膜分离技术PPT演示课件

膜分离技术简介,二七年七月,1,目录,发展简史基础知识常用技术设备简介特点展望致谢,2,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,3,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。,4,二、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）。,5,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(100200um),(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；,6,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。,7,2.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,8,3.膜分离过程类型,9,4.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。,10,三、常用技术分类,压力推动膜过程和各自分离特征,11,1.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。,12,2.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。,13,两种压力差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,14,3.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）,15,纳滤膜三大特点,MWCO介于反渗透膜和超滤膜之间，一般为1501000dalton；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（0.1Mpa14.7psi）仍能工作，并有较大的通量。,16,4.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。,17,示意图,18,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：,19,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,20,五、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,21,分离技术对比,22,六、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,23,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