膜分离技术

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膜的特点及分类 电渗析的原理及应用 反渗透的原理及应用 超滤和微滤的原理及应用

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膜的特点及分类 膜的定义 膜是指在一个流体相内或两个流体相之间存在有 一薄层凝聚相物质，它能把流体相分隔开来成为 两部分，并能在这两部分之间传质。 膜可以是固态的或液态的，它具有渗透性和半渗 透性，膜可以是均相的或非均相的、对称的或非 对称的，可以是带电的或电中性的。

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膜的特点及分类 膜的特点 必须有两个界面，通过两个界面分别与两侧的流 体相接触 具有选择透过性，可以使流体相中物质透过，不 允许其他物质透过 机械强度好，耐热、耐化学试剂、不被细菌侵袭 可以高温灭菌 价廉

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膜的特点及分类 膜的分类 按相态：固体膜、液体膜 按来源：天然膜、合成膜(无机材料膜和有机高 分子膜) 按膜的结构：致密膜、多孔膜 按固体膜的形状：平板膜、管式膜、中空纤维膜 核孔膜 按膜断面的物理形态：对称膜(均质膜) 非对称膜、复合膜

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膜的特点及分类 早在19世纪中叶，已 用人工方法制得半透 膜，但由于透过速度 低、选择性差和易阻 塞等原因，未能应用 在工业上。 1960年Loeb和Sourira jan获得一种透过速度 较大的膜，具有不对 称结构。

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膜的特点及分类 不对称结构是膜制造 的一种突破，因为活 性层很薄，流体阻力 较小。且不易使孔道 阻塞，颗粒被截留在 膜的表面，此后膜过 滤法逐渐走向工业化 并得到迅速发展。

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膜的特点及分类截留粒子粒径：零点几nm到 60nm 截留分子量：500以下 截留粒子粒径：几到 1μ m 截留分子量：500以上反渗 透膜 液体 膜

由3~5μ m液滴组成的膜

超过 滤膜

气体 分离 膜 离子 交换 膜

具有选择透过某种或 某几种气体的反渗透 膜

截留粒子粒径： 0.1μ m到10μ m

微孔 膜

具有迁移传递阴、 阳离子功能

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膜污染 由于与膜存在物化作用或机械作用，进料中的微 粒、胶体或溶质在膜表面或孔内发生吸附、凝聚 和沉积，使膜孔径变窄或堵塞，其透过量和分离 性能也有不可逆的变化，这种现象称为膜污染。

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膜污染的控制 膜材料的选择，注意材料的亲水性和荷电性等； 选择合适结构的膜，包括膜的对称性皮层结构， 孔径大小及其分布，膜表面粗糙度等； 选择合适的膜组件，合适的操作参数(如压力、 流速、回收率等); 选择合适的进料的浓度，pH,温度，离子强度等

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膜分离技术 膜分离技术定义 膜分离技术是利用各种不同特性的天然或人工合 成的高分子薄膜，以某种外界能量或化学位差为 推动力，对双

组分或多组分的溶质和溶剂进行分 离、分级、提纯和富集的过程。 膜分离法可用于液相和气相

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膜分离过程渗析式膜分离 过滤式膜分离 液膜分离

料液中的某些溶 质或离子在浓度 差、电位差的推 动下，透过膜进 入接受液中，从 而被分离出去。渗析和电渗析

利用组分分子的大 小和性质差别所表 现出透过膜的速率 差别，达到组分的 分离。 超滤、微滤、反渗 透和气体渗透

液膜与料液和接受 液互不混溶，液液 两相通过液膜实现 渗透。溶质从料液 进入液膜相当于萃 取，溶质再从液膜 进入接受液相当于 反萃取。

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膜分离过程 膜分离过程中被膜分离的两相之间不存在平衡关 系，依靠不同组分透过膜的速率差别来实现组分 的分离，所以常称之为速率分离过程。 常用的膜分离技术主要有电渗析、反渗透、超滤 以液膜分离。 膜分离过程具有能耗低、适用范围广、分离效率 高、分离装置简单、操作方便、不产生二次污染 、易可控制等优点。

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膜分离方法比较膜过程 电渗析 反渗透 微滤 超滤 推动力 电位差 压力差 压力差 压力差 传递机理 电解质离子的选 择传递 溶剂的扩散传递 颗粒大小形状 分子特性大小形 状 离子大小及电荷 反应促进和扩散 传递 透过物 电解质离子 水、溶剂 水、溶剂溶解物 水、溶剂小分子 截留物 非电解质、 大分子物质 溶质、盐 悬浮物颗粒 胶体和超过 截留分子量 的分子 有机物 溶剂 膜类型 离子交换膜 非对称性膜、 复合膜 纤维多孔膜 非对称性膜

纳滤 液膜分离

压力差 浓度差

水、一价离子、 多价离子 杂质

复合膜 乳状液膜、 支撑液膜

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电渗析原理及应用 渗析是指用膜把一容器隔成两部分，膜的一侧是 溶液，另一侧是纯水，或者膜的两侧是浓度不同 的溶液，小分子溶质透过膜向纯水侧移动，或溶 质从浓度高的一侧透过膜扩散到浓度低的一侧的 过程。 电渗析是指利用离子交换膜的选择透过性，以电 位差作为推动力的一种膜分离过程。

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电渗析原理

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离子交换膜阳离子交 换膜 在膜体结构中含有酸性活性基 团的膜，能选择透过阳离子而 不让阴离子透过

离子交换膜在膜体结构中含有 碱性活性基团的膜 ，能选择透过阴离 子而不让阳离子透 过 阴离子交 换膜

特殊离子 交换膜

一类具有特种性 能的离子交换膜 如：两极膜、两 性膜、表面涂层 膜等

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离子交换膜的选择透过性机理 双电层理论 以阳膜为例，膜中的活性基团 在电离之后带有电荷，在固定 基团附近与电解质溶液中带相 反电荷的离子形成双电层。固 定基团构成足够强的电场，使 膜外溶液中带正电荷的离子容 易被吸入

孔隙中，而排斥带负 电荷的离子；阴膜的情况正好 相反，从而使离子交换膜具有 选择透过性。

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离子交换膜的选择透过性机理 杜南膜理论是杜南在研究胶体膜两侧离子平衡问 题时提出的。 将离子交换膜浸入电解质溶液中时，电解质溶液 中的离子和膜内的离子间进行离子交换而构成了 一个平衡体系，这种现象称为杜南平衡。

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电渗析法的特点 可以同时对电解质水溶液起淡化、浓缩、分离、 提纯作用； 可以用于蔗糖等非电解质的提纯，以除去其中的 电解质； 在原理上，电渗析器是一个带有隔膜的电解池， 可以利用电极上的氧化还原效率高。

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