Questions 问题: A、100多年以后,淡水资源枯竭; B、现存的问题是:北方严重缺水 解决之道 A、节约用水 B、南水北调 C、海水淡化 Questions A、海水如何淡化? B、30万人/年肾衰病人;约1/6肾移植,生命如何延长?
Questions 问题： A、 100多年以后，淡水资源枯竭； B、现存的问题是：北方严重缺水 解决之道 A、节约用水 B、南水北调 C、海水淡化 Questions: A、海水如何淡化? B、30万人/年肾衰病人；约1/6肾移植，生命如何延长?
第五章膜分离技术 51概论 52膜分离技术的类型 53微滤(MF) 54超滤(UF) 55反渗透(RO) 56透析(DS) 57电透析(ED,IEED 58膜材料的要求 59膜材料的种类 5.10膜结构特征 5.11超滤膜的分子截留作用 膜组件 作业
第五章 膜分离技术 5.1 概论 5.2 膜分离技术的类型 5.3 微滤(MF) 5.4 超滤(UF) 5.5 反渗透(RO) 5.6 透析(DS) 5.7 电透析(ED，IEED) 5.8 膜材料的要求 5.9 膜材料的种类 5.10 膜结构特征 5.11 超滤膜的分子截留作用 5.12 膜组件 作业
51概论 优点: 1)、能耗低。膜分离不涉及相变,对能量要求低,与蒸馏、 结晶和蒸发相比有较大的差异 2)、分离条件温和,对于热敏感物质的分离很重要 3)、操作方便,结构紧凑、维修成本低、易于自动化。 缺点 1)、膜面易发生污染,膜分离性能降低,故需采用与工艺相 适应的膜面清洗方法; 2)、稳定性、耐药性、耐热性、耐溶剂能力有限,故使用范 围有限 3)、单独的膜分离技术功能有限,需与气他分离技术连用
5.1 概论 优点: 1)、能耗低。膜分离不涉及相变，对能量要求低，与蒸馏、 结晶和蒸发相比有较大的差异； 2)、分离条件温和，对于热敏感物质的分离很重要； 3)、操作方便，结构紧凑、维修成本低、易于自动化。 缺点 1)、膜面易发生污染，膜分离性能降低，故需采用与工艺相 适应的膜面清洗方法； 2)、稳定性、耐药性、耐热性、耐溶剂能力有限，故使用范 围有限； 3)、单独的膜分离技术功能有限，需与气他分离技术连用
52膜分离技术的类型 以推动力的过程分类 以浓度差为推动力的过程:A、透析技术( Dialysis,DS) 以电场力为推动力的过程:A、电透析,B、离子交换电透析 以静压力差为推动力的过程:A、微滤( microfiltration),B、超滤 ultrafiltration),C、反渗透( reverse osmosis) 以蒸气压差为推动力的过程:A、膜蒸馏,B、渗透蒸馏 以分离应用领域过程分类 微滤( micro- filtration,MF 超滤(unta- filtration,UF 反渗透( (reverse osmosis,RO) 透析 Dialysis,DS) 电透析( electro-dialysis, ED) 纳米膜分离 Selective,RO) 亲 和过滤 (affinity filtration,AF) 渗透气化( pervaporation,PV)
5.2 膜分离技术的类型 以推动力的过程分类 以浓度差为推动力的过程：A、透析技术(Dialysis, DS) 以电场力为推动力的过程：A、电透析，B、离子交换电透析 以静压力差为推动力的过程：A、微滤(microfiltration)，B、超滤 (untrafiltration)，C、反渗透(reverse osmosis) 以蒸气压差为推动力的过程：A、膜蒸馏，B、渗透蒸馏 以分离应用领域过程分类 微滤(micro-filtration,MF) 超滤(untra-filtration, UF) 反渗透(reverse osmosis, RO) 透析(Dialysis, DS) 电透析(electro-dialysis, ED) 纳米膜分离(Selective, RO) 亲和过滤(affinity filtration, AF) 渗透气化(pervaporation, PV)
52膜分离技术的类型 0.1nm 10 100 lum 100 lmm 小分子、蛋白质 乳 细菌 病毒 细胞 超细胶体颗粒 微粒 反滲透 微滤 超滤 般过滤 膜分离法与物质大小的关系
5.2 膜分离技术的类型 膜分离法与物质大小的关系
5.3微滤MF) 原理:筛分,同一般过滤有很大重叠。 操作:同一般过滤。膜两侧的渗透压可忽略,操作压在0.05 0. hMpao 用途:除去0.1um-10um的颗粒,用于细胞、细菌、细胞器 的分离。 透过流通量Jkgm2s)计算: Carman- Kozeny方程 K(1-E)074 E:膜的孔隙率,η:滤液黏度,K:为与孔道结构有关的无 因次常数,S0为孔道比表面积 意义:J与压力差Δp成正比,与滤液的黏度成反比,这是分 析微滤过程的理论基础
5.3 微滤(MF) 原理：筛分，同一般过滤有很大重叠。 操作：同一般过滤。膜两侧的渗透压可忽略，操作压在0.05- 0.5Mpa。 用途：除去0.1um—10um的颗粒，用于细胞、细菌、细胞器 的分离。 透过流通量Jv (kg m-2 s -1 )计算： Carman-Kozeny方程 ：膜的孔隙率，：滤液黏度，K：为与孔道结构有关的无 因次常数，S0为孔道比表面积。 意义： Jv与压力差p成正比，与滤液的黏度成反比，这是分 析微滤过程的理论基础
54超滤(UF 原理:筛分 操作:一般采用切向流体,以减少固相沉积。膜两侧的渗透 压很小,操作压在0.1-1.0MPa。 应用:A、高分子溶质之间,以及高分子与小分子溶质之间 的分离;B、Pro浓缩,C、病毒的分离和富积 回收 细胞,处理胶体悬浮液。 计算: Carman- Kozeny方程(见上)。 优点:A、消除了滤饼的阻力,过滤效率高;B、超滤回收 率高;C、滤液的质量好;D、减少处理步骤
5.4 超滤(UF) 原理：筛分 操作：一般采用切向流体，以减少固相沉积。膜两侧的渗透 压很小，操作压在0.1-1.0MPa。 应用：A、高分子溶质之间，以及高分子与小分子溶质之间 的分离；B、Pro浓缩，C、病毒的分离和富积，C、回收 细胞，处理胶体悬浮液。 计算： Carman-Kozeny方程(见上)。 优点：A、消除了滤饼的阻力，过滤效率高；B、超滤回收 率高；C、滤液的质量好；D、减少处理步骤
5.5反渗透(RO) 渗透压差 osmosis pressure(t pressure>兀 water solution RT A NB 条件:极稀溶液。w water 意义 membrane water flow membrane 透过液溶质浓度(c2)方程: olute △c C solvent △D-△兀 为溶剂水的摩尔体积(m3/mo);aA和a分别为A、B两侧 溶剂的活度;Δπ为膜两侧的渗透压差;Δc2为溶质在膜两 侧浓度差;Ap为膜两侧压力差;Lhm和 Lol,分别为溶质 和溶剂在膜中的渗透系数。 意义
5.5 反渗透(RO) 渗透压差 条件：极稀溶液。 意义： 透过液溶质浓度(c2p )方程： v1为溶剂水的摩尔体积(m3 /mol)；aA和aB分别为A、B两侧 溶剂的活度；为膜两侧的渗透压差; c2为溶质在膜两 侧浓度差；p为膜两侧压力差；L solute和Lsolvent分别为溶质 和溶剂在膜中的渗透系数。 意义：
5.5反渗透(RO) 意义 A、膜的选择性。 B、压力的选择性。压力越高,透过液中溶质的浓度越低。 因此,提高反渗透的压力有利于实现溶质的高度浓缩,或 提高海水淡化质量。 应用: A、海水淡化, B、超纯水制备, 、抗生素和氨基酸等浓缩, D、回收有机溶剂,如乙醇、丁醇和丙醇等
5.5 反渗透(RO) 意义： A、膜的选择性。 B、压力的选择性。压力越高，透过液中溶质的浓度越低。 因此，提高反渗透的压力有利于实现溶质的高度浓缩，或 提高海水淡化质量。 应用： A、海水淡化， B、超纯水制备， C、抗生素和氨基酸等浓缩， D、回收有机溶剂，如乙醇、丁醇和丙醇等
56透析(DS) 原理:浓差扩散 操作: 用途 A、人工肾,腹膜透析; B、样品脱电解质; D、气体分离(利用透析袋对不同气透析袋 体的通透性 优点: 烧杯 A、方法和设备简单,价格低廉; 磁棒 B、实验室最常用的样品脱盐方法 缺点: A、透析的速度缓慢; B、溶质稀释
5.6 透析(DS) 原理：浓差扩散 操作： 用途： A、人工肾，腹膜透析； B、样品脱电解质； C、浓缩富积； D、气体分离(利用透析袋对不同气 体的通透性) 优点： A、方法和设备简单，价格低廉； B、实验室最常用的样品脱盐方法 缺点： A、透析的速度缓慢； B、溶质稀释