第7章其它膜过程.ppt

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1、7-1 膜蒸馏7.1.1 膜蒸馏技术原理与操作方式7.2.2 膜蒸馏特征与优缺点7.1.3 膜蒸馏主要应用领域7.1.4 膜蒸馏处理含碳酸钾废水初步研究7-2 透析 7-2-1 透析的原理 7-2-2 生物肾与人工肾 7-2-3 透析膜的材料 7-2-4 透析的应用 7-3电渗析 7-3-1 电渗析的基本原理 7-3-2 离子交换膜 7-3-3 电渗析的应用 7-3-4 电渗析未来发展前景,第7章 其它膜过程,7.1 膜蒸馏,膜蒸馏(Membrane Distillation)技术是膜技术与蒸发过程相结合的新型膜分离技术，是以膜两侧不同温度溶液蒸汽压力差为推动力的分离过程。采用疏水性微孔膜把温

2、度不同的两种溶液隔开，当热侧溶液的蒸汽压高于冷侧，水蒸汽会透过膜而在冷侧冷凝。这样热侧溶液浓度会不断提高，而冷侧得到纯净的冷凝液；如果溶质是易结晶物质，则可把溶液浓缩到饱和浓度而实现结晶。,此过程几乎是在常压下进行，热侧溶液温度仅在7080以下。它与温度很高的传统蒸发过程相比，需加热的温度很低；与反渗透膜技术相比，压力又极低。可见膜蒸馏技术，可避免传统蒸发的高温与反渗透所需的高压，这些都决定了此项新分离技术的优越性与生命力。,7.1.1 膜蒸馏技术原理与操作方式,膜蒸馏提出于1967年，20世纪80年代开始发展，至今已在不少领域取得可喜的研究成果，尤其在水溶液分离中更具有优越性，特别是近年来适

3、合蒸馏用的疏水膜的研制成功，使膜蒸馏过程的开发和应用得到了进一步发展，被认为是一种节能、高效的分离技术，为缓解能源紧张提供了简单有效的技术方法。膜蒸馏所用的膜为不被待处理溶液润湿的疏水微孔膜，孔径一般在0.20.4微米之间，主要有聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯和聚乙烯四种。,膜蒸馏过程及其原理,膜的一侧与热的待处理溶液直接接触(称为热侧)，另一侧直接或间接地与冷的水溶液接触(称为冷侧)，热侧溶液中易挥发的组分在膜面处汽化通过膜进入冷侧并被冷凝成液相，其他组分则被疏水膜阻挡在热侧，从而实现混合物分离或提纯的目的。膜蒸馏是热量和质量同时传递的过程，传质的推动力为膜两侧透过组分的蒸汽压差。实现膜蒸馏

4、必需要有两个条件：（1）膜蒸馏必需是疏水微孔膜；（2）膜两侧要有一定的温度差存在，以提供传质所需的推动力。膜蒸馏组件由疏水微孔膜分隔开的两个半侧(即进料侧和透过侧)组成，料液流经进料侧直接与膜接触，根据膜下游侧冷凝方式不同，可分为四种不同结构和不同操作方式：直接接触膜蒸馏、气隙式膜蒸馏、吹扫气膜蒸馏和真空减压膜蒸馏。,（a）直接接触膜蒸馏(b)真空减压膜蒸馏图7-1 膜蒸馏技术原理图,膜蒸馏过程及其原理,7.1.2 膜蒸馏特征与优缺点,1.“膜蒸馏”过程具有以下特征：（1）膜应为多孔的；（2）膜应不被所处理的液体所浸润(疏水膜)；（3）膜的孔隙中不应有毛细冷凝(Capillary Conden

5、sation)现象发生；（4）所用膜不能改变处理液各组份的汽-液平衡；（5）膜至少有一侧与所处理液体直接接触；（6）对每一种组份而言，此种膜过程的推动力为该组份在汽相中的分压差；（7）“膜蒸馏”与传统的蒸馏都以汽-液平衡为分离的基础，它们都需要提供汽化潜热以实现特征相变。,2 膜蒸馏的主要优点,膜蒸馏是一种各国正在研究的、相对新的分离过程。比起别的传统分离过程，如蒸馏和反渗透，其成本低且节能。与其它较常用的分离过程相比，MD的优点如下：（1）比传统的蒸馏操作温度低，比传统膜分离过程的操作压力更低。膜蒸馏过程几乎是在常压下进行，可避免蒸发浓缩时加热到溶液沸点以上的高温操作条件，又可避免反渗透技术

6、中的高压。是一种常压、低温、设备简单、操作方便的新颖膜分离技术。(2)理论上能100%地分离离子、大分子、胶体、细胞和其它非挥发性物；对膜的机械性能要求较低。,(3)减少了膜与处理液体之间的化学反应。MD另一优于RO、UF和MF之处是膜在实际分离中所起作用最低。在MD中，膜只作为汽-液相界而的支撑，并不区分溶液化学成份，也不是起筛子的作用。因而，MD膜可以用耐化学品纤维作成，如可用聚四氟乙烯(PTFE)，聚丙烯(PP)和聚偏氟乙烯(PVDF)。进而，MD中的膜淤塞问题较小，因为其孔相对大于RO或UF中的孔或扩散通路，不易堵塞。常用的4种疏水性高分子微滤膜聚四氟乙烯（PTFE）、聚偏氟乙烯（PV

7、DF）、聚丙烯（PP）和聚乙烯（PE）等国内有生产，并可购到膜与膜组件。(4)膜蒸馏过程中，只有水蒸汽能透过膜孔，蒸馏液纯净，不仅能得到达标排放的清水，而且由于其电导率和总固溶物质量分数很低，可成为大规模、低成本制备超纯水的有效手段。,(5)可以处理浓度极高的水溶液，如果溶质是容易结晶的物质，可以把溶液浓缩到过饱和状态而出现结晶，是目前唯一能从溶液中直接分离出结晶产物的膜过程。(6)与传统蒸馏过程相比，蒸汽空间减小。在MD中，传统蒸馏塔所要求的大的气体空间被微孔膜的孔体积取代，膜厚约为100um。传统蒸馏要求有高的气速以提供完全的汽-液接触，而MD则采用憎水微孔膜作为汽-液相界面。因而，MD过

8、程所需设备更小，即可减少占地面积。,3 膜蒸馏的弱点,MD也有一些局限，如：待处理的溶液必须是水溶液，且必须有足够稀度以防浸润憎水微孔膜。这限制了MD，仅能用于脱盐(目前主要采用RO)、从废水中除去痕量、挥发的有机化合物、浓缩离子、胶体、或其它相对不挥发的水溶液。（1）膜蒸馏是一个有相变的膜过程，汽化潜热降低了热能的利用率，所以在组件的设计上必需考虑到潜热的回收，以尽可能减少热能的损耗，与其他膜过程相比，膜蒸馏在有廉价能源可利用的情况下才具有实用意义。（2）膜蒸馏与制备纯水的其他膜过程相比通量较小，所以目前尚未实现在工业生产中应用，如何提高膜蒸馏的通量也就成为一个重要的研究课题。（3）膜蒸馏采

9、用疏水微孔膜，与亲水膜相比在膜材料和制备工艺的选择方面都十分有限。,7.1.3 膜蒸馏主要应用领域,1.溶液浓缩和回收 由于膜蒸馏可以处理极高浓度水溶液，在化学物质水溶液浓缩方面具有很大潜力。例如对蔗糖糖浆的浓缩，可采用直接接触式膜蒸馏，也可采用渗透膜蒸馏。2.溶液的结晶 膜蒸馏-结晶可以把溶液浓缩到过饱和状态，进而析出结晶，这是反渗透无法比拟的。3.废水处理 和其它膜分离过程一样，膜蒸馏是环境友好的分离技术，在工业废水处理方面具有很好的应用前景。,美内华达大学开发太阳能驱动膜蒸馏系统用于咸水淡化,7.1.4 膜蒸馏处理含碳酸钾废水初步研究,碳酸钾是重要的基本无机原料之一，在生产光学玻璃、电焊

10、条、电子管、电视机显像管玻壳、印染、橡胶、油墨、医药、化肥合成气脱碳、陶瓷、洗涤助剂和食品等领域有广泛用途。在多种工业和化工生产中，排放大量含碳酸钾的有害废液。若直接排放，将对周围的土壤、水质造成严重污染，并造成极大浪费。例如，石油炼制过程中产生的副产品石油焦，含炭极高(高达85%95%)，芳香度大，灰分低，是生产活性炭的优质原料。用石油焦制备活性炭工艺中产生的废水，含有15%20%的碳酸钾。采用膜蒸馏技术将含碳酸钾的有害废液进行综合治理，既能回收碳酸钾，又能获得达标排放的清水，其应用前景和经济效益显著。,1 膜蒸馏实验,膜蒸馏浓缩结晶含碳酸钾废水实验，在四川大学的四川省过滤与分离重点实验室进

11、行。实验目的是探索膜蒸馏技术提浓与结晶碳酸钾溶液的可行性。实验用膜为宁波大学提供的聚四氟乙烯疏水微滤膜。实验用含碳酸钾废水为四川成都六菱化工厂提供的以石油焦为原料制备活性炭新工艺中产生的含15%20%的碳酸钾废水。实验采用自制板式直接接触式膜蒸馏器和真空减压式膜蒸馏器，其中自制板式直接接触膜蒸馏器结构示意图如图所示。,自制板式直接接触膜蒸馏器示意图,实验装置与流程,直接接触式膜蒸馏试验装置与流程如图所示。储液罐中的碳酸钾废水进入加热罐，通过泵打入板式膜蒸馏组件；与此同时，冷却水罐中的冷却水也通过泵打入膜组件的另一侧，在膜两侧溶液蒸汽压力差的推动下，水蒸汽透过膜而在冷侧冷凝，使碳酸钾废水得到浓缩

12、结晶。,直接接触式膜蒸馏试验装置流程图,表 膜蒸馏的处理能力及温度数据,结果与讨论,结果与讨论,分析表中数据可知，热液温度对蒸发通量影响较大，经回归分析可知，随温度增加，蒸发通量呈指数形式增加，其关系如图所示。在热液温度6080 范围内，蒸发强度为510L/m2h。,热液温度与蒸发体积的关系,实验装置与流程,实验用真空减压方式浓缩结晶碳酸钾溶液装置与工艺流程如图所示。碳酸钾废水由储液罐进入加热罐，通过泵打入膜蒸馏组件的一侧；膜的另一侧接有冷凝器和气液分离器，气液分离器与真空泵相连，通过真空压力表控制真空度。,真空减压式膜蒸馏工艺流程图,真空减压膜蒸馏试验结果,当原料液加热温度为4570,真空度

13、0.07 MPa,连续操作16小时后，浓缩溶液中开始出现结晶。晶体的显微照片如图所示。由图可见，结晶效果较好，实现了膜蒸馏浓缩结晶碳酸钾的过程。,K2CO3晶体的显微照片,结论与展望,(1)本研究首次实现了膜蒸馏浓缩结晶碳酸钾废水溶液，不但回收了重要的化工原料碳酸钾，废水溶液得以达标排放，既利用了资源又有利于环保，而且因透过液纯净度高，还可成为低成本制备纯净水、超纯水的有效方法。(2)膜蒸馏技术用于浓缩结晶过程，目前尚处于试验研究阶段。实验获得的结晶粗大，效果良好，具有工业应用的可行性。(3)在温度60 80 范围内，其蒸发强度为510L/m2h。为达到工业应用要求，必须进一步提高蒸发强度。其

14、措施可以为：改进疏水膜结构，以提高其开孔率和透过量，或者对高孔隙率膜进行疏水性改性，使之适合膜蒸馏过程。消除膜器内的浓差极化和温差极化，减小膜污染，如在膜组件中增设溶液搅拌机构等。,(4)膜蒸馏是一项开发中的新型膜分离技术。与传统蒸馏相比，它不需复杂的蒸馏系统，且能得到更纯净的馏出液；与一般的蒸发过程比，它的单位体积的蒸发面积大；与反渗透比较，它对设备的要求低且受过程中溶液浓度变化的影响小。而且，膜蒸馏过程能在常压和几乎常温下操作，能利用工业余热、地热、太阳能等廉价能源。因此，进一步深入研究膜蒸馏技术处理含碳酸钾废水溶液，促使其实现产业化，拓宽碳酸钾的原料来源，对于今后我国碳酸钾工业的发展以及

15、环保和资源再利用等都具有重要意义。,7-2 透析,7-2-1 透析的原理 7-2-2 生物肾与人工肾 7-2-3 透析膜的材料 7-2-4 透析的应用,7-2-1 透析的原理,借助膜的扩散使各种溶质得以分离的膜过程称为透析(或渗析)。它是一种最原始的膜过程，1871年由TGraham为分离胶体与低分子溶质所采用。最早用于透析的膜主要是羊皮纸、赛璐玢及火棉胶膜等。,透析的原理,透析过程的简单原理如图所示，即中间以膜(虚线)相隔，A侧通原液，B侧通溶剂。如此，溶质由A侧根据扩散原理，而溶剂(水)由B侧根据渗透原理相互进行移动，一般低分子比高分子扩散得快。,透析的目的就是借助这种扩散速度的差，使A侧

16、二组分以上的溶质得以分离。不过这里所说的不是溶剂和溶质的分离(浓缩)，而是溶质之间的分离。浓度差（化学位)是这种分离过程的唯一推动力。透析膜也是半透膜的一种，它是根据溶质分子的大小和化学性质的不同而具有不同透过速度的选择性透过膜，通常用于分离水溶液中的溶质。,透析膜的主要应用目标是模拟人体肾脏进行血液的透析分离。膜的截留机理是由于水的膨润作用使寄留于构成膜的高分子链间的水分子以各种状态(化合水、游离水等)存在，因而具有“孔眼”的功能。根据这种孔眼的大小，透析膜将按溶质分子的大小显示出分级筛分的多孔膜特征。从宏观角度来看，透析膜的表征一般包括透过性（溶质透过性和透水性）、机械强度、生物适应性、溶

17、出物的有无及灭菌的难易等。目前，各种透析膜组件和人工肾等均已商品化，国内外市场上都有出售。,7-2-2 生物肾与人工肾,一个健康人有左右两个肾，其中大约有200万个肾小球，它们每天约过滤180升的血浆，其中99%被肾小管再吸收。血浆里的K+，H+，NH4+等的盐类、酚、对胺基马尿酸，青霉素及四乙铵等对人体无用的有机物将从肾小管分泌出来，以尿的形式排出体外。再吸收主要是靠生物膜特有的主动传递进行的，其消耗的能量比较多，几乎占生物所消耗的总氧量的8%。,细胞成分(45%)白血球,红血球,血小板,有机物 脂 质(1)：卵磷脂，胆固醇等,蛋白质(7%)：纤维素原，白蛋白，球蛋白,糖 质(0.1%)：葡

18、萄糖等,血浆(55%),废物：尿素，肌酸内酰胺，尿酸等,血液,无机盐类(0.9%)：Na+，K+，Ca2+，Mg2+，Cl-，HCO3-等,水(91%),生物肾的主要功用,1)调节水、电解质如水分、Na+、K+、Ca2+、Mg2+、C1-、H2PO4-、酸碱平衡(HCO3-，PH)，渗透压等；2)排出蛋白质代谢产物（如尿素、肌酸内酰胺，尿酸等）；3)排出药物；4)调节血压；5)调节红血球数；7)活化维生素D等。当肾功能衰减或丧失时，由于代谢产物无法排出体外，造成血液成分比例失调，将使病人患尿毒症，严重时会危及生命此时必须用人工肾进行援救。,分泌,血液透析(例如人工肾进行的血液净化法)是一种被动

19、传递过程，对溶质来说是以浓度差，对水来说以压力差为推动力进行的传递。,3.15晚会：碱性水无益健康 过度饮用对人体有害,7-2-3 透析膜的材料,迄今，适于做血液透析和过滤用膜的高分子材料有许多种，其中有一些已经商品化。表7-2为根据聚合物型式分类的透析膜材料。在这些聚合物中包括由疏水性的聚丙烯腈、聚酰胺及聚甲基丙烯酸甲酯到亲水性的纤维素、聚乙烯及聚乙烯醇等多种多样。,表7-2,据医药网2010年1月18日讯1月7日，在国家药监局医疗器械准产批件发布通知中，成都欧赛医疗器械有限公司“高通量聚醚砜中空纤维膜血液透析器”获颁“准06-0496”号批件。由成都欧赛和四川大学共同研发的“OCI聚醚砜中

20、空纤维膜血液透析器”作为2006年立项的国家级创新基金项目，于2006年3月26日由中国科学院院士、淅江大学材料与化学工程学院高分子化学家沈家骢教授等8位专家组成的专家委员会进行了科技成果鉴定，并认为将聚醚砜高分子材料用于医疗器械在国内乃至国外尚属首次，该项目达到国内领先、国际同类技术水平。充分肯定了项目的市场发展前景及所带来的降低医疗成本等社会效益。成都欧赛专业生产包括治疗用聚醚砜中空纤维膜血液滤过器、治疗用聚醚砜中空纤维膜血液透析器，人工炭肾以及相关的医疗器械产品。产品从纺制生产中空纤维膜到组装灌封和检测产品，各生产工序均由公司独立完成自主生产。2009年3月，公司获得一次性使用高通量聚醚

21、砜中空纤维膜血液透析器的产品注册证。,欧赛获高通量中空纤维膜血液透析器批件,7-2-4 透析的应用,目前透析最主要的用途是血液透析。在血液透析中，膜用做肾功能衰竭患者的人工肾。透析膜能完全替代肾，以除去有毒的低分子量组分，如尿素、肌酸酐、磷酸盐和尿酸。该过程中血液被泵激通过透析器。所用透析器一般为由以上所提到的某种材料制成的中空纤维膜器。对膜材料的最主要的要求就是血液相容性。在进入膜器之前，血液中需加入一种抗凝剂，即肝素。除了有毒组分外，无毒的十分重要的低分子量溶质也会扩散通过膜，例如纯水为第二相，则钠、钾等电解质就会以这种方式扩散。由于电解质平衡是非常重要的，所以使用生理盐水作为透析液，这样

22、就不存在这些离子传递的推动力。,多孔膜也用于从血液中除去代谢废物。该过程称为血液过滤，它采用的是超滤膜。血液透析和血液过滤二者存在着本质差别，前者是基于扩散而后者是基于对流。由于血液过滤的流动速度很高，所以必须十分小心以防止患者脱水。其他的较重要的应用包括在粘胶生产中从胶质半纤维素中回收苛性钠及从啤酒中除去醇。此外还可用于生物及制药行业中生物产品的脱盐和分镏脱盐。,表7-3 透析小结,威海威高集团研制出新的透析器,7-3电渗析,7-3-1 电渗析的基本原理 7-3-2 离子交换膜 7-3-3 电渗析的应用 7-3-4 电渗析未来发展前景,7-3-1 电渗析的基本原理,电渗析是膜分离技术的一种，

23、它是在直流电场的作用下以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过性，把电解质从溶液中分离出来，从而实现溶液的淡化、浓缩、精制或纯化的目的。离子交换膜(ion exchange membrane)是电渗析器的主要部件，有“电渗析的心脏”之称。它是一种由高分子材料制成的具有离子交换基团的薄膜。在这里，离子交换膜的作用并不是起离子交换的作用，而是起着离子选择透过的作用，所以更确切地说应称之为“离子选择性透过膜”。,对电渗析基本概念的研究是从19世纪50年代开始的，1854年Graham发现了渗析现象；而电渗析技术是20世纪50年代发展起来的一项水处理新技术。由于其操作简便，运行可靠，效率高，占地面积

24、小，适合于规模不等的工业水处理。,7-3-2 离子交换膜,在直流电场的作用下，以电位差为动力，离子透过选择性离子交换膜而迁移，从而使电解质离子自溶液中部分分离出来的过程称为电渗析膜技术。电渗析膜技术的关键是要采用离子交换膜，它是具有离子交换基团的网状立体结构的高分子膜，离子可以选择性地透过膜。1.电渗析的基本原理 2.离子交换膜的分离原理,1.电渗析的基本原理,接通直流电源后，在直流电场的作用下，中间隔室中的阳离子就不断穿过阳膜迁移到阴极室，阴离子则不断穿过阴膜迁移到阳极室。由于离于交换膜对通过的离子具有选择性，因此阳极室中的阳离子不能通过阴膜向阴极室迁移；同样，阴极室中的阳离子也不能通过阳膜

25、向阳极室迁移。结果使中间隔室内溶液中离子的含量越来越少，最后可得到符合要求的淡水，,一般称该室为脱盐室（或淡水室）；而在两端极室中，由于离子的迁入，浓度逐渐升高为浓水，一般称该室为浓缩室(或浓水室)。,图7-12,电渗析除盐应具备两个基本条件：,(a)直流电场的作用，水中离子是带电的，在直流电场中阴、阳离子作定向迁移，阴离子移向阳极，阳离子移向阴极；(b)具有选择透过性的离子交换膜，阴膜只允许水中阴离子通过而阻挡阳离子，相反阳膜则只允许阳离子通过而阻挡阴离子，从而达到使溶液中的离子做反离子迁移。,2.离子交换膜的分离原理,离子交换膜是一种由高分子材料制成的具有离子交换基团的薄膜。其所以具有选择

26、透过性，主要是由于膜上孔隙和膜上离子基团的作用。膜上孔隙的作用是，在膜的高分子键之间有一足够大的孔隙，以容纳离子的进出和通过。这一些孔隙从正面看是直径为几十埃(A)到几百埃(A)的微孔，从膜侧面看，是一根根曲曲弯弯的通道。由于通道是迂回曲折的，所以其长度要比膜的厚度大得多。这就是离子通过膜的大门和通道，水中离子就是在这一些迂回曲折的通道中作电迁移运动，由膜的一侧进入另一侧。,图7-14,膜上离子基团的作用是，在膜的高分子链上，连接着一些可以发生解离作用的活性基团。凡是在高分子链上连接的是酸性活性基团(例如-SO3H)的膜，称之为阳膜；凡是在高分子链上连接的是碱性活性基团例如-N(CH)3OH的

27、膜，称之为阴膜。,图7-14,离子交换膜的作用并不是起离子交换作用，而是起离子选择透过的作用。所以更确切地说，应称之为“离子选择性透过膜”。在电渗析过程中，能量主要消耗于克服电流通过时所受阻力和电极反应两方面。电极反应虽然不能产生淡水，但为使电流不断通过电渗析器，电极反应是不可免的。为了降低这部分反应所消耗的能量，在实际应用中可采用装有成百对阴、阳离子交换膜的多层式电渗析器。,离子交换膜,离子交换膜又称离子选择性透过膜或半透膜它是电渗析装置的关键部件。所以，膜的科学技术的发展对电渗析技术的发展具有决定意义。1离子交换膜的组成2离子交换膜的分类 3离子交换膜的性能要求,1离子交换膜的组成,离子交

28、换膜是一种含有活性离子交换基团的高分子薄膜。从结构上分析，其化学组成与离子交换树脂基本相同，组成大致为：,活动部分 唐纳渗透离子 溶剂（如水）增强材料(保证膜的强度和尺寸稳定性),固定部分 离子交换基团（固定荷电基团）,高分子骨架结构（基膜）,离子交换膜,膜的主体,反离子,典型的黏合剂是具有热塑性的高分子聚合物，通常是线性的聚烯烃及其衍生物，如高压聚乙烯、聚丙烯等；也可用可溶于溶剂的聚合物，如聚氯乙烯、过氯乙烯、聚乙烯醇等。黏合剂的主要作用是使离子交换树脂或交换剂均匀地分散在其中，以便于加工成型。常用的增柔剂是天然橡胶和合成橡胶，增柔剂的作用是增加膜的柔韧性以及便于加工成型。在制膜过程中也加入

29、少量润滑剂，如硬脂酸钙，能同时起到稳定剂和脱膜剂的作用。抗氧化剂是为了防止黏合剂或增柔剂在混炼时被氧化破坏。添加引发剂的作用是使制膜过程中的某些化学反应更容易进行，常用的引发剂是过氧化苯甲酰。,2离子交换膜的分类,1）按膜体宏观结构分类 2）按膜机能分类 3）按材料性质分类,1）按膜体宏观结构分类,（1）非匀相(异相)离子交换膜 通常是指由离子交换树脂的细粉末和起粘合作用的高分子材料经加工制成的离子交换膜。（2）均相离子交换膜 均相离子交换膜是由具有离子交换基团的高分子材料直接制成的连续膜，或是在高分子膜基上直接接上活性基团而成的。（3）半均相离子交换膜 这种膜中成膜的高分子材料与离子交换基团

30、组合得十分均匀，但它们之间并没有形成化学结合；由于它的外观、结构和性能都介于异相膜和均相膜之间，所以称为半均相膜。,2）按膜机能分类,（1）阳离子交换膜 简称阳膜，膜体中含有带负电的酸性活性基团，因此它能选择透过阳离子，而阴离子不能透过。（2）阴离子交换膜 简称阴膜，膜体中含有带正电的酸性活性基团，因此它能选择透过阴离子，而阳离子不能透过。（3）特种膜,（3）特种膜,近年来，为了适应各种特殊需要发展了许多特种膜，如正、负离子活性基团在一张膜内均匀分布的两性离子交换膜(两性膜)；带正电荷的膜与带负电荷的膜两张贴在一起的复合离子交换膜(也叫双极膜)；部分正电荷与部分负电荷并列存在于膜的厚度方向上的

31、镶嵌离子交换膜；在阳膜或阴膜表面上再涂上一层阳离子或阴离子交换膜的表面涂层膜；作为电解槽隔膜的多孔膜；螯合离子交换膜；抗氧化膜；抗污染膜。此外，还有耐酸碱型的离子交换膜，如各种含氟材料离子交换膜，具有耐无机强酸的腐蚀、耐氧化、耐高温、机械强度大等特点。这些膜大都处于研究阶段，现在电渗析中起作用的还是阴、阳离子交换膜。,3）按材料性质分类,（1）有机离子交换膜 各种高分子材料合成的膜，如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚砜、聚醚以及含氟高聚物离子交换膜等均属此类。目前使用最多的磺酸型阳离子交换膜和季铵型阴离子交换膜都属于这类膜。（2）无机离子交换膜 无机离子交换膜则具有耐高温、抗氧化、抗放射线、抗化学

32、腐蚀以及抗有机污染等优异性能，从而被用做燃料电池隔膜。无机离子交换膜是用无机材料制成的，常用的离子交换剂有磷酸锆、矾酸盐等。无机离子交换膜是在特殊场合使用的新型膜。,3离子交换膜的性能要求,7-3-3 电渗析的应用,渗析技术是新兴的膜法分离工程技术之一，受到日本及欧美的充分重视，属当代高新技术的范畴。在世界范围内，除在水处理行业已经成熟应用外，在食品、医药等工业领域中也日益发展并建立起了电渗析膜工艺。目前，电渗析技术已发展成一个大规模的化工单元过程，在膜分离领域中占有重要地位；广泛用于苦咸水脱盐，并已在某些地区成为饮用水的主要生产方法。随着具有高选择性、低电阻、热稳定性、化学稳定性和机械性能较

33、好的新型离子交换膜的出现，电渗析在食品、医药和化工领域将具有更广阔的应用前景。,电渗析膜技术的用途主要包括：,1把溶液中部分电解质离子转移到另一溶液系统中去，并使其浓度增高，或参加反应等，如从海水中制取氯化钠；2从有机溶剂中去除电解质离子，如乳清脱盐、氨基酸提纯等；3电解质溶液中，同电性但具有不同电荷的离子的分离，如从海水提取一价盐等。,表74离子交换膜的广泛用途,我国对电渗析技术的研究始于1958年，并已广泛用于工业用水的脱盐，目前在苦咸水淡化中的应用发展也很快，海水淡化也有成功应用，在废水回收处理和化工过程中的浓缩、提纯、分离、精制等方面已不断地得到开发，取得了十分可观的经济效益与社会效益

34、。现在生产的各种规格的电渗析器均为紧固型的。电渗析器一般有立式和卧式两种组装形式。基本形成了具有我国特色的科研、设计、生产制造和推广应用的综合体系，电渗析器和离子交换膜的产量，电渗析器的使用等在世界上名列前矛。,山东东岳集团氯碱工业专用离子膜产业化装置试车成功,滨化集团自主研发膜法脱硝,邢矿集团氢氧化钾、三氯氢硅项目,针对我国大型湿法磷酸装置及主要设备、材料多从国外引进，造成建设成本高、生产成本高、消耗高的现状，瓮福以技术中心和博士后工作站为主要技术创新平台，与我国在磷化工技术研发方面处于领先地位四川大学联合，整合社会优势技术资源与人才资源，开展了行业关键性、前瞻性和共性技术开发及工业化应用研

35、究。通过对湿法磷酸技术及装备进行消化吸收，成功研制磷酸快速萃取结晶技术（国家技术创新计划项目），基本未花投资即实现磷酸扩能30%，大幅度降低了磷酸生产成本，年增销售收入2.6亿元、利润5000万元。该技术在引进装置上的创新应用方面，使我国湿法酸磷酸萃取工艺技术达到世界先进水平；利用这一技术，瓮福建成一套30万吨/年磷酸装置，并扩能至40万吨/年，设备国产化率达99.22%。该技术经推广后，在全国范围,7-3-4 电渗析的未来发展前景,1电渗析的应用现状及发展前景目前，电渗析以其能耗低、无污染等明显优势而越来越被广泛地应用于食品、医药、化工、工业及城市废水处理等领域，虽然大多数还处于实验室规模，但这些方面的研究进展很快。近年来，使用双极膜的电渗析过程和扩散渗析及Donnan渗析的发展又将电渗析引入了一个崭新的应用领域。,7-5 电渗析应用现状及前景,7-6 电渗析应用现状及前景(续2),7-6 电渗析应用现状及前景(续3),2电渗析过程及离子交换膜的研究方向,表7-6 电渗析优先研究的课题,注：重要性以10分为满分。,