微濾(MF)ppt課件

,微濾(MF),姓名：林靜學(xué)號：20113072,1,2,第一節(jié)概述,微濾定義Microfiltration，MF，又稱微孔過濾，它屬于精密過濾，一般精度范圍為0.1微米以上，能夠過濾微米（micron）級的微粒和細(xì)菌，能夠截留溶液中的沙礫、淤泥、黏土等顆粒、藻類和一些細(xì)菌等，而大量溶劑、小分子及大分子溶質(zhì)都能透過的膜的分離過程。,2,MF、UF、NF和RO膜過程示意圖,3,第二節(jié)微濾（MF）基本過程,微濾(Microfiltration)又稱為“微孔過濾”，它是以靜壓差為推動力，利用膜的“篩分”作用進(jìn)行分離的膜分離過程。MF膜具有比較整齊、均勻的多孔結(jié)構(gòu)，在靜壓差的作用下，小于膜孔的粒子通過膜，大于膜孔的粒子則被阻攔在膜的表面上，使大小不一的組分得以分離。MF作用相當(dāng)于過濾，由于微孔濾膜孔徑相對較大，孔隙率高，因而阻力小，過濾速度快，實際操作壓力也較低（12atm或bar巴）。MF主要從氣相和液相物質(zhì)中截留微米及亞微米級的細(xì)小懸浮物、微生物、微粒、細(xì)菌、酵母、紅細(xì)球、污染物等，以達(dá)到凈化、分離和濃縮的目的。被分離粒子的直徑范圍為0.110m。,4,MF膜在過濾時介質(zhì)不會脫落，沒有雜質(zhì)溶出，無毒，使用方便，使用壽命較長，同時，膜孔分布均勻，可將大于孔徑的微粒、細(xì)菌、污染物截留在濾膜表面，濾液質(zhì)量較高，也稱為絕對過濾（AbsoluteFiltration）。適合于過濾懸浮的微粒和微生物。,MF濾除微粒和微生物的效率,5,MF的特點,與深層過濾介質(zhì)如硅藻土、沙、無紡布相比，MF膜有以下幾個特點：屬于絕對過濾介質(zhì)孔徑均勻，過濾精度高厚度薄，吸附量小。MF膜的厚度一般為10200m。通量大。由于MF膜的孔隙率高，因此在同等過濾精度下，流體的過濾速度比常規(guī)過濾介質(zhì)高幾十倍。無介質(zhì)脫落，不產(chǎn)生二次污染。顆粒容納量小，易堵塞。,6,懸浮液中固液分離機理：篩分截留：微濾膜將尺寸大于其孔徑的固體顆?；蝾w粒聚集體截留。吸附截留：微濾膜將尺寸小于孔徑的固體顆粒通過物理或化學(xué)吸附而截留。架橋截留：固體顆粒在膜的微孔入口因架橋作用而被截留。網(wǎng)絡(luò)截留：發(fā)生在膜內(nèi)部，由膜孔的曲折形成。靜電截留：采用帶相反電荷的微濾膜。,MF分離機理,7,氣體中懸浮顆粒分離機理：1.直接截留：同篩分機理。2.慣性沉積：當(dāng)小于膜孔徑的顆粒隨氣體直線運動時，在膜孔處流線將發(fā)生改變，對于質(zhì)量較大的顆粒，由于慣性作用仍力圖沿原方向運動，這些顆?？赡芤蜃矒粼谀み吘壔蚰た兹肟诟浇目妆谏隙唤亓?。3.擴散沉積：由于非常小的顆粒具有強烈的布朗運動傾向，顆粒通過膜孔時在孔道從而被截留。微濾膜孔徑越小，微小顆粒與膜壁碰撞的概率越大，顆粒越容易產(chǎn)生擴散沉積；氣體流速越小，顆粒在孔道中停留的時間越長，顆粒越容易產(chǎn)生擴散沉積。中容易因布朗運動而與孔壁碰撞，,8,4.攔集作用：顆粒慣性較小時，將隨氣流進(jìn)入膜孔，若膜孔壁附近的氣體以層流方式運動，因為流速小，顆粒將由于重力作用而沉積下來。,微濾分離示意圖,水分子,離子,大分子,顆粒與膠體,9,（a）膜表面層截留,（b）膜內(nèi)部截留（網(wǎng)絡(luò)中截留）,10,（B）錯流過濾（Cross-flowfiltration）,（A）終端過濾或死端過濾（Deal-endfiltrationorIn-linefiltration）,11,兩種微濾過程的通量與濾餅厚度隨時間的變化關(guān)系,終端過濾,錯流過濾,12,第三節(jié).微濾膜的性能測定,主要有：厚度、過濾速率、空隙率、孔徑及其分布等4個方面。膜厚通常用0.01mm的螺旋千分尺測定，較嚴(yán)格的方法是以專用的薄膜測厚儀測定。過濾速度是以恒壓連續(xù)過濾裝置測定流體在一定溫度和壓力下，單位時間內(nèi)透過單位膜面積的液體量?？障堵适峭ㄟ^測定的表面密度、真密度，然后按公式計算。MF膜的孔徑對嚴(yán)格控制成膜條件和選擇濾膜的最佳應(yīng)用極為重要。常用測定方法有壓汞法、泡壓法、氣體流量法和已知顆粒通過法等。許多商品膜標(biāo)示孔徑時，通常也都注明所用的測試方法。,13,MF膜材料,疏水聚合物膜：聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚丙烯(PP)親水聚合物膜：纖維素酯(CA和CTA)、聚碳酸酯(PC)、聚砜/聚醚砜(PSF/PES)、聚酰亞胺/聚醚酰亞胺(PI/PEI)、聚脂肪酰胺(PA)陶瓷膜：氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦、碳化硅,14,實驗室小型MF膜設(shè)備,實驗室MF膜中試設(shè)備,15,發(fā)酵液提取陶瓷膜成套設(shè)備,16,第五節(jié).MF膜的應(yīng)用,在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，從家庭生活到尖端技術(shù)都在不同程度上應(yīng)用MF技術(shù)，其主要用于無菌液體的制備、生物制劑的分離、超純水的制備以及空氣的過濾、生物及微生物的檢測等方面。.在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在藥用水（包括純凈水、注射用水）的過濾、小針劑及眼藥液的精濾及終端過濾，血液過濾，中草藥液、后發(fā)酵液的澄清過濾，空氣、蒸汽的過濾等。在制藥工業(yè)中，終端過濾的選擇相當(dāng)關(guān)鍵，其去除效率取決于選擇合適的濾膜材料、膜孔徑及流程。,17,.在生物化學(xué)和微生物研究中的應(yīng)用利用不同孔徑的MF膜收集細(xì)菌、酶、蛋白、蟲卵等提供分析。利用膜進(jìn)行生物培養(yǎng)時，可根據(jù)需要在培養(yǎng)過程中變換培養(yǎng)基，以達(dá)到多種不同的目的，并可進(jìn)行快速檢驗。因此，MF技術(shù)已被用于水質(zhì)檢驗、臨床微生物標(biāo)本的分離、溶液的澄清、酶活性的測定等。,18,.在食品飲料工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用MF技術(shù)普遍用于酒類、飲用水、茶飲料、果汁、奶制品、碳酸飲料的澄清和除菌過濾。如用孔徑小于0.5m的微孔濾膜（濾芯過濾器）對啤酒和酒進(jìn)行過濾后，可脫除其中的酵母、霉菌和其他微生物。經(jīng)這樣處理的產(chǎn)品清澈、透明、存放期長，且成本低。我國經(jīng)多年努力，已研制出多種材質(zhì)的系列孔徑的MF膜元件，并形成產(chǎn)業(yè)化規(guī)模，已廣泛用于國內(nèi)各大著名的飲料生產(chǎn)商，如旭日升、匯源果汁、農(nóng)夫果汁等企業(yè)。,19,.在電子工業(yè)中的應(yīng)用電子工業(yè)使用的流體包括氣體和液體，過濾器大致分為氣體過濾器和液體過濾器。氣體過濾器采用疏水性MF膜來從主體氣體（氮、氧、氫）和特殊氣體（如硅烷、胂、磷化氫、氨）中去除粒子。液體過濾器分成化學(xué)藥劑過濾、光敏抗蝕劑過濾器及去離子水過濾器。在電子工業(yè)中，對去離子水的要求很高，因此應(yīng)選擇潔凈度高，濾膜完整性好，孔徑均勻的MF膜，否則會影響去離子水的水質(zhì)，進(jìn)而導(dǎo)致電子元器件或集成電路板的報廢。MF膜在純水制備中主要用處有兩方面：一是在RO或ED前用作保安過濾器，用以清除細(xì)小的懸浮物質(zhì)；二是在陽/陰或混合交換柱后，作為最后一級終端過濾手段，用它濾除樹脂碎片或細(xì)菌等雜質(zhì)。,20,.在油田注水的應(yīng)用在石油開采中，向低滲透油田實行早期注入高質(zhì)量的水是對低滲透油田補充能量，穩(wěn)定產(chǎn)量的長期的根本保證。在石油開采注水工藝中一個核心的環(huán)節(jié)是如何保證注入水的水質(zhì)，MF技術(shù)在其中已發(fā)揮了較大的作用，國內(nèi)主要用PE燒結(jié)微孔管、折疊式MF膜過濾芯及中空纖維UF組件等。,21,.在家庭生活中的應(yīng)用由于我國城市自來水供給系統(tǒng)在輸送過程中的不完善，我們?nèi)粘ｏ嬘玫淖詠硭嬖谥挝廴镜膯栴}，這對我們的人身健康帶灰很大的隱患。采用MF技術(shù)制造的家用凈水器，通過MF膜的過濾不僅能有效去除水中的鐵銹、泥沙等肉眼可見物，還能截留住水中的細(xì)菌、大腸桿菌等。,22,第六節(jié).MF膜污染及控制,膜污染通常是膜表面的附著層和膜孔堵塞。當(dāng)溶質(zhì)是水溶性大分子時，由于其擴散系數(shù)很小，從膜表面向原料液主體的擴散通量也很小，因此膜表面的溶質(zhì)濃度顯著增高，形成不可流動的凝膠層。膜表面的附著層可能是水溶性高分子的吸附層和料液中懸浮物在膜表面上堆積起來的濾餅層。產(chǎn)生膜堵塞的原因包括懸浮物或水溶性大分子在膜孔中受到空間位阻，蛋白質(zhì)等水溶性大分子在膜孔中的表面吸附，以及難,23,溶性物質(zhì)在膜孔中的析出。機械堵塞是固體顆粒把膜孔完全堵住；吸附是顆粒吸附在孔壁上而使孔徑變小；架橋截留不完全堵塞孔道，形成濾餅過濾。大多數(shù)情況下，過濾初期主要是機械堵塞，后期濾餅過濾。介質(zhì)中固體顆粒的濃度.形狀.剛性及其粒徑分布都會影響堵塞，膜孔結(jié)構(gòu)也是影響堵塞的主要原因。,24,針對不同的分離體系，控制膜污染的方法：原料液預(yù)處理膜表面改性外加電場.離心場和超聲波場采用氣體和液體兩種介質(zhì)進(jìn)行高壓反沖強化傳質(zhì)膜清洗方法通常分為