第六章_膜分离过程.ppt

1、第六章膜分离过程膜分离，膜分离技术，膜分离的概念：利用膜的选择性(孔径大小)，以膜两侧存在的能量差异为推动力。溶液中各组膜的迁移率不同，因此实现分离的技术。使用半透膜作为选择屏障，使一些组通过混合物的不同部分，达到分离目的的技术。，刚掌握技术的人掌握了21世纪的未来.，1，膜的介绍，膜的用途，浓缩：目的产物以低浓度形式存在，必须去除溶剂。(作为产物的残留物)精制：去除杂质；分离：将混合物分成两个或多个目的产物。促进反应：持续取出化学反应或生物化学反应的产物，可以提高反应率或提高产品质量。膜应用，膜，海水淡化，工业废水处理，城市废水资源化，天然气，生物质利用，能源，水资源，传统产业，生态环境，灰

2、尘去除，CO2控制，制药，食品，(2)多孔性的支撑层只起到支撑作用，使膜具有必要的机械强度。(3)复合膜：选择性膜层(活性膜层)沉积在带微孔的地板(支撑层)表面，表面和地板徐璐不同材料，膜的性能不仅受选择性表面的薄层的影响，还受微孔支撑层的影响。(4)带电膜：异交膜，有高度的膨胀胶承载固定电荷的对称膜。(5)液膜：将在相关章节讨论。(6)微孔膜：孔径为0.0520微米的膜。(7)动态膜：有选择地作用于多孔介质(如陶瓷管)上的悬浮粒子(如氧化锆)的膜，退浆。牙齿沉积层与溶液动态平衡。膜分类，图1对称膜图2不对称膜，图3对称膜图4不对称膜，2，膜分离过程的类型，膜分离过程的本质是物质通过或阻挡膜的

3、过程，类似于筛分过程，根据过滤孔径大小实现物质分离目的，因此可以根据分离粒子大小分类。膜分离过程的类型，1 .透析：一种具有一定孔径大小的聚合物溶质不能通过的亲水膜，将溶质溶液与纯净水分离，在浓度差的作用下，小分子溶质渗透到水侧，水渗透到溶液侧。透析膜：孔径5-10纳米，实验室常用的透析袋应用：脱盐、血液透析、特征、蛋白质透析、透析袋透析简单装置。A:透析夹，B:透析，C 3360透析，2 .微过滤器(Microfiltration，MF):以多孔小薄膜为过滤介质，通过推动压力来分离不溶性物质的工作。孔径分布范围在0.02514m之间，直径为0.02m 10m的粒子被截断。可应用于消毒、净化、

4、细胞收集等。培养基液菌体的分离和富集等产品消毒。微过滤器(Microfiltration，MF)是随着过滤时间的延长，在膜面阻止沉积不溶物，从而增加水流阻力，降低透水率，直到微孔完全堵塞为止的静态过滤器。3 .超滤(Ultrafiltration，UF):分离介质与上述介质相同，但孔直径小，为0.001-0.02 m，分离推力仍是压力差，切割分子量可以变化。最广泛地用于酶、蛋白质等生物大分子物质的分离、富集、超滤亲和纯化、血浆分离、脱盐、脱热源、生物工程。，由泵提供推力的动态过程，膜面产生两个茄子分力。一种是垂直于膜面的垂直分力，水分子通过膜面，另一种是平行于膜面的切向力，在膜面上扫清封闭物。

5、超滤原理的示意图，常规过滤(A)和超滤(B)的示意图，A，B，4。反渗透(Reverse osmosis，RO):渗透和渗透：渗透：膜(渗透：在渗透现象中促进水分子通过的推动力)。反渗透：定义：对溶质浓度高的一侧施加超过渗透压的压力，使溶剂通过膜。以压差为驱动力从溶液中分离溶剂的膜分离操作，孔径范围为0。11 nm之间。基本原理是溶解扩散。在高于溶液渗透压力的压力作用下，只有溶液中的水通过膜，所有溶液中的大分子、小分子有机物和无机物都被切断。主要用于海水脱盐、纯制造及小分子产品(如乙醇、糖、氨基酸浓缩等)。膜海水淡化，几种茄子分离方法能源消耗比较，1000吨/日反渗透海水淡化装置，巴黎瓦兹哈梅

6、里市14万立方米/日纳滤膜厂，每天为巴黎附近50万居民提供14万吨饮用水，微滤反渗透3360微粒子3360大分子3360小分子.在直流电场的作用下，离子交换膜的阻挡作用下，实现溶液的脱盐和浓缩，分离推力是静电重力。1-半透膜2-搅拌器3-溶液4-铂电极5，6-入口和出口管道，传记透析的应用：海水和苦水的脱盐，废水处理，氨基酸，有机酸等小分子的分离和纯化，6 .气体渗透其渗透机制是气体分子在压力作用下首先在膜的高压侧接触，然后吸附、溶解、扩散、脱溶、逃逸。空气中的各种气体在通过膜壁时徐璐具有不同的渗透率，压缩空气通过过滤器进入分离器时，氧、水蒸气和少量二氧化碳快速通过膜的高压面，氮通过膜的相对速

7、度慢，停留在膜内，浓缩，形成干燥的氮。气体渗透分离空气中氮、膜分离过程的类型，生物分离中最常用的膜分离技术是超滤、微滤和反渗透。3，膜材料，膜材料的特性对不同种类的膜有基本要求。(1)耐压：膜孔小，要保持高通气量，就得施加很高的压力。(。一般膜作业的压力范围为0.1-0.5 MPa，半透膜的压力较高，约为1-10mpa。(2)高温3360痛苦量引起的温度上升和清洗的必要性(3)酸碱耐受：防止分离过程和清洗过程中水解。(4)化学相容性：保持薄膜的稳定性。(5)生物相容性：防止生物大分子的变性。(6)成本低。徐璐其他膜材料的特点和应用，醋酸纤维素和聚砜应用最广泛，膜的制备方法，一相转化法：在铸件上

8、展开蒸发部分溶剂凝固，形成热处理(退火)。2烧结法：在薄膜材料粉末模具内严格控制温度和压力，以软熔形成多孔机械加工。三核径迹方法：厚度为5-15米的薄膜粒子(如A粒子或中子)照射并破裂，轨道酸碱液体腐蚀形成孔。4拉伸方法：结晶聚烯烃在低熔体温度下被挤压，在没有高熔体应力张力的情况下进行退化拉伸。5复合膜的制备：相变膜的持续发展，形成了非常薄的特征分离层。在多孔支撑层上创建聚合物膜。4，由各种膜组件、膜、固定膜支撑、垫片和用于收纳这些部件的容器组成的单元。目前市面上的商品膜零件有管状、中空纤维、螺旋感冒、板材共同特点，尽可能大的膜表面可靠支撑装置，通过液膜表面浓度差异，可以最小化极化。1、管膜组

9、件，特点：结构简单，适应性强，压力损失小，吞吐量大，清洗方便，耐高压。结构：在圆形管支架上固定膜形成管膜，管膜平行或串联，在筒型容器内收纳，形成管膜组件。管状陶瓷超滤膜组件、2、平板膜组件、结构：类似于板式换热器或加压叶过滤器。多个瓣膜间距重叠加工，膜间内衬安装有多孔薄膜，供应液或滤液流动。特点：滤板相对独立，滤板面积大，结构小，清洁、维修和更换方便。但是耐压低，适合超滤装置操作。板膜组件，3，螺旋卷轴组件，结构：将两个瓣膜固定在多孔过滤网上，两端密封，膜上下各设置一张油液隔板，缠绕在空心管上制成。特点：优点：比表面积大，结构简单，价格便宜。缺点：处理悬浮物浓度高的物质时容易堵塞。超滤微滤膜组

10、件膜堆积密度高，结构紧凑，适合低粘度、渗透产量、浓缩倍数低的再液处理和水处理。卷轴分离器(工业用)，4，中空纤维膜组件，结构：数百至数百万个中空纤维膜(内径4080米)或毛细管膜(内径0 . 252 . 5毫米)牙齿圆柱容器固定。特点：优点：比表面积大，容易洗涤，成本低，在工业中普遍使用。缺点：容易堵塞，对液体的要求很高。中空纤维膜分离器(工业用)、5、纳米膜过滤技术、反渗透和超滤膜之间、有机小分子可以通过大部分无机盐。特征：(1)在过滤分离过程中，可以切断小分子有机物，同时进行透析，去除盐，进行浓缩和透析。(2)工作压力比反渗透低得多。纳滤膜的应用，6，膜亲和过滤法，膜亲和过滤法是传统膜分离

11、技术与亲花粉分离技术的集成，是非常有效的分离方法。内容：包括两个茄子茄子茄子(1)亲和膜分离：准备有亲和膜的分离膜，直接分离产物。(2)亲和-错膜筛选：水溶性或不水溶性聚合物亲和体与产物特异性反应，然后进行错误筛选。亲和膜分离技术的要点，分离膜的变形：通过化学修饰将“八链”(三个或更多碳原子)连接到载体表面。准备亲和膜：选择合适的配料器，连接到手臂链，形成带有亲和配料器的分离介质。亲和络合：混合物慢慢通过膜，将要分离的物质和亲和配体起特异性作用，形成配体和配体的复合物。溶出：通过改变条件(溶出液组成、pH、离子强度、温度等)分解复合物。亲和膜再生：为了洗涤、再生、下一步操作而平衡。亲和膜分离工

12、作方式，亲和超滤过程(分离目标期间浓缩不同成分)，5，膜分离过程在生物工程中的应用，6，膜分离技术需要考虑的问题，1，分子量不同的球形蛋白质或水溶性聚合物的阻断率。MWCO只是表面膜特性的参数，不能是选择膜的唯一标准。必须综合考虑各方面(例如孔径分布、防止污染的能力等)。一般来说，在阻挡曲线中，将阻断率为0.90的溶质分子量定义为膜的阻断分子量。实际膜分离过程中影响阻断率的因素：溶质分子特性的不同分子保持率大小顺序：球带滞后的线性；对于电荷膜，膜和相反电荷的分子维持率低。膜对溶质有吸附作用，阻滞率提高。不同聚合物溶质的影响因不同聚合物溶质的存在而增加了溶质截留率。工作条件膜表面流速增加，阻断率

13、降低。膜分离技术要考虑的问题，2，浓度极化：膜分离过程中膜表面溶质浓度高于主体溶质浓度的现象。下图：浓度极化：起到阻碍水通过的作用。因此，浓度极化降低了膜的透水率。污垢被堵住了。为了减少浓度极化，通常使用错误的流动操作，使悬浮液在过滤介质表面切向流动，利用流体的剪切作用去除过滤介质表面的固体。(阿尔伯特爱因斯坦，Northern Exposure(美国电视电视剧)，3，污染：是由于溶质和膜的相互作用而吸附在膜表面和孔上，或由于浓度极化，溶质在膜表面形成沉淀或晶体，形成“凝胶层”，引起膜性能变化的现象。不可逆转的过程。一般受膜的化学特征、蛋白质种类、溶液的pH值、无机盐浓度、温度等因素的影响。影

14、响：通过和通量明显减少。降低目标产品的回收率。膜污染是膜技术应用的最大限制因素。膜分离技术要考虑的问题，防止或缓解膜污染的措施：材料液字典处理；预处理膜。改变操作条件。4，由于膜清洗：膜污染，膜投手量随着运行时间的增加而减少。洗涤方法一般可分为物理方法和化学方法。物理方法：通常指用高速流冲洗。化学清洗：通常用化学清洁剂清洗膜。膜分离技术应考虑水、盐溶液、稀酸、稀碱、表面活性剂、酒精、络合剂、氧化剂、酶溶液等。清洁剂选择要求：水优先；温水有很好的去污能力。不损害膜的过滤性能。中空纤维部件经常使用反冲洗和循环清洗。7，膜生物反应器，定义：膜分离过程与生物反应过程相结合的生物反应装置。适用于动植物细胞的高密度培养、微生物发酵及酶促反应过程。8，胶片分离技术的前景，胶片分割高新技