Chapter 05 膜分离.ppt

College of Chemistry Chemical Engineering,SWPU Chapter 5 膜分离技术 概述 膜分离技术基础 膜材料及制备基础 膜分离技术应用 5.1 Membrane Separation 膜分离包括最简单的滤纸过滤到高选择性的生物膜分离。 膜分离特点 膜的种类、孔径可以根据需要选择 不管流有多强，膜对于阻止大的粒子或分子透过的能力是很强的。 把产物分在两侧，很容易收集样品 节能、环保 5.1 Membrane Separation 膜是什么？ 指在一种流体相内或是在两种流体相之间有一层薄的 5.1 Membrane Separation 5.1 Membrane Separation 5.1 Membrane Separation 5.1 Membrane Separation 有何特性？ 膜传质有选择性，它可以使流体相中的一种或几种物质透过，而不允许其它物质透过。 膜分离过程原理？ 以选择性透膜为分离介质，通过在膜两边施加一个推动力（如浓度差、压力差或电压差等）时，使原料侧组分选择性地透过膜，以达到分离提纯的目的。 5.1 Membrane Separation 膜分离技术的重要性评论： 美国官方文件曾说18世纪电器改变了整个工业进程，而20世纪膜技术将改变整个面貌”，又说“目前没有一种技术，能像膜技术这么广泛地被应用”。 国外有关专家夸大地把膜技术的发展称为“第三次工业革命” 日本则把膜技术作为21世纪的基盘技术进行研究和开发。 5.1 Membrane Separation 膜分离技术的重要性评论： 在1987年日本东京国际膜与膜过程会议上，明确指出“在21世纪多数工业中，膜过程扮演着战略的角色”。 世界著名的化工与膜专家，美国国家工程院院士，北美膜学会会长黎念之博士在 1994年应邀访问我国化工部及所属大学时说：“要想发展化工就必须发展膜技术”。 他也非常赞同国际上流行的说法“谁掌握了膜技术，谁就掌握了化工的未来” 5.1 Membrane Separation 膜分离法的分类： 膜分离法的种类很多，现已应用的膜过程有反渗透、纳滤、超滤、微滤、扩散渗析、电渗析、气体分离、渗透蒸发、控制释放、液膜、膜蒸馏等。 5.1.1 反渗透、纳滤、超滤与微滤 一、反渗透(RO) 反渗透是高新膜分离技术，孔径≤10×10-10(10A)，能去除滤液中的离子范围和分子量很小的有机物。 广泛用于海水淡化、电子、生物、医学工程等。 1、反渗透基本原理 借助于半透膜对溶液中溶质的截留作用，在高于溶液渗透压的压差的推动作用下，使溶剂渗透通过半透膜。 μ＝μ*(T,p)＋RTln(x) 5.1.1 反渗透、纳滤、超滤与微滤 μ为指定T、p下溶液中溶剂的化学位；μ*为指定T、p下溶液中溶剂的化学位；x为溶液中溶剂摩尔分数。 5.1.1 反渗透、纳滤、超滤与微滤 一种只能透过溶剂而不能透过溶质的膜称为半透膜。 当把溶剂和溶液(或两种不同浓度的溶液)分别置于膜两侧时，纯溶剂将自然穿过半透膜而自发地向溶液(或从低浓度溶液向高浓度溶液)一侧流动，这种现象叫做渗透。 若在溶液的液面上施加一个大于π 的压力p时，溶剂将与原来的渗透方向相反，从溶液向溶剂一侧流动，这就是反渗透。 凡基于此原理所进行的浓缩或纯化溶液的分离方法，一般称之为反渗透工艺。 5.1.1 反渗透、纳滤、超滤与微滤 对于多组分体系的稀溶液，可用范特荷夫渗透压公式计算溶液渗透压 5.1.1 反渗透、纳滤、超滤与微滤 2、反渗透基本原理及模型 (1)氢键理论 溶剂透过膜是由于溶剂分子和膜的活化点形成氢键及断开氢键的过程。 在高压作用下，溶液中溶剂分子和膜表皮层活化点缔合，原活化点上的结合溶剂解离出来，解离出来的溶剂分子继续和下一个活化点缔合，解离出下一个结合溶剂。 溶剂分子通过一连串的缔合-解离过程，依次从一个活化点转移到下一个活化点，离开表皮层，进入多孔层。 5.1.1 反渗透、纳滤、超滤与微滤 (2)优先吸附-毛细管流理论 将反渗透膜看作一种微细多孔结构物质，具有选择性吸附溶剂分子而排斥溶质分子的化学特性。 当溶液同膜接触时，膜表面优先吸附溶剂分子，在界面上形成一层不含溶质的纯溶剂分子层，其厚度视界面性质而异，或为单分子层或为多分子层。 在外压作用下，界面溶剂层在膜孔内产生毛细管流连续地透过膜。 5.1.1 反渗透、纳滤、超滤与微滤 多孔膜界面上溶质吸附量与溶液表面张力的关系： 5.1.1 反渗透、纳滤、超滤与微滤 膜表皮层的毛细孔接近或等于纯水层二倍的微孔能获 5.1.1 反渗透、纳滤、超滤与微滤 (3)溶解-扩散机理 认为溶剂与溶质在膜中的溶解，然后在化学位差的推动力下，从膜的一侧向