生物分离工程6膜分离技术08.ppt.convertor

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1、膜分离过程概述利用具有一定选择性透过的过滤介质进行物质分离的技术。膜分离的特点（1）能耗低，无相变（2）操作条件温和（3）污染难清除，不能耐受极端条件（4）需与其它技术结合应用膜分离技术膜分离的概念：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。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，被膜分开的流体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。膜分离技术的类型和定

2、义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：膜分离与物质分子大小渗透（osmosis）和透析（dialysis）渗透（osmosis）：是一个扩散过程，在膜两边渗透压差的作用下溶剂产生流动。透析（dialysis）：是利用膜两边的浓度差从溶液中分离出小分子物质的过程。透析过滤在过程中不断加入水或缓冲液，保持较高的通量。透析过程与渗透过程相互重叠。微滤（microfiltration）：以多孔细小薄膜为过滤介质，压力为推动力，使不溶性物质得以分离的操作，孔径

3、分布范围在0.025~14.000μm之间；超滤（ultrafiltration）：分离介质同上，但孔径更小，为0.001~0.020μm，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（reverseosmosis）：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0.0001~0.0010μm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，故而成为反渗透）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：（electrodialysis）以

4、电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过性，从溶液中脱除或富集电解质的膜分离操作；6.气体透过（gaspermeation）利用微孔或无孔膜进行气体分离膜的分类按孔径大小：微滤膜、超滤膜、反渗透膜、纳滤膜按膜结构：对称性膜、不对称膜、复合膜按材料分：合成有机聚合物膜、无机材料膜对称膜结构与方向无关的膜，孔径不规则或一定非对称膜分离层（活性膜）和多孔支持膜、活性膜要朝向待浓缩的原液层、两层膜是同一种材料复合膜活性膜层沉积于具有微孔的底膜（支撑层）表面上、表层与底层是不同的材料、膜的性能与活性膜和底层膜都有关系荷电膜（离子交换膜）含有溶胀胶载着固定

5、的正电荷或负电荷阴离子交换膜：带正电荷阳离子交换膜：带负电荷微孔膜（0.05~20mm）动态膜在多孔介质上沉积一层颗粒物作为有选择作用的膜沉积层与溶液处于动态平衡可在高温下应用，膜更新容易，不稳定膜材料的特性对于不同种类的膜都有一个基本要求：（1）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反渗透膜的压力更高，约为1~10MPa（2）耐高温:高通量带来的温度升高和清洗的需要（3）耐酸碱：防止分离过程中，以及清洗过程中的水解；（4）化学相容性：保持膜的稳定性；（5）生物相容性：防止生物大分子的变性；

6、（6）成本低；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、脂肪族或芳香族聚酰胺类聚合物、全氟磺酸共聚物和全氟羧酸共聚物、聚碳酸酯；无机多孔膜：陶瓷膜膜过滤的基本概念和理论超滤和反渗透目的：将溶质通过一层具有选择性的薄膜，从溶液中分离出来。分离时的推动力都是压力差，由于被分离物质的分子量和直径大小差别及膜孔结构不同，其采用的压强大小不同。反渗透膜的操作压力高达10MPa。超滤和反渗透操作中的渗透压由于超滤和反渗透过程都是用一种半透膜把两种不同浓度的溶液隔开（淡水或盐水），因此都存在渗透压。渗透压的大小取决于溶液的

7、种类、浓度和温度；一般说来，无机小分子的渗透压要比有机大分子溶质的渗透压高得多。渗透与反渗透反渗透（RO或HF）1.优点相态不变，无需加热，设备简单，能耗低2.膜的特性透水率、透盐率、抗压性等3.应用海水脱盐，食品医药的浓缩，超纯水的制造等4.膜材料：醋酸纤维膜、芳香聚酰胺膜、高分子电解质膜、无机质膜等。1.优点相态不变，无需加热，设备简单，能耗低2.膜的特性透水率、透盐率、抗压性等3.应用海水脱盐，食品医药的浓缩，超纯水的制造等4.膜材料：醋酸纤维膜、芳香聚酰胺膜、高分子电解质膜、无机质膜等反渗透（RO或HF）实现超滤和反渗透的条件超滤：需要

8、增加流体的静压力，改变天然过程的方向，才可能发生含有低分子量化合物的溶剂流通过膜，此时的推动力是流体静压力与渗透压的压差；反渗透：过程类似于超滤，只是