膜分离材料与技术ppt课件.ppt

1,第二章膜分离材料与技术,2,膜分离概述膜分离机理膜材料的结构和制备膜分离技术,本章内容,3,分离膜的概念,2.1 膜分离概述,分离膜是指能以特定形式限制和传递流体物质的两相或两部分的界面。膜的形式可以是固态的，也可以是液态的。被膜分隔的流体物质可以是液态的，也可以是气态的。膜至少具有两个界面，膜通过这两个界面与被分隔的两侧流体接触并进行传递。分离膜对流体可以是完全透过性的，也可以是半透过性的，但不能是完全不透过性的。,膜,料液,水,小分子,大分子,渗透液,4,膜分离技术的概念,膜分离技术是指利用具有一定膜孔和选择透过性的天然或人工合成的分离膜，在某种推动力（浓度差、压力差、电位差等）的作用下，来实现物质的分离纯化或浓缩的一种操作技术。,2.1 膜分离概述,5,膜,海水淡化,工业废水处理,城市废水资源化,天然气,生物利用,能源,水资源,传统工业,生态环境,除尘,CO2控制,制 药,食 品,化工与石化,电子,冶 金,燃料电池,洁净燃烧,2.1 膜分离概述,6,反渗透,以压力差为推动力，截留离子物质仅透过溶剂,7,血液透析,将体内堆积的毒素及时通过半透膜排出体外，净化血液,8,膜的种类,根据膜的材质,固体膜,液体膜,根据材料来源,天然膜,合成膜,无机材料膜,高分子分离膜,根据膜的结构,多孔膜,致密膜,离子交换膜,渗析膜,微孔过滤膜,超过滤膜,反渗透膜,渗透汽化膜,气体渗透膜,根据膜的功能,9,固体膜,根据膜断面的物理形态,根据固体膜的形态,对称膜,不对称膜,复合膜,平板膜,管式膜,中空纤维膜,核径蚀刻膜,10,膜材料种类,高分子分离膜材料,纤维素衍生物类,聚砜类,聚酰胺类,聚酰亚胺类,聚酯类,聚烯烃类,乙烯类聚合物,含硅聚合物,含氟聚合物,甲壳素类,无机膜,致密膜,多孔膜,致密的金属膜,致密的固体电解质膜,致密的”液体充实固体化“动态原位形成的致密膜,Pd膜及Pd合金膜,Ag膜及Ag合金膜,氧化锆膜,复合固体氧化膜,多孔负载膜,多孔金属膜，多孔不锈钢膜,多孔Ni膜，多孔Ag膜，多孔Pd膜，多孔Ti膜,多孔陶瓷膜，包括Al2O3膜，SiO2膜，ZrO2膜，TiO2膜,（多孔玻璃膜分子筛膜，包括碳分子筛）,11,膜分离的发展,1748年，耐克特（A. Nelkt）发现水能自动地扩散到装有酒精的猪膀胱内，开创了膜渗透的研究。1861年，施密特（A. Schmidt）首先提出了超过滤的概念。他提出，用比滤纸孔径更小的棉胶膜或赛璐酚膜过滤时，若在溶液侧施加压力，使膜的两侧产生压力差，即可分离溶液中的细菌、蛋白质、胶体等微小粒子，其精度比滤纸高得多。这种过滤可称为超过滤。按现代观点看，这种过滤应称为微孔过滤。,2.1 膜分离概述,12,膜分离的发展,1961年，米切利斯（A. S. Michealis）等人用各种比例的酸性和碱性的高分子电介质混合物以水丙酮溴化钠为溶剂，制成了可截留不同分子量的膜，这种膜是真正的超过滤膜。美国Amicon公司首先将这种膜商品化。50年代初，为从海水或苦咸水中获取淡水，开始了反渗透膜的研究。1967年，DuPont公司研制成功了以尼龙66为主要组分的中空纤维反渗透膜组件。同一时期，丹麦DDS公司研制成功平板式反渗透膜组件。反渗透膜开始工业化。,2.1 膜分离概述,13,膜分离的发展,自上世纪60年代中期以来，膜分离技术真正实现了工业化。首先出现的分离膜是超过滤膜（简称UF膜）、微孔过滤膜（简称MF膜）和反渗透膜（简称RO膜）。以后又开发了许多其它类型的分离膜。在此期间，除上述三大膜外，其他类型的膜也获得很大的发展。80年代气体分离膜的研制成功，使功能膜的地位又得到了进一步提高。由于膜分离技术具有高效、节能、高选择、多功能等特点，分离膜已成为上一世纪以来发展极为迅速的一种功能性高分子。,2.1 膜分离概述,14,膜分离的特点,与蒸馏、分馏、沉淀、萃取、吸附等传统的分离方法相比,膜分离具有以下优点：没有相变化，不需要液体沸腾；也不需要气体液化，不需要投加化学物质，是低能耗、低成本的分离技术；分离过程在常温下进行，特别适用于热敏感物质如：蛋白质、酶、药品的分离、分级、浓缩和富集；分离浓缩同时进行，能回收有价值的物质；应用范围广，对无机物、有机物及生物制品都可适用，还适用于许多特殊溶液体系的分离，如溶液中大分子与无机盐的分离、共沸物及近沸点物系的分离等;膜分离装置简单、操作容易、制造方便，不产生二次污染；易于实现自动化。,2.1 膜分离概述,15,膜分离过程的类型,2.2 膜分离机理,分离膜的基本功能是从物质群中有选择地透过或输送特定的物质，如颗粒、分子、离子等。或者说，物质的分离是通过膜的选择性透过实现的。膜分离过程的主要特点是以具有选择透过性的膜作为分离的手段，实现物质分子尺寸的分离和混合物组分的分离。膜分离过程的推动力有浓度差、压力差和电位差等。,16,膜分离过程的类型,2.2 膜分离机理,膜分离过程可概述为以下三种形式： 渗析式膜分离 料液中的某些溶质或离子在浓度差、电位差的推动下，透过膜进入接受液中，从而被分离出去。属于渗析式膜分离的有渗析和电渗析等； 过滤式膜分离 利用组分分子的大小和性质差别所表现出透过膜的速率差别，达到组分的分离。属于过滤式膜分离的有超滤、微滤、反渗透和气体渗透等； 液膜分离 液膜与料液和接受液互不混溶，液液两相通过液膜实现渗透，类似于萃取和反萃取的组合。溶质从料液进入液膜相当于萃取，溶质再从液膜进入接受液相当于反萃取。,17,几种主要分离膜的分离过程,18,几种主要分离膜的分离过程,19,表征膜性能的参数,截断分子量、水通量、孔的特征、 pH适用范围、抗压能力、对热和溶剂的稳定性等。制造商通常提供这些数据,19,20,1、 截留率和截断分子量,膜对溶质的截留能力为截留率R（rejection），其定义为 R1 CpCb Cp和Cb：表示在某一瞬间，透过液和截留液的浓度。如R1，则Cp0，表示溶质全部被截留；如R0，则Cp Cb，表示溶质能自由透过膜。,20,21,21,截断曲线,质量好的膜，陡直，可使不同分子量的溶质分离完全；反之，会导致分离不完全。,22,MWCO与孔径,22,截断分子量（MWCO）:相当于一定截留率(通常为 90或95)的分子量。,23,23,水通量：纯水在一定压力，温度(0.35MPa，25) 下试验，透过水的速度L / hm2。,2、水通量,24,气体分离膜的分离机理,2.2 膜分离机理,气体分离膜有两种类型：非多孔均质膜和多孔膜。它们的分离机理各不相同。（1）非多孔均质膜的溶解扩散机理 该理论认为，气体选择性透过非多孔均质膜分四步进行：气体与膜接触，分子溶解在膜中，溶解的分子由于浓度梯度进行活性扩散，分子在膜的另一侧逸出。,25,气体分离膜的分离机理,2.2 膜分离机理,根据这一机理： 1) 气体的透过量J与扩散系数D、溶解度系数S和气体渗透系数成正比。而这些参数与膜材料的性质直接有关。 2) 在稳态时，气体透过量J与膜面积A和时间t成正比。 3) 气体透过量与膜的厚度L成反比。,26,气体分离膜的分离机理,2.2 膜分离机理,扩散系数D和溶解度系数S与物质的扩散活化能ED和渗透活化能Ep有关，而ED和Ep又直接与分子大小和膜的性能有关。分子越小， Ep也越小，就越易扩散。 这就是膜具有选择性分离作用的理论依据。,27,气体分离膜的分离机理,2.2 膜分离机理,高分子膜在其Tg以上时，存在链段运动，自由体积增大。因此，对大部分气体来说，在高分子膜的Tg前后，D和S的变化将出现明显的转折。在实际应用中，通常不是通过加大两侧的压力差（p）来提高J值，而是采用增加表面积A、增加膜的渗透系数和减小膜的厚度的方法来提高J值。,28,气体分离膜的分离机理,2.2 膜分离机理,（2）多孔膜的透过扩散机理 用多孔膜分离混合气体，是借助于各种气体流过膜中细孔时产生的速度差来进行的。流体的流动用努森（Knudsen）系数Kn表示时，有三种情况：Kn1 属粘性流动；Kn1 属分子流动；Kn 1 属中间流动。多孔膜分离混合气体主要发生在Kn1时，这时气体分子之间几乎不发生碰撞，而仅在细孔内壁间反复碰撞，并呈独立飞行状态。,29,按气体方程可导出气体透过多孔性分离膜的分离效率为： 此式说明，被分离物质的分子量相差越大，分离选择性越好多孔膜对混合气体的分离主要决定于膜的结构，而与膜材料性质无关。,2.2 膜分离机理,30,2.2 膜分离机理,31,溶液分离膜的分离机理,2.2 膜分离机理,对有机溶剂混合物的分离，一般采用分离气体的机理来处理。不同分子量的两种溶剂分离时，可用透过扩散机理来处理。对溶液中溶质的分离，尚无完善理论。尽管按不同的分离推动力，如压力、温度、浓度差、电位差、化学位、蒸气压、渗透压等，可用不可逆过程的热力学来讨论，但这时往往将膜作为一个“黑匣子”，忽略在其中的过程。,32,高分子分离膜,2.3 膜材料的结构与制备,实用的有机高分子膜材料有：纤维素酯类、聚砜类、聚酰胺类及其他材料。从品种来说，已有成百种以上的膜被制备出来，其中约40多种已被用于工业和实验室中。以日本为例，纤维素酯类膜占53，聚砜膜占33.3，聚酰胺膜占11.7，其他材料的膜占2，可见纤维素酯类材料在膜材料中占主要地位。,33,1. 纤维素酯类分离膜,2.3 膜材料的结构与制备,纤维素是由几千个椅式构型的葡萄糖基通过1, 4甙链连接起来的天然线性高分子化合物，其结构式为：,在催化剂（如硫酸、高氯酸或氧化锌）存在下，能与冰醋、醋酸酐进行酯化反应，得到二醋酸纤维素或三醋酸纤维素。,34,2.3 膜材料的结构与制备,多孔醋酸纤维素,35,醋酸纤维素,2.3 膜材料的结构与制备,醋酸纤维素是当今最重要的膜材料之一。醋酸纤维素性能稳定，但在高温和酸、碱存在下易发生水解。为了改进其性能，进一步提高分离效率和透过速率，可采用各种不同取代度的醋酸纤维素的混合物来制膜，也可采用醋酸纤维素与硝酸纤维素的混合物来制膜。此外，醋酸丙酸纤维素、醋酸丁酸纤维素也是很好的膜材料。 纤维素醋类材料易受微生物侵蚀，pH值适应范围较窄，不耐高温和某些有机溶剂或无机溶剂。因此发展了非纤维素酯类（合成高分子类）膜。,36,2. 非纤维素酯类分离膜,2.3 膜材料的结构与制备,非纤维素酯类膜材料的基本特性： 分子链中含有亲水性的极性基团； 主链上应有苯环、杂环等刚性基团，使之有高的抗压密性和耐热性； 化学稳定性好； 具有可溶性； 常用于制备分离膜的合成高分子材料有聚砜、聚酰胺、芳香杂环聚合物和离子聚合物等。,37,(i)聚砜类,2.3 膜材料的结构与制备,聚砜结构中的特征基团为 ，为了引入亲水基团，常将粉状聚砜悬浮于有机溶剂中，用氯磺酸进行磺化。聚砜类树脂常用的制膜溶剂有：二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜等。聚砜类树脂具有良好的化学、热学和水解稳定性，强度也很高，pH值适应范围为113，最高使用温度达120C，抗氧化性和抗氯性都十分优良。因此已成为重要的膜材料之一。,38,39,(ii)聚酰胺类,2.3 膜材料的结构与制备,早期使用的聚酰胺是脂肪族聚酰胺，如尼龙4、尼龙66等制成的中空纤维膜。这类产品对盐水的分离率在80%90%之间，但透水率很低，仅0.076 ml/cm2h。以后发展了芳香族聚酰胺，用它们制成的分离膜，pH适用范围为311，分离率可达99.5%（对盐水），透水速率为0.6 ml/cm2h。长期使用稳定性好。由于酰胺基团易与氯反应，故这种膜对水中的游离氯有较高要求。,40,聚酰胺类,2.3 膜材料的结构与制备,Du Pont公司生产的DPI型膜即为由此类膜材料制成的，它的合成路线如下式所示：,41,(iii)芳香杂环类,2.3 膜材料的结构与制备,聚苯并咪唑类，美国Celanese公司研制的PBI膜即为此种类型。,42,(iii)芳香杂环类,2.3 膜材料的结构与制备,聚苯并咪唑酮类，这类膜的代表是日本帝人公司生产的PBLL膜，这种膜对0.5NaCl溶液的分离率达90%95%，并有较高的透水速率。,43,(iii)芳香杂环类,2.3 膜材料的结构与制备,聚吡嗪酰胺类，这类膜材料可用界面缩聚方法制得，反应式为：,44,(iii)芳香杂环类,2.3 膜材料的结构与制备,聚酰亚胺类，聚酰亚胺具有很好的热稳定性和耐有机溶剂能力，因此是一类较好的膜材料。,45,(iv)离子型聚合物,2.3 膜材料的结构与制备,离子型聚合物可用于制备离子交换膜。与离子交换树脂相同，离子交换膜也可分为强酸型阳离子膜、弱酸型阳离子膜、强碱型阴离子膜和弱碱型阴离子膜等。在淡化海水的应用中，主要使用的是强酸型阳离子交换膜。磺化聚苯醚膜和磺化聚砜膜是最常用的两种离子聚合物膜。,46,47,(v)乙烯基聚合物,2.3 膜材料的结构与制备,用作膜材料的乙烯基聚合物包括聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚偏氯乙烯、聚丙烯酰胺等。共聚物包括：聚丙烯醇/苯乙烯磺酸、聚乙烯醇/磺化聚苯醚、聚丙烯腈/甲基丙烯酸酯、聚乙烯/乙烯醇等。聚乙烯醇/丙烯腈接枝共聚物也可用作膜材料。,48,膜的结构,2.3 膜材料的结构与制备,膜的结构主要是指膜的形态、膜的结晶态和膜的分子态结构。膜结构的研究可以了解膜结构与性能的关系，从而指导制备工艺，改进膜的性能。膜的形态 用电镜或光学显微镜观察膜的截面和表面，可以了解膜的形态。下面仅对MF膜、UF膜和RO膜的形态作简单的讨论。,49,微孔膜开放式网格结构,2.3 膜材料的结构与制备,微孔膜具有开放式的网格结构，形成机理为：制膜液成膜后，溶剂首先从膜表面开始蒸发，形成表面层。表面层下面仍为制膜液。溶剂以气泡的形式上升，升至表面时就形成大小不等的泡。这种泡随着溶剂的挥发而变形破裂，形成孔洞。此外，气泡也会由于种种原因在膜内部各种位置停留，并发生重叠，从而形成大小不等的网格。,开放式网格的孔径一般在0.11m之间，可以让离子、分子等通过，但不能使微粒、胶体、细菌等通过。,50,反渗透膜和超过滤膜的双层与三层结构模型,2.3 膜材料的结构与制备,反渗透膜具有不对称结构，与空气接触的一侧是厚度约为0.25m的表面层，占膜总厚度的极小部分（一般膜总厚度约100 m）。表面没有物理孔洞，致密光滑。下部则为多孔结构，孔径为0.4m左右。这种结构被称为双层结构模型。,51,52,高分子分离膜的制备方法,2.3 膜材料的结构与制备,烧结法拉伸法径迹刻蚀法相转化法复合膜化法,制备方法,最实用,膜的制备工艺对分离膜的性能十分重要。同样的材料，由于不同的制作工艺和控制条件，其性能差别很大。合理的、先进的制膜工艺是制造优良性能分离膜的重要保证。,多孔膜,53,1. 烧结法,将聚合物的微粒通过烧结形成多孔膜,聚合物的微粒,外表面软化,固化粘结,熔融温度,冷却,方法简单 只能制备微滤膜 孔隙率低，10%-20%,54,2. 拉伸法,部分结晶的聚合物膜经拉伸后在膜内形成微孔,部分结晶聚合物,拉伸,非晶区断裂成孔晶区为骨架,孔隙率远高于烧结法 生产效率高 制备方法容易 价格低 孔径大小容易控制，分布均匀,关键技术：半晶态聚合物的合成,55,3. 径迹刻蚀法,浸蚀液,径迹,高能粒子,高分子膜,高活性链端,径迹处高分子链断裂,径迹扩大,微孔,膜孔贯穿呈圆柱状 孔径分布可控，分布极窄 孔隙率低,56,4. 相转化制膜工艺,相转化是指将均质的制膜液通过溶剂的挥发或向溶液加入非溶剂或加热制膜液，使液相转变为固相的过程。相转化制膜工艺中最重要的方法是LS型制膜法。它是由加拿大人劳勃（S. Leob）和索里拉金（S. Sourirajan）发明的，并首先用于制造醋酸纤维素膜。,57,5. 复合制膜工艺,由LS法制的膜，起分离作用的仅是接触空气的极薄一层，称为表面致密层。它的厚度约0.251m，相当于总厚度的1/100左右。理论研究表明可知，膜的透过速率与膜的厚度成反比。而用LS法制备表面层小于0.1m的膜极为困难。,58,典型的膜分离技术,2.4 膜分离技术,典型的膜分离技术有微孔过滤(MF)、超滤(UF)、反渗透(RO)、纳滤(NF)、渗析(D)、电渗析(ED)、液膜(LM)及渗透蒸发( PV)等。,59,微孔过滤技术,2.4 膜分离技术,微孔过滤和微孔膜的特点 微孔过滤技术是以静压差为推动力，利用筛网状过滤介质膜的“筛分”作用进行分离的膜过程。微孔膜是均匀的多孔薄膜，厚度在90150m左右，过滤粒径在0.02510m之间，操作压在0.010.2MPa。到目前为止，国内外商品化的微孔膜约有13类，总计400多种。 微孔膜的主要优点为： 孔径均匀，过滤精度高。能将液体中所有大于制定孔径的微粒全部截留； 孔隙大，流速快。一般微孔膜的孔密度为107孔/cm2，微孔体积占膜总体积的70%80%。由于膜很薄，阻力小，其过滤速度较常规过滤介质快几十倍；,60,微孔过滤技术,2.4 膜分离技术,微孔膜的主要优点为： 无吸附或少吸附。微孔膜厚度一般在90150m之间，因而吸附量很少，可忽略不计。 无介质脱落。微孔膜为均一的高分子材料，过滤时没有纤维或碎屑脱落，因此能得到高纯度的滤液。微孔膜的缺点： 颗粒容量较小，易被堵塞； 使用时必须有前道过滤的配合，否则无法正常工作。,61,微孔过滤技术应用领域,2.4 膜分离技术,微孔过滤技术目前主要在以下方面得到应用：（1）微粒和细菌的过滤。可用于水的高度净化、食品和饮料的除菌、药液的过滤、发酵工业的空气净化和除菌等。（2）微粒和细菌的检测。微孔膜可作为微粒和细菌的富集器，从而进行微粒和细菌含量的测定。（3）气体、溶液和水的净化。大气中悬浮的尘埃、纤维、花粉、细菌、病毒等；溶液和水中存在的微小固体颗粒和微生物，都可借助微孔膜去除。（4）食糖与酒类的精制。微孔膜对食糖溶液和啤、黄酒等酒类进行过滤，可除去食糖中的杂质、酒类中的酵母、霉菌和其他微生物。 5）药物的除菌和除微粒。,62,超滤技术,2.4 膜分离技术,超滤的特点过滤粒径介于微滤和反渗透之间，约510 nm，在 0.10.5 MPa 的静压差推动下截留各种可溶性大分子，如多糖、蛋白质、酶等相对分子质量大于500的大分子及胶体，形成浓缩液，达到溶液的净化、分离及浓缩目的。 超滤膜均为不对称膜，形式有平板式、卷式、管式和中空纤维状等。制备超滤膜的材料主要有聚砜、聚酰胺、聚丙烯腈和醋酸纤维素等。超滤膜的工作条件取决于膜的材质，如醋酸纤维素超滤膜适用于pH = 38，三醋酸纤维素超滤膜适用于pH = 29，芳香聚酰胺超滤膜适用于pH = 59，温度040，而聚醚砜超滤膜的使用温度则可超过100。,63,超滤膜技术应用领域,2.4 膜分离技术,超滤膜的应用也十分广泛，在作为反渗透预处理、饮用水制备、制药、色素提取、阳极电泳漆和阴极电泳漆的生产、电子工业高纯水的制备、工业废水的处理等众多领域都发挥着重要作用。（1）纯水的制备。超滤技术广泛用于水中的细菌、病毒和其他异物的除去。（2）汽车、家具等制品电泳涂装淋洗水的处理。（3）食品工业中的废水处理。在牛奶加工厂中用超滤技术可从乳清中分离蛋白和低分子量的乳糖。（4）果汁、酒等饮料的消毒与澄清。（5）在医药和生化工业中用于分离浓缩生物活性物质，从生物中提取药物等。,64,反渗透技术,2.4 膜分离技术,反渗透原理及其特点用一张只能透过水而不能透过溶质的半透膜将两种不同浓度的水溶液隔开，水会自然地透过半透膜渗透从低浓度水溶液向高浓度水溶液一侧迁移，这一现象称渗透。,65,反渗透技术,2.4 膜分离技术,制备反渗透膜的材料主要有醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚苯并咪唑、磺化聚苯醚、聚芳砜、聚醚酮、聚芳醚酮、聚四氟乙烯等。,66,反渗透技术应用领域,2.4 膜分离技术,反渗透膜最早应用于苦咸水淡化。随着膜技术的发展，反渗透技术已扩展到化工、电子及医药等领域。（1）海水、苦咸水的淡化（2）在医药、食品工业中用以浓缩药液、果汁等（3）印染、食品、造纸等工业中用于处理污水。,67,海水,液氯灭菌,硫酸铝絮凝,砂滤,硫酸调pH=6,反渗透,二级反渗透,活性炭脱氯,饮用水,68,纳滤技术,2.4 膜分离技术,纳滤膜的特点纳滤膜主要用于截留粒径在0.11nm，分子量为1000左右的物质，可以使一价盐和小分子物质透过，具有较小的操作压（0.51MPa）。其被分离物质的尺寸介于反渗透膜和超滤膜之间，但与上述两种膜有所交叉。,69,纳滤技术应用领域,2.4 膜分离技术,纳滤技术最早应用于海水及苦咸水的淡化方面。由于该技术对低价离子与高价离子的分离特性良好，因此在硬度高和有机物含量高、浊度低的原水处理及高纯水制备中颇受瞩目；在食品行业中，纳滤膜可用于果汁生产，大大节省能源；在医药行业可用于氨基酸生产、抗生素回收等方面；在石化生产的催化剂分离回收等方面更有着不可比拟的作用。,70,牛奶加工,牛奶,MF,UF,RO,脂肪和细菌,脱脂牛奶,UF截留物,UF渗透物,RO浓缩物,水,高脂奶油,饮料,生产奶酪,特殊奶制品,全蛋白,乳糖生产,发酵食品,蒸发,干燥,全奶粉,奶罐运输,特殊奶品,71,脱脂奶固含量9.2蛋白质3.6乳糖4.7%灰份0.7,预处理,UF,渗透液乳糖4.7灰份0.7,RO,渗透液,排出,浓缩液乳糖17.4%灰份2.6%,动物饲料,浓缩液固含量28.7蛋白质21.2%乳糖4.7%灰份0.7,奶酪前体固含量42%,添加剂奶油酵母凝乳素青霉素,奶酪生产,奶酪固含量47.5%蛋白质16.9%,UF巴氏杀菌脱脂乳生产奶酪,72,果汁澄清,73,膜组件的类型,2.5 膜组件,膜的性能在膜分离技术上的实现，必须以合理的膜组件为载体,平板框式膜组件 卷式膜组件 管式膜组件 中空纤维膜组件,74,1 - 轴芯2 - O型环3 - 垫圈4 - 固定材5 - 网6 - 护罩7 - 外层材8 - 膜9 - 内层材10 - 固定材,板框式,2.5 膜组件,75,优点:缺点:,组装方便，膜的清洗更换容易，料液流通截面较 大，不易堵塞，同一设备可视生产需要组装不同数量的膜。,需密封的边界线长,76,圆管式,圆管式膜组件的机构主要将膜和支撑体均制成管状。,2.5 膜组件,77,螺旋卷式膜组件是将做好的平板膜密封成膜袋，在两膜袋间衬以网状间隔材料并紧密地卷绕在多孔中心管上制成。,螺旋式膜组件,2.5 膜组件,78,透析液,浓缩液,料液,膜组件与外壳之间的密封,多孔收集管,膜的保护层,透析液的收集系统,螺旋卷式膜的内部结构,79,优点:缺点:,应用比较广泛、与板框式相比，卷式组件的设备比较紧凑、单位体积内的膜面积大，适用于反渗透；,清洗不方便，易堵塞。,80,卷式纳滤膜浓缩设备 (生产型),81,卷式膜反渗透工业设备图:,82,管式膜组件,由管式膜制成，管内与管外分别走料液与透过液，管式膜的排列形式有列管、排管或盘管等。,2.5 膜组件,83,内压式：膜涂在管内，料液由管内走；外压式：膜涂在管外，料液由管外间隙走。,管式膜组件,84,组件的进出料示意图,多通道组件,组件外壳,渗透液,原料液,渗透液,渗余液,渗透液,垫圈,85,管式膜结构图,管式,86,优点：结构简单，适应性强，清洗方便，耐高压，适宜于处理高黏度及固体含量较高的料液。缺点: 单位体积膜组件的膜面积少,一般仅为33330 ，保留体积大，压力降大。,87,管式膜工业设备图:,88,将几十万根或更多的中空纤维束的一端封死，另一端固定在板上，再装入圆筒型耐压容器内制成。,中空纤纬式膜组件,2.5 膜组件,89,89,优点:设备紧凑，单位设备体积内的膜面积大(高达1600030000 ) 缺点:中空纤维内径小，阻力大，易堵塞，膜污染难除去，因此对料液处理要求高。,90,2.5 膜组件,91,2.5 膜组件,92,93,膜分离技术的应用,应用,水的脱盐和净化,食品工业,医疗、卫生方面,石油、化工方面,环境工程,其他方面,海水与苦咸水淡化,电厂锅炉供水脱盐,超纯水制备,城市家庭饮用水的净化,乳品加工,酒类生产,果汁加工,酶制剂生产,医疗、卫生用水,药品生产,医疗应用,中药提炼,回收有机蒸气,制取富氧空气,无水乙醇生产,膜与生物技术,国防上的应用,交通、运输方面,脱气膜,电泳漆废水,电镀废水,纤维工业废水,造纸工业废水,其他废水,94,思考题,1、理解概念：截留分子量，截留率，水通量。2、影响截留率的因素有哪些？3、微滤，超滤，纳滤，反渗透分离技术的特点，及适用范围？,