新型膜分離技術(shù)

1、新型膜分離技術(shù)新型膜分離技術(shù)制作：林 波 杜婷婷修正：閆雪梨主講：周運(yùn)祿 馬娟1.1.膜蒸餾技術(shù)膜蒸餾技術(shù)膜蒸餾（Membrane Distillation）是20世紀(jì)60年代中期由M E Findly提出，80年代發(fā)展起來的一種新型膜分離技術(shù)。其原理是以微孔疏水膜將兩種不同溫度的水溶液分開，由膜兩側(cè)溫度差造成二側(cè)蒸氣壓差，使易揮發(fā)組分的蒸氣分子通過膜孔從高溫側(cè)向低溫側(cè)擴(kuò)散，并冷凝；其他組分則被疏水膜阻擋在熱側(cè)，從而實(shí)現(xiàn)混合物分離或提純的目的。膜蒸餾（MD）是膜技術(shù)與蒸發(fā)過程相結(jié)合的膜分離過程。屬熱驅(qū)動(dòng)膜過程。實(shí)現(xiàn)MD需要有兩個(gè)條件：所用膜必須是疏水微孔膜（對(duì)分離水溶液而言）；膜兩側(cè)要有一定的

2、溫度差存在，以提供傳質(zhì)所需的推動(dòng)力。膜蒸餾示意圖整個(gè)傳遞過程包括三個(gè)步驟：整個(gè)傳遞過程包括三個(gè)步驟：1）高溫側(cè)蒸發(fā)；高溫側(cè)蒸發(fā)；2）蒸氣分子通過疏水膜孔進(jìn)行傳遞；蒸氣分子通過疏水膜孔進(jìn)行傳遞；3）低溫低冷凝。低溫低冷凝。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：該過程幾乎是在常壓下進(jìn)行的，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作容易，在技術(shù)力量比較薄弱的地區(qū)也有實(shí)現(xiàn)的可能性；在該過程和運(yùn)行中，無需把溶液加熱到沸點(diǎn)，只要使膜兩側(cè)維持適當(dāng)?shù)臏夭罹涂梢?。這就有可能利用太陽(yáng)能、地?zé)峒皽厝攘畠r(jià)的天然能源以及工廠的余熱等；在非揮發(fā)性溶質(zhì)水溶液的膜蒸餾過程中，只有水蒸氣能透過膜孔，所以膜蒸餾液十分純凈，可望成為大規(guī)模、低成本制備超純水的有效手段；該過程可以用

3、來處理極高濃度的水溶液；膜蒸餾組件很容易設(shè)計(jì)成潛熱回收的形式，并具有以高效率的小型組件構(gòu)成大規(guī)模生產(chǎn)體系的靈活性。膜蒸餾的弱點(diǎn)： 膜蒸餾是一個(gè)有相變的膜過程，汽化潛熱降低了熱能的利用率，所以在組件的設(shè)計(jì)上必須考慮到潛熱的回收。與其他膜過程相比，膜蒸餾在有廉價(jià)能源可利用的情況下才更有實(shí)用意義； 膜蒸餾與制備純水的其他膜過程相比通量較小，所以目前尚未實(shí)現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用，如何提高膜蒸餾的通量也就成了一個(gè)重要的研究課題； 膜蒸餾采用疏水性微孔膜，與親水膜相比在膜材料和制備工藝的選擇方面都十分有限。膜蒸餾用膜材料應(yīng)滿足疏水性和多孔性兩個(gè)要求，以保證水不會(huì)滲入到微孔內(nèi)和具有較高的通量近年來，膜蒸餾過程的

4、膜材料的研究開發(fā)集中于三種膜材料，即u聚四氟乙烯（PTFE）u聚偏氟乙烯（PVDF）u聚丙烯（PP）I.海水或苦咸水的淡化II. 強(qiáng)酸、強(qiáng)堿中水的分離III.甘蔗榨汁液的濃縮IV. 人參露和洗參水的分離濃縮V.分離提純天然鹽水中的食鹽和芒硝VI. 超純水的制備VII.廢水的處理VIII.共沸混合物及有機(jī)溶液的分離IX. 化學(xué)物質(zhì)的濃縮和回收n 相同點(diǎn)n 使用的也是疏水性微孔膜，膜兩側(cè)也是不潤(rùn)濕膜孔的水溶液，且也是利用膜兩側(cè)的蒸汽壓差將料液側(cè)水蒸汽傳遞到膜的另一側(cè) 2.2.滲透蒸餾滲透蒸餾n 不同點(diǎn)n 膜蒸餾兩側(cè)有壓差是由膜兩側(cè)的溫度差產(chǎn)生的，而滲透蒸餾兩側(cè)的壓差是由臘兩側(cè)溶液的滲透壓產(chǎn)生的與膜

5、蒸餾相比應(yīng)用 膜的一側(cè)是含鹽量很低的稀溶液，另一側(cè)為電解質(zhì)濃溶液，這樣即可對(duì)低鹽溶液進(jìn)行脫水濃縮。該方法特別適用于新鮮牛奶、水果汁等熱敏物質(zhì)的脫水濃縮3.3.膜反應(yīng)器膜反應(yīng)器 膜反應(yīng)器(MR)：依靠膜的功能、特點(diǎn)改變反應(yīng)進(jìn)程，提高反應(yīng)效率的設(shè)備或系統(tǒng) 膜的功能分離功能 ：選擇性透過不同物質(zhì)的能力載體功能 ：作為催化劑或生物催化劑的載 體，用于制備具有催化活性的功能膜；分隔功能和復(fù)合功能 分隔功能是指將系統(tǒng)分隔為獨(dú)立的依靠膜相關(guān)聯(lián)的兩部分；復(fù)合功能是指利用復(fù)合技術(shù)制備出具有不同功能的功能型復(fù)合層膜系統(tǒng)。膜反應(yīng)器類型 膜催化反應(yīng)器(MCR)將膜分離與催化反應(yīng)結(jié)合，可突破化學(xué)平衡的限制，提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化

6、率。 膜生物反應(yīng)器(MBR)將膜分離與生物反應(yīng)結(jié)合，可控制產(chǎn)物抑制作用，回收生物催化劑，提高生化反應(yīng)轉(zhuǎn)化率。典型的膜反應(yīng)器膠質(zhì)膠質(zhì)果膠酶果膠酶半乳糖醛半乳糖醛膜反應(yīng)器所用膜材料 無機(jī)催化膜反應(yīng)器中的鈀膜反應(yīng)器，用真空蒸鍍法或飛濺涂膜法使鈀超薄覆蓋于無機(jī)陶瓷多孔膜的表面上，形成Pd-多孔陶瓷復(fù)合膜。 有機(jī)催化膜反應(yīng)器中酶膜反應(yīng)器的膜材料常用聚砜、芳香聚酰胺；膜生物反應(yīng)器常用聚丙烯、聚乙烯、聚砜、聚 偏氟乙烯等。膜反應(yīng)器應(yīng)用 鈀膜反應(yīng)器的應(yīng)用：由天然氣或CO制造氫；環(huán)已烷的脫氫；低級(jí)石蠟族烷烴的芳構(gòu)化。 酶膜反應(yīng)器的應(yīng)用：蔗糖的水解；生物大分子水解；低聚肽合成；手性化合物的生產(chǎn)研究；輔酶的再生；酶

7、法生產(chǎn)L-氨基酸。 膜生物反應(yīng)器的應(yīng)用：細(xì)胞循環(huán)發(fā)酵；動(dòng)/植物細(xì)胞培養(yǎng)；城市污水和工業(yè)廢水的處理。浙江大學(xué)凱華公司浙江大學(xué)凱華公司MBR工程工程1 1浙江大學(xué)凱華公司浙江大學(xué)凱華公司MBR工程工程2浙江大學(xué)凱華公司浙江大學(xué)凱華公司MBR工程工程3MBR實(shí)際上是一種膜分離與活實(shí)際上是一種膜分離與活性污泥法組合的新型污水處理性污泥法組合的新型污水處理技術(shù)技術(shù). .5.5.膜控制釋放膜控制釋放 概念：控制釋放就是將藥物或其他生物活性物質(zhì)和基材（通常為高分子材料）結(jié)合在一起，使藥物通過擴(kuò)散等方式在一定的時(shí)間內(nèi)，以某一速率釋放到環(huán)境中的技術(shù)。藥物的釋放速率取決于基材和藥物性質(zhì)以及它們之間的結(jié)合方式、環(huán)境

8、條件等。膜控制釋放是一類新興的交叉學(xué)科，它涉及化學(xué)、化工、材料學(xué)、生物學(xué)、藥物學(xué)等諸多學(xué)科，已在醫(yī)學(xué)、生物、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、船舶涂料等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。特點(diǎn)：藥物的控制釋放與常規(guī)釋放相比有以下優(yōu)點(diǎn)：釋放到環(huán)境中的藥物濃度比較穩(wěn)定；能最有效地利用藥物；可使藥物的釋放部位盡可能接近病源，提高了藥效，減小可能的副作用；減少了用藥次數(shù)，極大地方便了用藥者。5.1 擴(kuò)散控制釋放系統(tǒng)擴(kuò)散控制藥物釋放體系有貯存器(reservoir)型和混合藥膜(monolithic)兩種 貯存器型：藥物被聚合物基材包埋，藥物由聚合物膜中的孔道或網(wǎng)絡(luò)間的空隙擴(kuò)散釋放出來。 混合藥膜型：藥物是以溶解或分散的形式和聚合物基材結(jié)合在

9、一起的。Reservoir device貯存器型貯存器型Monolithic device混合藥膜型混合藥膜型5.2 化學(xué)控制釋放系統(tǒng)化學(xué)控制藥物釋放體系是目前最使人感興趣的膜控制釋放體系。其中，聚合物基材可在釋放環(huán)境中降解，當(dāng)藥物釋放完畢后，基材可完全降解以致消失，不需要手術(shù)將基材從體內(nèi)取出。藥物的釋放速率是以聚合物基材的降解反應(yīng)速率來控制的。該體系可分為：A. 混合藥膜降解體系B. 降解大分子藥物體系 用于溶劑滲透控制釋放體系的聚合物：其半透膜應(yīng)有一定的滲透性、強(qiáng)度和剛度。主要有：纖維素及其衍生物甲基丙烯酸羥乙酯和甲基丙烯甲酯的共聚物EVA共聚物交聯(lián)PVA 應(yīng)用：A. 在醫(yī)藥工業(yè)中的應(yīng)用 膜控制釋放在醫(yī)藥工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用得最多，現(xiàn)已廣泛用于臨床，解決一些疑難雜癥。按給藥部位和方式不同，分為口服型、透皮吸收型、植入型、宮腔給藥等。B. 在農(nóng)藥工業(yè)中的應(yīng)用 體現(xiàn)多種優(yōu)點(diǎn)，如可防止農(nóng)藥揮發(fā)、分解、流失，延長(zhǎng)藥效，提高防治效果；減少施藥次數(shù)和施藥量；將農(nóng)藥對(duì)環(huán)境污染的程度降低到最大限度。具體方式有微膠囊；塑料壓層；吸收混合；種子包衣法；高分子載體。C. 在化肥工業(yè)中的應(yīng)用 化肥的控制釋放是提高肥料利用率，減少環(huán)境污染的必要手段。具體方式有以下三種： 聚合物包膜無機(jī)物包膜 如用硫磺包裹尿素肥料包裹肥料 利用此法可