生物分离工程第九章膜分离.ppt

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1、膜分离MembraneseparationChapter9KnowledgepointsMembraneseparation膜分离技术的概念。Theclassificationofmembraneseparation膜分离技术的分类。Theseparationcharacteristicofdifferentmembranes各种膜的分离特性。Membranematerials对于膜材料的基本要求。Themainmembraneassembly主要的膜组件类型。Ultrafiltrationandreverseosmosis超滤

2、和反渗透过程中渗透压的影响Thebasicequationofultrafiltrationseparation超滤等膜分离过程的基本方程Affinitymembraneseparation了解亲和膜分离技术Theworkmechanismofelectroosmosis了解电渗析的工作原理概述1925年以来，差不多每十年就有一项新的膜过程在工业上得到应用30年代微孔过滤40年代渗析50年代电渗析60年代反渗透70年代超滤80年代气体分离90年代渗透汽化现代EDI技术(electro-deionization)膜分离技术膜分离的

3、概念：利用膜的选择性（孔径大小），以膜的两侧存在的能量差作为推动力，由于溶液中各组分透过膜的迁移率不同而实现分离的一种技术。膜的概念在一种流体相间有一层薄的凝聚相物质，把流体相分隔开来成为两部分，这一薄层物质称为膜。膜本身是均一的一相或由两相以上凝聚物构成的复合体被膜分开的流动相物质是液体或气体膜的厚度应在0.5mm以下，否则不能称其为膜膜分离技术的类型膜分离过程的实质是物质透过或被截留于膜的过程，近似于筛分过程，依据滤膜孔径大小而达到物质分离的目的，故而可以按分离粒子大小进行分类：微滤（MF）：以多孔细小薄膜为过滤介质，压力差

4、为推动力，使不溶性物质得以分离的操作，孔径分布范围在0.025~14μm之间；超滤（UF）：分离介质同上，但孔径更小，为0.001~0.02μm，分离推动力仍为压力差，适合于分离酶、蛋白质等生物大分子物质；反渗透（RO）：是一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作，孔径范围在0.0001~0.001μm之间；（由于分离的溶剂分子往往很小，不能忽略渗透压的作用，故而称为反渗透）；纳滤：以压力差为推动力，从溶液中分离300~1000小分子量的膜分离过程，孔径分布在平均2nm；电渗析(ED)：以电位差为推动力，利用离子交换

5、膜的选择透过性，从溶液中脱除或富集电解质的膜分离操作；透析(DS)：以浓度差为推动力，孔径范围在5~10nm之间用于脱盐、除变性剂。根据推动力类型的不同，膜分离过程可分为压力差推动膜过程（如微滤、超滤、纳滤、反渗透、加压透析等）、浓度差推动膜过程（如渗透蒸发、气体分离、透析、蒸汽渗透、扩散渗析、载体介导等)、电位差推动膜过程（如电渗析、电渗透、膜电解等）、温度差推动膜过程（如热渗透、膜蒸馏等）。微滤超滤纳滤反渗透悬浮颗粒大分子有机物糖类等小分子有机物，二价盐或多价盐单价盐水各种膜的分离特性膜分离法与物质大小（直径）的关系膜分离过

6、程的类型膜分离过程(membraneseparation)有关微米的一组数据1μm=10-3mm=103nm人发直径70-80μm裸眼可见最小颗粒40μm金属颗粒50μm酵母菌3μm假单胞菌0.3μm小RNA病毒0.03μm膜的分类按孔径大小分：微滤膜、超滤膜、反渗透膜、纳滤膜按膜结构分：对称性膜、不对称膜、复合膜按材料分：合成有机聚合物膜、无机材料膜膜材料的特性物化稳定性对于不同种类的膜都有一个基本要求（决定膜寿命）：耐压：膜孔径小，要保持高通量就必须施加较高的压力，一般模操作的压力范围在0.1~0.5MPa，反渗透膜的压力更

7、高，约为1~10MPa耐高温:高通量带来的温度升高和清洗的需要耐酸碱：防止分离过程中，以及清洗过程中的水解；化学相容性：保持膜的稳定性；生物相容性：防止生物大分子的变性；成本低；分离透过特性（主要包括选择性、渗透通量和通量衰减系数等）（1）选择性：R=[(Cf-Cp)/Cf]*100%（R截留率，Cf组分在原料液中浓度，Cp组分在膜透过液中的浓度）（2）渗透通量：单位时间通过单位膜的透过液的容量或质量J=Vp/Amt(Vp透过液的容积或质量，Am膜的有效面积，t运转时间）（3）通量衰减系数：Jt=J1tmJt、J1是膜运行t小时

8、和1小时的渗透通量，t是运行时间。对于任何一种膜分离过程，总希望选择性好、渗透通量大，但二者实际上是互相矛盾的，渗透通量大的膜往往选择性低，而选择性高的往往膜渗透通量小。各种膜材料有机高分子膜：纤维素酯膜、缩合系聚合物（聚砜类）、聚烯烃及其共聚物、脂肪族或芳香族