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膜的基础知识
膜的基础知识
 
    膜过程是一门新兴的多种学科交叉的新技术,已经成为工业上气体分离、水溶液分离、化学产品和生化 产   品的分离与纯化的重要过程,广泛应用于食品、饮料加工、水处理、大规模空气分离、湿法冶金技术、气体和液体燃料的生产以及石油化工制品生产等。
    膜从广义上讲可以定义为两相之间的一个不连续区间,它可以是固相,液相,甚至气相的。从分离的意义上来讲,膜可以定义为: Membranes are thin barriers across which physical and/or chemical gradients can be established to produce differential flows of one or more components 。
    大多数的分离膜都是固体膜,目前,无论是从产量、产值、品种、功能或是应用对象上来讲,固体膜都占 99%以上,其中尤以有机高分子聚合物材料制备成的膜和其过程为主。无机膜近年来发展迅速。液膜也有其特点,但尚待发展。
    物质选择透过膜的推动力可分为两类:一是外界能量,物质发生由低位到高位的转移;二是化学位差,物质由高位向低位转移。
膜分离过程的特点:高效;能耗(功耗)低;膜分离设备操作维护方便,运行稳定;规模和处理能力范围很大。 

二、膜材料与膜组件 

1.膜材料及分类
    具有分离功能的固体膜目前主要以有机高分子聚合物为膜材料。以无机膜为膜材料的分离膜近年来发展迅速。
膜的分类主要有四种方法: 
膜的分类主要有四种方法
按膜的结构分类
按膜的用途分类
按膜的作用机理分类
天然膜
多孔膜
气相系统中用膜
吸附性膜
合成膜
微孔介质
气 - 液系统中用膜
扩散性膜
无机膜
大孔膜
液 - 液系统用膜
离子交换膜
高分子膜
非多孔膜
气 - 固系统用膜
选择渗透膜
 
无机膜
液 - 固系统用膜
非选择性膜
 
聚合物膜
固 - 固系统用膜
 
 
液膜
 
 

2.膜组件 

膜面积愈大,单位时间透过量愈多,因此,当膜分离技术实际应用时,要求开发在单位体积内具有最大膜面积的组件。目前主要有以下几种形式:
板框式( Plate and Frame Module )、螺旋卷式 (Spiral Wound Module) 、圆管式 (Tubular Module) 、中空纤维式 (Hollow Fiber Module) 和毛细管式 (Capillary Module) 。前两种使用平板膜,后三者使用管式膜。圆管式膜直径 >10mm 毛细管式- 0.5~10.0mm ;中空纤维式 <0.5mm> 。 
表:各种膜组件特性
名称/项目
中空纤维式
毛细管式
螺旋卷式
平板式
圆管式
价格(元 /m 3 )
40~150
150~800
250~800
800~2500
400~1500
冲填密度
清洗
压力降
可否高压操作
较难
较难
膜形式限制

三、膜分离过程 

典型的膜分离过程特性如下表所示:
 
过程
主要功能
微滤( MF ) Microfiltration
滤除 ≥50nm 的颗粒
对称细孔高分子膜 孔径 0.03~10nm
超滤( UF )Ultrafiltration
滤除 5~100nm 的颗粒
非对称结构的多孔膜 孔径 1~20nm(MW1000~1000000)
反渗透( RO )Reverse Osmosis
水溶液中溶解盐类的脱除
 
渗析(透析)( D )Dialysis
水溶液中无机酸、盐的脱除
强碱性离子交换膜、聚乙烯醇中性膜
电渗析( ED )Electrodialysis
水溶液中酸、碱、盐的脱除
阴阳离子交换膜
气体分离( GP )Gas Permeation
混合气体的分离
硅橡胶、聚砜、聚酰亚胺等非对称膜
渗透汽化( PV )Pervaporation
水 - 有机物的分离
聚乙烯醇等由皮层和多孔支撑结构层构成的复合膜
液膜( L ) Liquid Membrane
盐、生理活性物质的分离
液体保存在对称或者非对称多孔膜的孔中

四、膜技术应用领域 

当前主要膜分离过程的一些应用领域如下表所示:
膜过程
应用领域
用途举例
离子交换膜电渗析
浓缩
海水浓缩制盐
脱盐
从海水或咸水制饮用水和工业用水
电解
食盐电解烧碱
反渗透过程
制水
海水淡化
化学工业
石化废水处理
医药
无菌水制造
农畜水产
蛋白质回收
食品加工
鱼油废水处理等
水处理
下水的脱氮、脱磷、脱盐,水回收利用
超滤
化学工业
胶乳回收等
生物化工
发酵产品分离浓缩精制
医药
生理活性物质浓缩,分离,精制
水处理
超纯水,无菌水制造
 
废水处理
高浓度活性污泥处理水中取出悬浮物,细菌去除
微滤过程
化学工业
水、溶剂、酸,碱等化学品过滤,澄清
生物化工
菌体浓缩分离
电子工业
超纯水制备
医疗
无热源纯净水制备
食品
饮料中酵母和霉菌去除
水处理
水中悬浮物,微小粒子和细菌去除
气体分离
富氧膜
提高燃烧效率而节能
氢分离膜
含氢气体中浓缩分离氢气
CO 2 分离
天然气和沼气中 CO 2 分离
氦分离膜
天然气中氦分离
脱湿膜
空气去湿
扩散渗析
碱性型膜
各种溶液、废液,副产品中硫酸、酸盐的去除,精制,回收
其他膜
糖类、醇,有机酸等脱盐
生物传感器
氧传感器
乙二醇等测定
微生物传感器
甲醇、乙醇、氨BOD,
标识免疫传感器
乙型肝炎疫苗微量激素
非标识免疫传感器
糖,梅毒菌,血型
 
 
 
日期:2016-3-24 浏览次数:1478
 
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