膜分离技术PPT

膜分离技术简介 二 七年七月 目录 发展简史基础知识常用技术设备简介特点展望致谢 人类对于膜现象的研究源于1748年 然而认识到膜的功能并用于为人类服务 却经历了200多年的漫长过程 大致历程 20世纪 30年代 微孔过滤40年代 透析50年代 电渗析60年代 反渗透70年代 超滤和液膜80年代 气体分离90年代 渗透汽化 一 发展简史 国内研究历程 1958年开始研究离子交换膜 1965年开始对反渗透膜进行探索 1966年上海化工厂聚乙烯异相离子交换膜正式投产 为电渗析工业应用奠定了基础 70年代相继对电渗析 反渗透 超滤和微滤膜及组件进行研究开发 进而进入推广应用阶段 80年代中期我国气体分离膜的研究取得长足进步 90年代国家科技部对无机陶瓷微滤膜的工业化技术组织了科技攻关 推进了陶瓷微滤膜的工业化进程 二 基础知识 1 膜 membrane 1 定义 在一定流动相 液体or气体 中 有一薄层凝聚相物质 把流动相分隔成两部分 这一薄层即为膜 其厚度在0 5mm以下 2 分类 按孔径不同 or截留分子量 可分为微滤膜 超滤膜 纳滤膜和反渗透膜按材料不同 无机膜 微滤膜 如 陶瓷膜和金属膜 有机膜 高分子材料做成 如醋酸纤维素CA 聚醚砜PES 芳香族聚酰胺 聚氟聚合物等 按结构分对称膜 均相膜 结构与方向无关不对称膜 非均相膜 结构与方向有关 活性层 过滤作用 0 1 1um 支持层 支持作用 100 200um 3 膜性能参数MWCO 通量 抗压能力 PH适用范围 对热和温度的稳定性等 4 膜的污染与清洗污染 膜在使用过程中 尽管操作条件不变 但通量仍逐渐降低的现象 不可逆 必须清洗后才能消除 浓差极化 可逆 改变操作条件可消除 清洗 NaOH 水解蛋白质 皂化脂肪 溶解某些生物大分子 酸 HNO3 H3PO4 HCl 去除无机物 表面活性剂 SDS 乳化 湿润 分散生物大分子等 氧化剂 NaClO 强氧化能力 酶 一般不用 但如要去除某些多糖 淀粉酶有一定作用 有机溶剂 20 50 的乙醇可用于膜装置的灭菌和去除油脂等 但系统必须符合防爆要求 2 原理 膜分离技术是以选择性多孔薄膜为分离介质 使分离的溶液借助某种推动力 如 压力差 浓度差 电位差等 通过膜 低分子溶质透过膜 大分子溶质被截留 以此来分离溶液中不同分子量的物质 从而达到分离 浓缩 纯化目的 示意图 3 膜分离过程类型 4 膜过滤方式 终端过滤 deadendfiltration 以压力作为推动力 料液流动方向与滤膜表面垂直 并且透过液方向与料液一致 错流过滤 crossflowfiltration 透过液方向垂直于进料的方向 而料液流动方向与滤膜表面平行 进料以一定流速冲刷膜表面 减小浓差极化效应 以微滤为例 主要根据料液中固形物的含量多少来确定 0 5 则基本采用错流过滤 三 常用技术分类 压力推动膜过程和各自分离特征 1 微滤 Microfiltration MF 微滤的应用范围主要是从气相和液相中截留微粒 细菌以及其他污染物 以达到净化 分离 浓缩的目的 特别适用于微生物 细胞碎片 微细沉淀物和其他在 微米级 范围的粒子 2 超滤 Ultrafiltration UF 原理 以膜两侧的压力差为驱动力 以超滤膜为过滤介质 在一定的压力下 当水流过膜表面时 只允许水及比膜孔径小的小分子物质通过 达到溶液的净化 分离 浓缩的目的 分类 一般分为板框式 板式 中空纤维式 管式 卷式等多种结构 应用 浓缩 脱盐 分离 纯化 去热原 缓冲液置换等 两种压力差 p p进 p出 回流液的循环动力 一般10psi左右调节方式 泵速 回流阀 pt p进 p0 p出 p0 1 2 p进 p出 1 2 p0 膜过滤推动力 轴向 侧向压力差 pt对通量的影响 压力较低 通量随 pt成正比增加 如a压力增大 形成浓差极化层 趋势变缓 如b压力继续增大 浓差极化层达凝胶层浓度 通量不随 pt改变 如c 膜两侧平均压力差 3 纳滤 Nanofiltration NF 介于反渗透和超滤之间的压力驱动膜分离过程 孔径范围在几个纳米左右 与其他压力驱动型膜分离过程相比 出现较晚 与反渗透相比 其操作压力更低 因此纳滤又被称作 低压反渗透 或 疏松反渗透 LooseRO 应用 食品工业 植物深加工 饮料工业 农产品深加工 生物医药 生物发酵 精细化工 环保工业 纳滤膜 陶氏 纳滤膜三大特点 MWCO介于反渗透膜和超滤膜之间 一般为150 1000dalton 科学家推测其表面分离层可能拥有1nm左右的微孔结构 故被称之为 纳滤 纳滤膜对无机盐有一定的截留率 因为它的表面分离层是由聚电解质所构成 对离子有静电相互作用 超低压大通量 即在超低压下 0 1Mpa 14 7psi 仍能工作 并有较大的通量 4 反渗透 ReverseOsmosis RO 原理 依靠反渗透膜在压力下使溶液中的溶剂与溶质进行分离的过程 应用 美国最早用于将航天员的尿液回收为纯水 医学界还以反渗透法的技术用来洗肾 血液透析 工业上已应用于海水脱盐 超纯水制备 从发酵液中分离溶剂等 特点 不需添加任何杀菌剂和化学物质 故不会发生化学相变 示意图 Vivaflow50回旋流 切向流超滤器 Vivaspin系列超滤浓缩离心管 25mm可换膜针头式滤器 玻璃杯式 溶剂过滤器 四 设备简介 QuixStand中空纤维柱系统 Pellicon超滤系统 不锈钢圆筒式正压滤器 0 1m2陶瓷膜实验设备 五 膜分离技术特点 高效的分离过程低能耗接近室温的工作温度纯物理过程 品质稳定性好连续化操作灵活性强环保 无污染投资少 分离技术对比 六 问题与展望 膜材料研究薄弱 不少原材料需要进口膜组件性能低 品种少膜技术种类少 当前膜多为化学制剂 易造成二次污染产业规模小 应用领域窄技术成果产业化转化过程缓慢 研究新的膜材料 开发研究新的聚合膜材料 研究开发新的成膜工艺 进一步制备超薄 高度均匀 无缺陷的非对称膜 将新兴的膜分离技术与传统的工艺技术有机的结合起来 不断将膜技术的研究成果从实验室推向产业化应用 将无机膜的发展推向前 无机膜耐酸 碱 有机溶剂 化学稳定性好 机械强度大 抗微生物污染能力强 在以后的发展过程中 研究无机膜的新材料 新工艺