天津工业大学膜分离复习题.doc

复习题1、 什么是膜分离，膜材料为什么能够具有选择渗透性？ 膜分离是借助膜的选择渗透作用，对混合物中的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法。 膜材料能够选择渗透的原因： 1. 膜中分布有微细孔穴，不同孔穴有选择渗透性；2. 膜中存在固定基团电荷，电荷的吸附、排斥产生选择渗透性；3. 被分离物在膜中的溶解、扩散作用产生选择渗透性。2、 膜分离设备的主要类型，其主要结构和优缺点。 1.板框式 膜器使用的是平板膜，其结构与板框式压滤机类似，由导流板、膜和多孔支撑板交替重叠组成。优点：膜的组装方便、清洗更换容易，不易堵塞。缺点：对密封要求高、结构不紧凑。 2.卷式膜器 结构：由平板膜制成，在两片膜中夹入一层多孔支撑材料，将两片膜的三边密封，再在膜上铺上一层隔网，将该多层材料卷绕在多孔管上，整个组件装入圆筒形压力容器中，使用时料液沿隔网流动，与膜接触，透过膜的透过液沿膜袋内的多孔支撑材料流向中心管，然后导出。优点：结构紧凑、单位体积膜面积很大、透水量大、设备 费用低；缺点：浓差极化不易控制，易堵塞，不易清洗，换膜困难。 3.中空纤维膜器 优点：设备紧凑、单位体积的膜表面积大不需要支撑材料 缺点：中空纤维内径小，阻力大，易堵塞，对料液的预处理要求高。 4.管式膜器膜器膜固定在一个多孔的不锈钢、陶瓷或塑料管内结构与列管式换热器结构类似优点：能够有效地控制浓差极化，流动状态好，可大范围地调节料液的流速，膜生成污垢后容易清洗，对料液的预处理要求不高并可处理含悬浮固体的料液。缺点：投资和运行费用较高，单位面积内膜的面积较低。3、 电渗析工作原理。 在淡化室中通入含盐水，接上电源，溶液中带正电荷的阳离子，在电场的作用下，向阴极方向移动到阳膜，受到膜上带负电荷的基团的异性相吸引的作用而穿过膜，进入右侧的浓缩室。带负电荷的阴离子，向阳极方向移动到阴膜，受到膜上带正电荷的基团的异性相吸引的作用而穿过膜，进入左侧的浓缩室。淡化室盐水中的氯化钠被除去，得到淡水，氯化钠在浓缩室中浓集。 4、 膜污染产生的原因、减小膜污染控制方法以及膜的清洗方法 原因：在许多场合，浓差极化是导致膜污染的根源：另外还有进水中生物活性高、前处理不充分、系统间断操作、清洗的不彻底前处理絮凝剂加入过量、化学品互不兼容、清洗用化学品不适合、进水有污染、进水水质较差、进水SDI值超出控制范等。控制方法：1、选择合适的膜材料-膜的亲疏水性、荷电性会影响到膜与溶质间相互作用的大小及膜的污染程度 2、选择合适的膜孔径或截留分子量3、选择合适的膜结构和组件结构4、适当控制溶液中盐浓度、pH值、溶液浓度和温度、离子强度、压力与料液流速以及溶液与膜接触时间和膜表面粗程度等。清洗方法：水力学清洗、化学清洗。机械清洗、电清洗等。5、 制备无机膜常用的方法。 常用方法：溶胶凝胶法、阳极氧化法、相分离沥滤法、热分解法、水热合成法、悬浮粒子法、CVD法等6、 热分解法膜集成技术对海水进行淡化的示意图，每一操作单元所起的作用7、 分置式和一体式膜生物反应器的工作原理和优缺点。一体式：将膜组件置入反应器内，压力驱动靠水头压差，或用真空泵抽吸；膜腔内形成负压，混合液中的水和小分子物质通过膜孔，进入膜腔内，经泵输送至出口成为膜出水优点：能耗相对较低省去了混合液循环系统，并且靠抽吸出水，每吨出水的动力消耗约是分置式的1/10、结构紧凑缺点：膜通量相对较低，容易发生膜污染，不容易清洗和更换膜组件分置式：膜组件与生物反应器分开设置，膜的压力驱动依靠加压泵；生物反应器中的污泥混合液由循环泵增压后，输送至膜组件内侧，在压差作用下，混合液中的水和小分子物质通过膜孔，成为系统处理出水；而悬浮物和大分子物质等则被膜截留，并回流至生物反应器内优点：运行稳定可靠，易于操作管理；膜容易清洗、更换；膜通量较高缺点：为了减少污染物在膜表面的沉积，一般需要用循环泵提供较高的膜面错流速度，致使水流循环量加大，动力消耗和运行费用增加，每吨出水的能耗是传统活性污泥法的1020倍、泵的回流产生的剪切力也可能影响到微生物的催化活性8、 浸没沉淀技术制备高分子中空纤维膜的过程，多孔膜的骨架和孔是如何形成的。多孔膜的骨架：将聚合物溶液刮涂在适当的支撑体(如无纺聚酯)上，然后浸入含有非溶剂(一般为水，也可用乙醇、甲醇、丙酮等)的凝固浴中，由于溶剂与非溶剂之间的扩散而导致凝胶，形成了多孔膜的骨架。多孔膜的孔:当凝胶层中的剩余溶剂和添加剂进一步被凝胶浴交换出来后，膜孔形成9、瞬时分相和延迟分相？可形成什么样的孔结构？瞬时液液分相-制膜液浸没凝胶浴后迅速分相成膜。瞬时液液分相-得到相对多孔的膜表层-形成多孔膜-如微滤(MF)和超滤(UF膜)延时液液分相-制膜液浸入凝胶浴中一定时间后才分相成膜。延时液液分相-得到致密和较厚的膜表层-形成具有致密表层和多孔底层的聚合物膜(如气体分离(GS)和渗透汽化(PV)膜9、 MF、UF、NF、RO、气体分离、渗透汽化等膜过程常用的材料？应用领域？MF：天然高分子材料:纤维素酯类（硝酸纤维素、醋酸纤维素、再生纤维素）合成高分子材料:亲水性材料聚醚砜、磺化聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚砜、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮疏水性材料:聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯无机材料:陶瓷（氧化铝、氧化锆）、金属（不锈钢、钨、钼）、微孔玻璃和碳化硅应用领域：1、电子工业-纯水制备，去除粒子2、 医药卫生用水的灭菌3、 中水回用4、食品、饮料工业5、油田采出水处理UF：高分子材料：醋酸纤维素、聚砜、芳香聚酰胺、聚丙烯腈、聚氯乙烯共聚物。无机材料：多孔金属（ Ag、Ni、Ti、不锈钢等：多孔陶瓷（氧化铝、二氧化硅、氧化锆、二氧化钛等）、分子筛应用领域：1、工业废水处理2、食品工业中的应用3、高纯水的制备4、生物制药领域中的应用 NF：高分子材料：芳香聚酰胺、聚哌嗪酰胺、磺化聚（醚）砜、聚乙烯醇、聚芳酯。无机材料：Al2O3、SiO2、ZrO2、TiO2应用领域：1、生产和生活用水的净化及软化2、物料回收、分级及浓缩3、废液处理和再利用RO：高分子材料：醋酸纤维素类、芳香聚酰胺类、聚哌嗪酰胺类应用领域：1、海水脱盐2、苦咸水淡化3、超纯水生产4、工业污水的处理气体分离：高分子材料：聚酰亚胺、含硅聚合物、聚苯胺等。无机材料：金属及其合金膜、陶瓷膜、分子筛膜以有机-无机杂化材料等。应用领域：氢气的分离回收、水蒸气的脱除、空气分离(氮/氧分离)CO2分离、有机蒸气分离、He的回收等。渗透汽化：高分子材料：聚乙烯醇、聚羟基甲撑、甲氧基甲基化尼龙-3、交联聚甲基丙烯酸、硅橡胶、含氟聚合物、纤维素衍生物和聚苯醚、醋酸纤维素、聚酰亚胺、Naifon、聚苯醚、聚吡咯、聚乙烯醇/聚丙烯酞胺、聚乙烯、聚麟酸/醋酸纤维素、液晶聚合物、聚酯 、聚氨酯、聚酰亚胺、聚酯共聚物、全氟磺酸、PPO、聚吡咯等。无机材料：陶瓷、合金、高分子金属