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第六章 膜分离 (Membrane Separation); 所谓的膜，是指在一种流体相内或是在两种流体相之间有一层薄的凝聚相，它把流体相分隔为互不相通的两部分，并能使这两部分之间产生传质作用，这一凝聚相物质就是膜。 膜的特性： ◆ 不管膜多薄, 它必须有两个界面。这两个界面分别与两侧的流体相接触。 ◆ 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。 ;材质： 天然膜：生物膜（生命膜）与天然物质改性或者再生而制成的膜 合成膜：无机膜或者高分子聚合物?? 结构： 多孔膜（porous membrane）：指每平方厘米含有一千万至一亿个孔，孔隙率占总体积70％～80％，孔径均匀，孔径范围在0.02～20μm之间的分离膜。当膜的孔径大于5nm时称为微孔膜(microporous membrane)；孔径在1～5nm时称细孔膜(fine-pored membrane)，包括超滤膜和反渗透膜。 致密膜：非多孔膜(nonporous membrane)。孔径在0.5～1nm，孔隙率小于10％，厚度为0.1～1.25μm具有透过性的无机物或聚合物膜。膜的孔结构已难于用电子显微镜分辨，只能用气体渗透法和液体渗透法或气体吸附法测定其模型。 功能： 离子交换膜、渗析膜、微孔过滤膜、超过滤膜、反渗透 膜、渗透汽化膜和气体渗透膜。 ;3、膜的结构 根据膜的断面结构及制备过程可分为对称膜、不对成膜和复合膜。 对称膜：亦称各向同性膜(isotropic membrane) ，其化学结构、物理结构在各个方向上是一致的，在所有方向上的孔隙率都相似。膜的各部分具有相同的特性，其孔结构 、不随深度而变化的膜。 不对称膜：指膜的化学结构或物理结构随膜的部位而异，即 各向异性的膜。 复合膜：属于表层与支撑层不为同一材质的不对称膜，也是目前发展最快、研究最多的膜。是以微孔膜或超滤膜作支称层，在其表面覆盖以厚度仅为0.1～0.25μm的致密的均质膜作壁障层构成的分离膜。复合膜的材料包括任何可能的材料结合，如在金属氧化物上覆??陶瓷膜或是在聚砜微孔膜上覆以芳 香聚酰胺薄膜，其平板膜或卷式膜都要用非织造物增强以支撑微孔膜的耐压。 极薄的的表面活性层（选择渗透）+下部的多孔支撑层（传质）; 膜分离过程的效率 常用来表示分离效率的指标有两种： 一、是组分在两相中的浓度之比，常用选择性系数表示； 二、是某组分在经过分离后的两股物流中的分配比例， 常用截留率表示（指溶液经超滤处理后，被膜截留的溶质 量占溶液中该溶质总量的百分率 ） 选择性系数或截留率表示了分离的质的方面。对于 分离的量的方面，一般用通量，即单位时间内单位 分离面积上的流量来表示。在大多数膜分离操作中， 截留率和通量是表征过程的两个最重要指标。 ;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???，以达到分离提纯的目的。通常膜原料侧称为膜上游，透过侧称为膜下游。;5.2 膜分离的推动力;渗透气化：溶液与某种特殊的膜接触后，各组分在通 过膜的同时发生气化，且各组分的透过速 率不同。 气体渗透：利用混合气体中各组分通过膜的速率不同 而使组分分离。 渗析： 在浓度梯度作用下，溶质通过膜进入另一側的 溶液，从而与原溶液分离。 电渗析： 以电位差为推动力，利用离子交换膜的选 择透过性，从溶液中脱除或富集电解质。;微滤、超滤和纳滤;微滤（MF);超滤(UF);超滤所用的膜为非对称性膜,膜孔径为1~ 20nm,能够截留分子量500以上的大分子和胶体微 粒,操作压力一般为0.1~0.5MPa。 常用的膜材料有醋酸纤维、聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺、聚偏氟乙烯等。 超滤广泛用于化工、医药、食品、轻工、机械、电子、环保等工业部门。 超滤技术应用的历史不长,只是近30年才在工业上大规模地应用,但因其具有独特的优点,使之成为当今世界分离技术领域中一种重要的单元操作。;超滤技术的应用;超滤设备;纳滤 纳滤（NF）是介于反渗透和超滤之间的一种压力驱动型膜分离技术，其截留分子量在80～1000的范围内，孔径为几纳米，因此称纳滤。 对于纳滤而言，膜的截留特性是以对标准NaCl、MgSO4、CaCl2溶液的截留率来表??，通常截留率范围在60～90%，相应截留分子量范围在100～1000，故纳滤膜能对小分子有机物等与水、无机盐进行分离，实现脱盐与浓缩的同