膜分离技术及其研究

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1、摘要膜分离技术是指在某种駆动力的作用下利用膜对混合物中各组分的选择透过性的差异实现物质分离的技术。膜分离技术的驱动力可以是膜两侧的压力差、电位茅或浓度茅。膜分离现象中的物质迁移现象是一种不可逆的传质过程。膜分离现象早在250多年以前就被发现但是膜分离技术的工业应用是在20世纪60年代以后。中国的膜分离技术的发展是从1958年对离子交换膜的研究开始的数十年来取得了长足的进步。目前屮国研究所涉及的领域遍及膜科学与技术从材料的应用到产品的开发等方面。经过20年的努力中国在膜分离技术的研究开发方面已涌现出一批具冇实用价值

2、接近或达到国际先进水平的成果。但从总体上讲中国的膜分离技术和世界先进水平相比述有不小的差距述有待于进一步研究开发。1膜分离技术概述1.1膜分离技术目前己经深入研究和开发的膜分离技术有微滤、超滤、纳滤、反渗透、电渗析、渗透汽化和气体分离、膜蒸傢支撑液膜、膜萃取、膜生物反应器、控制释放膜、仿生膜以及生物膜等过程。表1列出了工业应用膜过程的分类及其基本特性。«I工业应用RilSK分类&具基本幷住Tab.lIndustnahirdmembraneprocessesIclasaificationandtheircharac

3、tcnslics膜分离技术原理推动力（压力差）/kF"透过组分截宙组分膜类盘处理物质形壽筛分20-100洛刑、盐英及大分子初质0.1*20jum多孔膜液体或气体筛分loo-iooo高分子溶剂或含小分子物质5~100ran非对称浪液体溶解扩撒1000-10000洛解性物质0.1-1rin)非对称離或复合膜液体纳滤Donnaft应500"500溶剂或含小分于物质>1nm非对称誤或夏合膜电養析离子交换电化学势小离子组分大离子和水离于交換膜液体传质分离蒸杵压差挥发性组分离子、胶体、大分子等不挥发组分和无法扩散组分多孔疏水

4、膜液体或气体液膜谗解扩散浓度芜可*£1®分无法透过组分液体觀m化膜内易溶解或易挥发组分不44溶解或不易挥发组分均质SL复合腹或非対称膜进料为液态，穆透为气怎微滤是最早使用的膜分离技术是在压力茅作用卜•进行的筛孔分离、使不溶物浓缩的过程主要用于滤除0.05~IQum的悬浊物质颗粒。主要应用于截留颗粒物、液体澄清以及除菌。超滤是在压力差作用下进行的筛孔分离过程。纳滤是从水溶液中分离除去中小分了物质的过程（分了量为300〜500）其原理是在超滤和反渗透间提供了一种选择性媒介在浓缩有机溶质的同时也可脱盐。反渗透是以压力并

5、为推动力的膜分离过程渗透与反渗透都是通过半透膜來完成。电渗析是在直流电作用下以电位并为推动力实现溶液的精制、纯化或淡化。液膜是依据溶解、扩散等原理通过液相薄膜将两个组成不同而乂互溶的溶液分开并通过渗透起到分离与提纯的效果它很好地克服了同体膜存在的选择性低、通量小等特点。1.2膜分离技术特点膜分离技术作为一门新型的高效分离、浓缩、提纯及净化技术由于其多学科性特点膜技术可应用于大量的分离过程。各种膜过程貝有不同的机理适用于不同的对象和要求但有其共同的优点。膜分离过程没有相变节能高效无二次污染。操作过程一般比较简单经济

6、性好可以直接放大可专一配膜。可在常温下连续操作特别适用于热敏性物质的处理在食品加工、医药生化技术领域有其独特的适用性。一般來说采用能透过气体或液体的膜分离技术对卜•述体系进行分离具有特殊的优越性：化学性质及物理性质相似的化合物的混合物；结构的或取代基位置的异构物混合物；含有受热不稳定组分的混合物。当利用常规分离方法不能经济、合理地进行分离时膜分离过程作为一•种分离技术就特别适用。另外它也可以和常规的分离单元结合起來作为单元操作來运用。当然膜分离过程也有自身的缺点如易浓差极化和膜污染、膜寿命有限等而这些也止是需要我

7、们克服或者需要解决的问题所在。1.3膜材料、分类及膜分离装置膜材料分为有机和无机两大类。有机材料主耍包括纤维素类、聚酰胺类、芳香杂环类、聚矶类、聚烯怪类、硅橡胶类、含氟高分子类等；无机材料主要以金屈、金屈氧化物、陶瓷、多孔玻璃等为主。膜使分离过程的核心。由于膜的种类和功能繁多分类方法有多种，比较通用的有4种方法即按膜的性质分类、按膜的结构分类、按膜的用途分类以及按膜的作用机理分类。膜按来源形态和结构分类见图lo液膜乳状液膜带支撐层的液膜无孔膜一不对称膜＜合成矗有机脱£固膜丿夕刃睢J对称廡多孔膜〈韭A传睹I非对球腹

8、-i-Xnott*Ntrt±（对称膜无机腹-多孔叫非对称膜广土推f复合腹荷电膜仏=旳苗｛转相膜'复合膜转相膜非荷电膜生物膜（原生质.细胞膜）图1膜的分类根据膜的形状，膜分离装置基木上可分为如下5类：板式结构；管式结构；卷式结构；中空纤维结构；旋叶式动态膜装置。2膜分离技术的应用2.1在化工及石油工业中的应用在化工领域已开发应用的主要四大膜分离技术为反渗透、超滤、微滤、电渗