膜分离的原理

膜分离的原理 何为纳滤膜, 答:纳滤膜的透过物大小在1,10nm，科学家们推测纳滤膜表面分离层可能拥有纳米级(10nm以下)的孔结构，故习惯上称之为"纳滤膜"又叫"纳米膜"、"纳米管"。 纳滤膜净化原理, 答:(1)溶解--扩散原理:渗透物溶解在膜中，并沿着它的推动力梯度扩散传递，在膜的表面形成物相之间的化学平衡，传递的形式是:能量=浓度o淌度o推动力，使得一种物质通过膜的时候必须克服渗透压力。 (2)电效应:纳滤膜与电解质离子间形成静电作用，电解质盐离子的电荷强度不同，造成膜对离子的截留率有差异，在含有不同价态离子的多元体系中，由于道南(DONNAN)效应，使得膜对不同离子的选择性不一样，不同的离子通过膜的比例也不相同。 道南平衡:当把荷电膜置于盐溶液中会发生动力学平衡。膜相中的反离子浓度比主体溶液中的离子浓度高而同性离子的浓度低，从而在主体溶液中产生道南能位势，该能位势阻止了反离子从膜相向主体溶液的扩散和同性离子从主体溶液向膜的扩散。当压力梯度驱动水通过膜进同样会产生一个能位势，道南能位势排斥同性离子进入膜，同时保持电中性，反离子也被排斥。 三达纳滤膜具有哪些特点, ——————————————————————————————————————————————— 答:?超低压力下工作(0.15Mpa的压力下就可以稳定工作)。 ?大通量供水。在普通的市政水压下就可以使用，水通量可达15m2,小时。 ?选择性离子脱除。在去除细菌、病毒、过量金属离子、低分子有机物、氟、砷等有害物质的同时，保留一定量钾、钠、钙、铁等对人体有益矿物质。 ?使用领域广。在淡水处理、工业废水处理、医药和食品领域都有广泛的应用。 如何保存纳滤膜, 答:纳滤膜的保存目标是防止微生物在膜表布的繁殖及破坏，防止膜的水解，冻结及膜的收缩变形。前人就有微生物对膜性能的影响进行过多种试验，结果表明:不同的微生物对膜的性能产生不同的影响。防止膜的水解，对任何膜都很重要。温度和PH值是醋酸纤维素膜水解的两个主要因素。对芳香聚酰胺膜，PH值及水中游离氯的含量则是其水解的主要因素。纳滤膜的冻结在冬季运输过程中常常发生。表明膜的冻结使膜中的水分形成冰晶而使膜结构膨胀，造成膜的性能大幅度下降或破坏。膜的收缩变形，发生在湿态膜保存时的失水、及膜在与高深度溶液接触时膜中的水急剧向溶液中扩散。不同种类的纳滤膜，其保存不同。醋酸纤维素纳滤膜在干态时应避免阳光直接照射， 要保存在荫凉、干燥的地方。保存温度以8,35?。 三达纳滤膜用在水处理时与反渗透膜有什么区别, 答:纳滤膜是荷电膜，能进行电性吸附，它具有敏锐的分子截留——————————————————————————————————————————————— 区，对不同物质能有目的地提纯或去除的优越分离效果。反渗透膜的滤分子量在100以下，只能过滤掉水中的水分子和气体。在相同的水质及环境下制水，纳滤膜所需的压力小于反渗透膜所需的压力。 三达纳滤膜与反渗透制水水质有何不同, 答:经纳滤膜过滤后的自来水能脱除细菌、病毒、低分子有机物、重金属等物质，保留部分 的铁、钠、钙等对人体有益的矿物质。而用反渗透膜过滤自来水只能得到含有水分子和气体的净水。 膜分离技术受到世界各技术先进国家的高度重视,近30 年来，美国、加拿大、日本和欧洲技术先进国家，一直把膜技术定位为高新技术，投入大量资金和人力，促进膜技术迅速发展,使用范围日益扩大。 膜分离技术的发展和应用，为许多行业,如纯水生产、海水淡化、苦咸水淡化，电子工业、制药和生物工程、环境保护、食品、化工、纺织等工业，高质量地解决了分离、浓缩和纯化的问题，为循环经济、清洁生产提供依托技术。 1 膜分离技术简介 1.1 膜的定义 膜是一种起分子级分离过滤作用的介质，当溶液或混和气体与膜接触时，在压力下，或电场作用下，或温差作用下，某些物质可以透过膜，而另些物质则被选择性的拦截，从而使溶液中不同组分，或混和气体的不同组分被分离,这种分离是分子级的分离。 1.2 膜的种类 ——————————————————————————————————————————————— 分离膜包括:反渗透膜(0. 0001,0. 005μm) ，纳滤膜(0. 001,0. 005μm) ，超滤膜(0. 001,0. 1μm) ，微滤膜(0. 1,1μm) 、电渗析膜、渗透气化膜、液体膜、气体分离膜、电极膜等。他们对应不同的分离机理，不同的设备，有不同的应用对象。膜本身可以由聚合物,或无机材料，或液体制成，其结构可以是均质或非均质的，多孔或无孔的，固体的或液体的,荷电的或中性的。膜的厚度可以薄至100μm，厚至几毫米。不同的膜具有不同的微观结构和功能，需要用不同的方法制备。制膜方法一直是膜领域的核心研究课题,也是各公司严格保密的核心技术。 1.3膜分离技术的定义 把上述的膜制成适合工业使用的构型，与驱动设备(压力泵、或电场、或加热器、或真空泵) 、阀门、仪表和管道联成设备。在一定的条件下操作,就可以来分离水溶液或混和气体。透过膜的组分被称为透过流分。这种分离技术被称为膜分离技术。 2膜技术的应用领域 2.1供水 2.1.1高质量饮用水供给 随着水体的污染和人民生活水平提高，人们越来越希望得到高质量的饮用水供给。采用活性炭吸附过滤和超滤结合制取高质量饮用水，设备投资少，制水成本低,是优质饮用水制备的经济有效方法，具有广阔的市场前景。 2.1.2工业供水 ——————————————————————————————————————————————— 自来水和地下水的水质不能满足许多化学工业、电子工业和纺织工业的要求，需要经过净化处理方可以使用，超滤膜技术是净化工业用水的重要技术之一。 2.1.3 医药用水 医药针剂用水是采用多级蒸馏制备的，其工艺繁琐、能耗高、而且质量常常得不到保证。用超滤膜技术除针剂热源和终端水热源，取得很好效果。 2. 2 工艺水的处理(分离、浓缩、分级和纯化) 在各工业生产过程中，往往有分离、浓缩、分级和纯化某种水溶液的需求。传统用的方法是沉淀、过滤、加热、冷冻、蒸馏、萃取和结晶等过程。这些方法表现出流程长、耗能多、物料损失多、设备庞大、效率低、操作繁琐等缺点，以超滤膜技术取代某种传统技术可以获得显著的经济效益。 2.2.1膜技术在制药工业的应用 膜技术广泛应用于生物制备和医药生产中的分离、浓缩和纯化。如血液制备的分离、抗菌素和干扰素的纯化、蛋白质的分级和纯化、中草药剂的除菌和澄清等。发酵是生物制药的主流技术，从发酵液中提取药物， 传统工艺是溶剂萃取或加热浓缩，反复使用有机溶剂和酸碱溶液,耗量大，流程长，废水处理任务重。特别是许多药物热敏性强，使传统工艺的实用性多受限制。国际先进的制药生产线，大量采用膜分离技术代替传统的分离、浓缩和纯化工艺。如以膜设备浓缩纯化抗生素、——————————————————————————————————————————————— 中药汤及中药针剂澄清等。 2.2.2 膜技术在食品领域工业的应用 利用超滤膜技术把发酵液中产品和菌体分离，再采用其它方法精制流程。其优点是:生产效率和产品质量提高;简化了工艺流程;菌体蛋白不含外加杂质,利用价值高，达到资源综合利用。酱油、醋的澄清、果汁澄清和浓缩、乳制品生产、制糖工业都采用了膜技术。 2.2.3 膜技术在各种工业生产中的应用 凡是涉及分子级的浓缩和分离的过程，都有膜技术应用的机会。汽车电泳漆的在线纯化采用超滤膜除去杂质，持续保证涂漆质量;燃料工业泳超滤膜技术分离和浓缩中间体。 2.3 在环境保护和水资源化的应用 膜技术在废水处理、污染防治和水资源综合利用方面得到广泛应用。在许多情况下，不仅处理了废水，还能回收有用物质和能量。 2.3.1各种含油废水及废油的处理 ?采油回注水的处理:膜法可以除去在水中的乳化溶解油，提高注入水的质量。?含油废水的处理:许多工业生产和运输业都产生大量的含油废水，膜滤技术是达标排放最有效的方法。?废润滑油的纯化:用常规技术加膜分离，可得到很纯的润滑油，适用于汽车等废机油的处理。?机床切削油的纯化回收:膜法可除去废切削油中的细菌和杂质，处理后回用。?废食用油的纯化处理技术:食用油在连续高温下产生致癌物质，用膜法可将这部分除去。?食用菜籽油的纯化:菜籽油中含有15 %,48 %高含炭量的芥子酸。用膜法可除去,达到标——————————————————————————————————————————————— 准(芥子酸<5 %) 。 2.3.2 废水的处理及回用 ?膜生物反应器处理生活污水回用中水，其占地面积小，设备投资低,处理水质好。?印刷显影废水的处理及回用，采用膜技术处理可以达标排放，也可回收。?电镀废水可采用膜技术处理，水回用，污染物回槽利用。?印染废水采用膜分离可除去有色染料，得到的水回用。牛仔布印染废水可回收靛蓝燃料。?造纸废水用膜可将废水中的木质素、色素等分离出来，净化水可排放或回用。 2.3.3水的淡化技术 ?海水淡化技术:应用最新的膜蒸馏技术，最适合和船用发动机热交换器连用，利用废热生产淡水，适合于中、小型渔船远航捕捞使用。?咸水淡化技术:将天然咸水用膜淡化到应用水质。 2. 4气体分离、浓缩技术及其应用 ?氧化浓缩:可用膜装置制成安全、简便的医疗和理疗设备，也可用于炼钢吹氧或助燃等工业生产，富氧浓度35 %,80 %。?氮气浓缩:氮气可用于食品保存、汽车存储、飞机加油、防爆及化学工业，膜设备的氮可浓缩至90 %,98 %。?二氧化碳、二氧化硫、氢气的分离:当二氧化碳、二氧化硫、氢气分别和其它气体混和在一起时，可用膜将它们分离出来,满足工业的需要。?氢气的分离和浓缩:在化工产品制造时,往往排出大量氢气,可用膜法将氢气分离出来。 2.5 其它 ?膜法保鲜剂:在水果、蛋类外部侵涂一层膜可达保鲜目的。保——————————————————————————————————————————————— 鲜后，存放期长，外观色泽好。?制造维生素E 的膜法分离技术:用膜可以从黄豆油中提取VE 的混合物,其抽提剂可循环使用。 3膜分离技术的国内发展动态 中国的膜技术从60 年代中期起步研究,长时间在实验室内和中试规模徘徊。从“七五”开始，国家科委把膜技术列为国家重大科研项目加以支持，膜技术取得较大进展，特别是改革开放的国策促进了广泛的国际交流,膜技术在国民经济发展中的重要性日益增大，国内膜工业产值也逐渐增加。 近10 年来，中国的膜技术的总体水平有了很大的进展，但与国际技术先进国家的差距仍然很大。问题主要表现在:生产现代化、产业化程度低,原料不规范,工艺参数未严格控制,产品质量不稳定;膜的品种少，应用范围小。尤其应用的工艺设计、系统成套能力、膜组件水平、相关机电产品等方面,尚未达到国际先进水平, 远不能满足国内市场需求，膜技术存在着很大的发展空间。 首先,我们要加强研发能力,推动膜技术产业的发展,依靠科技进步，提高产品质量，降低成本，增加品种，扩大应用面。 再者，,通过招商引资,引进技术,消化吸收,提高膜技术应用的工艺设计、系统成套能力，膜制备和膜组件水平,膜品种及相关机电产品等方面达到国际先进水平。 1， 反渗透原理，就是指通过离子交换净化水，使水的杂志都被滤掉。 2，反渗透原理:透过的物质具有选择性的薄膜成为半透膜。一——————————————————————————————————————————————— 般将只能透过溶剂而不能透过溶质的薄膜视为理想的半透膜。当把相同体积的稀溶液(如淡水)和浓液(如海水或盐水)分别置于一容器的两侧，中间用半透膜阻隔，稀溶液中的溶剂将自然的穿过半透膜，向浓溶液侧流动，浓溶液侧的液面会比稀溶液的液面高出一定高度，形成一个压力差，达到渗透平衡状态，此种压力差即为渗透压。渗透压的大小决定于浓液的种类，浓度和温度与半透膜的性质无关。若在浓溶液侧施加一个大于渗透压的压力时，浓溶液中的溶剂会向稀溶液流动，此种溶剂的流动方向与原来渗透的方向相反，这一过程称为反渗透。 反渗透膜分离技术的基本原理和特点 来源: 作者: 时间:2008-09-16 点击: 相同的外压下，当溶液与纯溶剂为半透膜隔开时，纯溶剂会通过半透膜使溶液变淡的现象称为渗透。这时溶剂分子在单位时间内进入溶液内的数目要比溶液内的溶剂分子在同一时间内通过半透膜进入纯溶剂内的数目多。表面上看来，溶剂通过半透膜渗透到溶液中，使得溶液体积增大，浓度变稀，当单位时间内溶剂分子从两个相反的方向穿过半透膜的数目彼此相等，即达到渗透平衡。渗透必须通过一种膜来进行，这种膜只能允许溶剂分子通过，而不允许溶质的分子通过，因此称之为半透膜。 当半透膜隔开溶液与纯溶剂时，加在原溶液上使其恰好能阻止纯溶剂进入溶液的额外压力称之为渗透压，通常溶液愈浓，溶液的渗透压愈大。如果加在溶液上的压力超过了渗透压，则反而使溶液中的溶——————————————————————————————————————————————— 剂向纯溶剂方向流动，这个过程叫做反渗透。反渗透膜分离技术就是利用反渗透原理进行分离的方法。 反渗透膜分离技术的特点如下: 1. 在常温不发生相变化的条件下，可以对溶质和水进行分离，适用于对热敏感物质的分离、浓缩，并且与有相变化的分离方法相比，能耗较低。 2. 杂质去除范围广，不仅可以去除溶解的无机盐类，而且还可以去除各类有机物杂质。 3. 较高的除盐率和水的回用率，可截留粒径几个纳米以上的溶质。 4. 由于只是利用压力作为膜分离的推动力，因此分离装置简单，容易操作维修。 5. 由于反渗透装置要在高压下运转，因此必须配备高压泵和耐高压的管路。 6. 反渗透装置要求进水要达到一定的指标才能正常运行，因此源水在进反渗透膜器之前要采用一定的预处理措施。为了延长膜的使用寿命，还要定期对膜进行清洗，以清除污垢。 膜分离技术受到世界各技术先进国家的高度重视,近30 年来，美国、加拿大、日本和欧洲技术先进国家，一直把膜技术定位为高新技术，投入大量资金和人力，促进膜技术迅速发展,使用范围日益扩大。 膜分离技术的发展和应用，为许多行业,如纯水生产、海水淡化、苦咸水淡化，电子工业、制药和生物工程、环境保护、食品、化工、——————————————————————————————————————————————— 纺织等工业，高质量地解决了分离、浓缩和纯化的问题，为循环经济、清洁生产提供依托技术。 1 膜分离技术简介 1.1 膜的定义 膜是一种起分子级分离过滤作用的介质，当溶液或混和气体与膜接触时，在压力下，或电场作用下，或温差作用下，某些物质可以透过膜，而另些物质则被选择性的拦截，从而使溶液中不同组分，或混和气体的不同组分被分离,这种分离是分子级的分离。 1.2 膜的种类 分离膜包括:反渗透膜(0. 0001,0. 005μm) ，纳滤膜(0. 001,0. 005μm) ，超滤膜(0. 001,0. 1μm) ，微滤膜(0. 1,1μm) 、电渗析膜、渗透气化膜、液体膜、气体分离膜、电极膜等。他们对应不同的分离机理，不同的设备，有不同的应用对象。膜本身可以由聚合物,或无机材料，或液体制成，其结构可以是均质或非均质的，多孔或无孔的，固体的或液体的,荷电的或中性的。膜的厚度可以薄至100μm，厚至几毫米。不同的膜具有不同的微观结构和功能，需要用不同的方法制备。制膜方法一直是膜领域的核心研究课题,也是各公司严格保密的核心技术。 1.3膜分离技术的定义 把上述的膜制成适合工业使用的构型，与驱动设备(压力泵、或电场、或加热器、或真空泵) 、阀门、仪表和管道联成设备。在一定的工艺条件下操作,就可以来分离水溶液或混和气体。透过膜的组分——————————————————————————————————————————————— 被称为透过流分。这种分离技术被称为膜分离技术。 2膜技术的应用领域 2.1供水 2.1.1高质量饮用水供给 随着水体的污染和人民生活水平提高，人们越来越希望得到高质量的饮用水供给。采用活性炭吸附过滤和超滤结合制取高质量饮用水，设备投资少，制水成本低,是优质饮用水制备的经济有效方法，具有广阔的市场前景。 2.1.2工业供水 自来水和地下水的水质不能满足许多化学工业、电子工业和纺织工业的要求，需要经过净化处理方可以使用，超滤膜技术是净化工业用水的重要技术之一。 2.1.3 医药用水 医药针剂用水是采用多级蒸馏制备的，其工艺繁琐、能耗高、而且质量常常得不到保证。用超滤膜技术除针剂热源和终端水热源，取得很好效果。 2. 2 工艺水的处理(分离、浓缩、分级和纯化) 在各工业生产过程中，往往有分离、浓缩、分级和纯化某种水溶液的需求。传统用的方法是沉淀、过滤、加热、冷冻、蒸馏、萃取和结晶等过程。这些方法表现出流程长、耗能多、物料损失多、设备庞大、效率低、操作繁琐等缺点，以超滤膜技术取代某种传统技术可以获得显著的经济效益。 ——————————————————————————————————————————————— 2.2.1膜技术在制药工业的应用 膜技术广泛应用于生物制备和医药生产中的分离、浓缩和纯化。如血液制备的分离、抗菌素和干扰素的纯化、蛋白质的分级和纯化、中草药剂的除菌和澄清等。发酵是生物制药的主流技术，从发酵液中提取药物，传统工艺是溶剂萃取或加热浓缩，反复使用有机溶剂和酸碱溶液,耗量大，流程长，废水处理任务重。特别是许多药物热敏性强，使传统工艺的实用性多受限制。国际先进的制药生产线，大量采用膜分离技术代替传统的分离、浓缩和纯化工艺。如以膜设备浓缩纯化抗生素、中药汤及中药针剂澄清等。 2.2.2 膜技术在食品领域工业的应用 利用超滤膜技术把发酵液中产品和菌体分离，再采用其它方法精制流程。其优点是:生产效率和产品质量提高;简化了工艺流程;菌体蛋白不含外加杂质,利用价值高，达到资源综合 利用。酱油、醋的澄清、果汁澄清和浓缩、乳制品生产、制糖工业都采用了膜技术。 2.2.3 膜技术在各种工业生产中的应用 凡是涉及分子级的浓缩和分离的过程，都有膜技术应用的机会。汽车电泳漆的在线纯化采用超滤膜除去杂质，持续保证涂漆质量;燃料工业泳超滤膜技术分离和浓缩中间体。 2.3 在环境保护和水资源化的应用 膜技术在废水处理、污染防治和水资源综合利用方面得到广泛应用。在许多情况下，不仅处理了废水，还能回收有用物质和能量。 ——————————————————————————————————————————————— 2.3.1各种含油废水及废油的处理 ?采油回注水的处理:膜法可以除去在水中的乳化溶解油，提高注入水的质量。?含油废水的处理:许多工业生产和运输业都产生大量的含油废水，膜滤技术是达标排放最有效的方法。?废润滑油的纯化:用常规技术加膜分离，可得到很纯的润滑油，适用于汽车等废机油的处理。?机床切削油的纯化回收:膜法可除去废切削油中的细菌和杂质，处理后回用。?废食用油的纯化处理技术:食用油在连续高温下产生致癌物质，用膜法可将这部分除去。?食用菜籽油的纯化:菜籽油中含有15 %,48 %高含炭量的芥子酸。用膜法可除去,达到标准(芥子酸<5 %) 。 2.3.2 废水的处理及回用 ?膜生物反应器处理生活污水回用中水，其占地面积小，设备投资低,处理水质好。?印刷显影废水的处理及回用，采用膜技术处理可以达标排放，也可回收。?电镀废水可采用膜技术处理，水回用，污染物回槽利用。?印染废水采用膜分离可除去有色染料，得到的水回用。牛仔布印染废水可回收靛蓝燃料。?造纸废水用膜可将废水中的木质素、色素等分离出来，净化水可排放或回用。 2.3.3水的淡化技术 ?海水淡化技术:应用最新的膜蒸馏技术，最适合和船用发动机热交换器连用，利用废热生产淡水，适合于中、小型渔船远航捕捞使用。?咸水淡化技术:将天然咸水用膜淡化到应用水质标准。 2. 4气体分离、浓缩技术及其应用 ——————————————————————————————————————————————— ?氧化浓缩:可用膜装置制成安全、简便的医疗和理疗设备，也可用于炼钢吹氧或助燃等工业生产，富氧浓度35 %,80 %。?氮气浓缩:氮气可用于食品保存、汽车存储、飞机加油、防爆及化学工业，膜设备的氮可浓缩至90 %,98 %。?二氧化碳、二氧化硫、氢气的分离:当二氧化碳、二氧化硫、氢气分别和其它气体混和在一起时，可用膜将它们分离出来,满足工业的需要。?氢气的分离和浓缩:在化工产品制造时,往往排出大量氢气,可用膜法将氢气分离出来。 2.5 其它 ?膜法保鲜剂:在水果、蛋类外部侵涂一层膜可达保鲜目的。保鲜后，存放期长，外观色泽好。?制造维生素E 的膜法分离技术:用膜可以从黄豆油中提取VE 的混合物,其抽提剂可循环使用。 3膜分离技术的国内发展动态 中国的膜技术从60 年代中期起步研究,长时间在实验室内和中试规模徘徊。从“七五”计划开始，国家科委把膜技术列为国家重大科研项目加以支持，膜技术取得较大进展，特别是改革开放的国策促进了广泛的国际交流,膜技术在国民经济发展中的重要性日益增大，国内膜工业产值也逐渐增加。 近10 年来，中国的膜技术的总体水平有了很大的进展，但与国际技术先进国家的差距仍然很大。问题主要表现在:生产现代化、产业化程度低,原料不规范,工艺参数未严格控制,产品质量不稳定;膜的品种少，应用范围小。尤其应用的工艺设计、系统成套能力、膜组件水平、 ——————————————————————————————————————————————— 相关机电产品等方面,尚未达到国际先进水平,远不能满足国内市场需求，膜技术存在着很大的发展空间。 首先,我们要加强研发能力,推动膜技术产业的发展,依靠科技进步，提高产品质量，降低成本，增加品种，扩大应用面。 再者，,通过招商引资,引进技术,消化吸收,提高膜技术应用的工艺设计、系统成套能力，膜制备和膜组件水平,膜品种及相关机电产品等方面达到国际先进水平。 ———————————————————————————————————————————————