华南理工环境科学课件第十六章 膜分离.ppt

* * *  * 海水和苦咸水的脱盐 锅炉给水和纯水制备 废水处理与再生 有用物质的分离和浓缩等 * * * 照相洗印废水的处理： 底片冲洗水中含硫代硫酸钠约5g/L，经反渗透处理，处理水中仅含24mg/L，浓缩液中达33.2g/L 采用CA膜，操作压力为2.8MPa，水回收率为90％，总盐去除率为94％。 造纸废水的处理： 去除BOD70％～80％，COD85％～90％，色度96％～98％，Ca 96％～97％，水回用率80％。 * 超滤 应用孔径为10-200?的超过滤膜 过滤含有大分子或微细离子的溶液 微滤 应用孔径为0.02-10μm的多孔膜 气体膜分离 利用气体组分在膜内溶解和扩散性能 (即渗透速率)的不同来实现分离 渗透汽化(渗透蒸发) 利用膜对液体混合物中组分的溶解和扩散性能的不同来实现其分离 * * 过程 孔径 推动力 传递机制 微滤 0.02~10μm 压力差~105Pa 筛分 纳滤 0.001~0.02μm 相对分子质量103~106 压力差105~106Pa 筛分 纳滤 1nm 相对分子量200~1000 压力差5×105~1.5×106Pa 溶解扩散 Donnan效应 反渗透 0.1~1nm 压力差105~107Pa 溶解优先吸附、毛细管流动、 渗析 1~3nm 压力差106~107Pa 筛分，扩散 电渗析 相对分子质量200 电位差 反离子迁移 渗透蒸发 无孔 分压差、浓度差 溶解-扩散 * 主要介绍电渗析和反渗透 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 第一节：电渗析 第二节：反渗透 其它膜分离法 * 利用特殊的薄膜对液体中的某些成分进行选择性透过。 渗透：溶剂透过膜的过程 渗析：溶质透过膜的过程 * 分离过程不发生相变，能量转化的效率高。 分离常温下进行 特别适于对热敏性物料，如对果汁、酶、药物等的分离、分级和浓缩。 装置简单，操作容易，易控制、维修，分离效率高。 占地面积小、适用范围广、处理效率高。 * * 在直流电场的作用下，利用阴、阳离子交换膜对溶液中阴、阳离子的选择透过性，使溶液中的溶质与水分离的一种物理化学过程 阳膜只允许阳离子通过 阴膜只允许阴离子通过 * 膜体中带有带负电荷的阳离子交换基团 常见基团： 磺酸基(－SO3H) 磷酸基(－PO3H2) 膦酸基(－OPO3H) 羧酸基(－COOH) 酚基(－C6H4OH） 选择性透过阳离子而不让阴离子透过 * 膜体中含有带正电荷的碱性活性基团 碱性活性基团 季胺基[－N(CH3)2OH] 伯胺基(－NH2) 仲胺基(－NHR) 叔胺基(－NR2) 选择性透过阴离子而不让阳离子透过。 * 淡水室 浓水室 电渗析主要过程： 离解：废水中的电解质在直流电场的作用下产生阴、阳离子； 离子迁移 极室内发生电极反应 阳极：氧化反应 阴极：还原反应 * 反离子的迁移：少量阴离子透过阳膜，阳离子透过阴膜 电解质浓差扩散：由于膜两侧溶液浓度不同，在浓度差作用下，电解质由浓室向淡室扩散 水的渗透：由于浓、淡水室存在浓度差，在水的渗透压作用下，水由淡水室向浓水室渗透 水的电渗透：溶液中离子实际上都是以水合离子形式存在，在其电迁移过程中必然携带一定数量的水分子迁移 水的压渗：当浓室和淡室存在着压力差时，溶液由压力高的一侧向压力低的一侧渗漏 水的电离：膜淡水侧发生电离，生成H+和OH-离子 * 离子交换膜 隔板 电极 夹紧装置 * * 海水淡化制取饮用水和工业用水；海水浓缩制取食盐 与其他单元技术组合制取高纯水。 在废水处理中： 从废水中分离污染物离子 利用复合膜中的极化反应和极室中的电极反应以产生H+和OH-离子，从废水中制取酸和碱。 典型实例： 处理碱法造纸废液，从浓液中回收碱，从淡液中回收木质素 从芒硝废液中制取硫酸和氢氧化钠 从酸洗废液中制取硫酸和沉积重金属离子 从放射性废水中分离放射性元素，然后将其浓缩液掩埋 处理电镀废水和废液 * 渗透 * π：渗透压，Pa； c: 溶质浓度，mol/m3; R：理想气体常数，8.314J/mol K i: 范特霍夫系数，表示溶质的离解状态，其值≥1。当溶质完全离解时，i等于阴、阳离子总数，对非电解质则i=1。 e.g. 温度为25℃时，0.5mol/L的NaCl溶液的渗透压: * 在溶液一侧施加大于渗透压的压力p，则溶液中的水就会透过半透膜，流向淡水一侧，使溶液浓度增加，这种作用称为反渗透。 * 具有不带电荷的亲水性基团的膜 性能： 选择性好，单位膜面积上透水量大 机械强度好 热和化学的稳定性好 结构均匀一致 常见反渗透膜： 醋酸纤维素膜 芳香族聚酰胺膜。 * 乳白或淡黄色含