膜与膜过程第一序论剖析.pptVIP

1.5膜过程简介1.反渗透（Reverse Osmosis) 半透膜：能够让溶液中一种或几种组分通过而其他组分不能通过的选择性膜。 渗透：当用半透膜隔开纯溶剂和溶液时，纯溶剂通过膜向溶液相有一个自发的流动，这一现象称为渗透。 渗透压：若在溶液一侧加压（外压力或重力）以阻止溶剂的流动，则渗透速度将下降，当压力增加到使渗透完全停止，则达到了渗透平衡，这一平衡压力称为渗透压。 反渗透：若在溶液一侧进一步增加压力，引起溶液中的溶剂反向渗透流动，这一过程通常叫反（逆）渗透（Reverse Osmosis）。 反渗透的历史 1748年Abbe Nollet发现渗透现象。 Vant Hoff建立了稀溶液的完整理论。 J.W.Gibbs提供了认识渗透压及它与其他热力学性质关系的理论。 1953年，C.E.Raid建议美国内务部，把反渗透的研究纳入国家计划。 1960年S.Loab和S.Sourirajan制得世界上第一张高脱盐率、高通量的不对称乙酸纤维素（CA）反渗透膜。 1970年美国Du Pont公司推出由芳香聚酰胺中空纤维制成的”Permasep”B-9渗透器，主要用于苦咸水淡化。卷式反渗透膜元件由UOP公司成功推出。 1980年Film Tec公司推出性能优异、实用的FT-30复合膜。80年代末高脱盐率的全芳香族聚酰胺复合膜工业化。90年代超低压高脱盐率的全芳香族聚酰胺复合膜开发进入市场。 反渗透复合膜 国外发展概况 世界各国高度重视反渗透复合膜的研究开发 1980年，实现商品化生产； 标致性专利：4，277，344 美国：Dow、Hydranautics、GE、Trisep 日本：日东电工、东丽 膜品种：海水、苦咸水、自来水、低压和超低压、抗污染等 我国研究开发现状 国家重视：863计划、973计划、科技攻关项目 近二十年的研究开发 在膜与膜材料、膜和元件制备技术、产业化生产等方面取得了一批成果 建成了两条反渗透复合膜生产线，实现了产业化生产 差距：膜品种单一、性能偏低 反渗透的特点：将水（溶剂）与离子（小分子）分离的膜过程。高效节能，过程无相变，一般不需加热，工艺简单，操作方便，应用广泛。 应用：苦咸水和海水的淡化，纯水和超纯水的制备，工业用水的处理，饮用水净化，医药、食品、化工等工业料液处理和浓缩，以及废水处理等。 2001年世界上海水淡化装置的产水量超过2.0×107m3/d，达到相当于4000万~8000万人生活用水的规模。其中蒸馏法产水量占77%，反渗透法产水量占22%. Global trend of new RO membrane and system in seawater desalination 2.纳滤（Nanofiltration) 纳滤是介于超滤和反渗透之间的一种压力驱动型新型膜分离过程，是当今膜分离技术研究与开发的热点之一。 纳滤的研究可追溯到20世纪70年代J.E.Cadotte对N系列膜的开发。也称为”疏松型反渗透膜（Loose Reverse Osmosis Membrane）。 特点：①具有纳米级的孔径，对有机物的相对分子截留范围（MWCO）为200~2000；②膜表面一般带电荷，对不同价态的离子具有不同的选择透过性，对二价和高价离子具有较高的截留率，而对一价离子的截留率不高；③操作压力低，一般低于1.0MPa. 应用：由于纳滤膜在分离和去除离子以及分子量相对较低的有机物方面具有独特的特点，因此与反渗透相比，纳滤膜更适于水的净化和软化、生化工程下游产品的分离精制以及中草药的二次开发等。 3.超滤（Ultrafiltration，UF） 超滤是一种从溶液中分离大粒子溶质的膜分离过程。超滤膜具有选择透过性的特点。 超滤过程：在一定压力（0.1~0.6MPa）作用下，料液中含有的溶剂及各种小的溶质从高压料液侧透过超滤膜到达低压侧，从而得到透过液或称为超滤液，而尺寸比膜孔增加的溶质分子被膜截留成为浓缩液。 特点：①与RO、NF相及MF相似，属于压力驱动离过程；②超滤膜的分离范围为相对分子质量500~500,000 Dalton的大分子物质和胶体物质，相对应料子的直径为0.002~0.1μm；③其分离机理一般认为是机械筛分原理；④无相变，能耗低，约为蒸发法或冷冻法的1/2~1/3，可在常温下操作，适合热敏性物系的分离； ⑤操作压力低。 用途：料液澄清、溶质的截留浓缩以及溶质之间的分离。 4.微滤（Microfiltration，MF） 微滤是以静压差为推动力，利用膜的“筛分”作用进行分离的膜分离过程。 微孔滤膜具有比较整齐、均匀的多孔结构。每平方厘米和微孔数为107~1011个。用相转化法制得的高聚物微滤膜，孔隙率可达70% 。 被分离粒子的直径范围为0.08~10μm。 5.渗透汽化（Pervapo