致膜性能发生变化的现象。膜劣化对渗透通量、截留率影响不定。103、膜劣化的原

7、因：化学性劣化：由膜材料的水解或氧化反应等化学因素造成的。例如PH值超出允许范围导致反应。物理性劣化：由膜结构发生不可逆转变形等物理因素造成的。例如高压或干燥状态下的变形。生物性劣化：由料液中微生物导致膜发生生物降解反应等生物因素造成的。114、膜污染与劣化的防止方法：预处理法操作方式的优化膜组件结构改善膜组件的清洗：实际应用非常重要，分化学清洗和物理清洗。抗劣化抗污染膜的制备121.死端操作：料液置于分离膜的上游，在压差作用下进行。缺点：截留物在表面形成污染层，且随时间增厚，阻力增加，若操作压力不变，

8、通量下降。污染层厚度渗透通量时间操作方式132.错流操作：料液以切线方向流过分离膜表面。料液流经膜表面所产生的高剪切力可使沉积在膜表面的颗粒扩散返回膜主流体，当沉积速度与返回速度达平衡，表面污染层不再增厚，渗透通量可较长时间保持稳定。污染层厚度渗透通量时间14第三章反渗透第一节概述在高于溶液渗透压的压力作用下，只有溶液中的水透过膜，而所有溶液中大分子、小分子有机物及无机盐全被截留住。理想的反渗透膜应是无孔的，分离的基本原理是溶解扩散以及毛细