膜與膜過程第一章序論年

膜與膜過程第一章序論年第一頁，共六十九頁，2022年，8月28日參考資料（續(xù)）RichardW.Baker,MEMBRANETECHNOLOGYANDAPPLICATIONS,SecondEdition.JohnWiley&Sons,Ltd.2004S.P.NunesandK.-V.Peinemann，MembraneTechnologyintheChemicalIndustry,Wiley-VCHVerlagGmbH,2001【德】RRantenbuch王樂夫譯，膜工藝——組件和裝置設(shè)計基礎(chǔ)，北京：化學工業(yè)出版社，1998膜科學與技術(shù)水處理技術(shù)JournalofMembraneScienceDesalinationSeparationandPurificationTechnologyJournalofAppliedPolymerScience第二頁，共六十九頁，2022年，8月28日課程主要內(nèi)容1、膜與膜過程概述2、膜材料、制備3、膜的表征4、濃差極化與膜污染5、膜傳遞過程6、反滲透與納濾7、超濾與微濾8、膜器與過程設(shè)計第三頁，共六十九頁，2022年，8月28日第一章概論

1.Introduction1.1膜和膜分離過程的特征膜過程是新興的多學科交叉的高技術(shù)。膜材料-高分子化學和無機化學膜制備、過程的分離特性-物理化學與數(shù)學膜過程的流體力學、傳熱、傳質(zhì)與化學動力學-化學工程膜應(yīng)用-涉及生物學、醫(yī)學、食品、石油、環(huán)保等領(lǐng)域第四頁，共六十九頁，2022年，8月28日膜的定義film–thincoatingorcoveringmembrane（1）具有選擇透過性的一層薄層物質(zhì)。（側(cè)重分離性能）（2）把兩相分開的一層物質(zhì)，通過該層物質(zhì)可以有其它物質(zhì)的傳遞。廣義：兩相之間的一個不連續(xù)區(qū)間，這個區(qū)間的三維量度中的一度和其余兩度相比要小得多。膜可以是固相、液相，甚至是氣相的。大多數(shù)分離膜為固相。目前，無論從產(chǎn)量、產(chǎn)值、品種、功能或應(yīng)用對象來講，固膜都占99%以上。第五頁，共六十九頁，2022年，8月28日膜分離過程與化工分離過程的依據(jù)常見化工分離過程：根據(jù)混合物中組分在某種性質(zhì)上的差別精餾、蒸發(fā)、干燥-揮發(fā)性（或蒸汽壓）不同吸附、吸收-親和性不同萃取、結(jié)晶、吸收-溶解性不同電泳-電荷不同過濾-顆粒大小不同沉降-重力不同（顆粒大小，密度不同）離心分離-密度不同第六頁，共六十九頁，2022年，8月28日膜分離過程依據(jù)的物性差別依分子大小的差別：如微濾（MF），超濾（UF），反滲透（RO），氣體分離（GS）等依電荷的差別：如電滲析（ED），膜燃料電池，膜電解，雙極膜過程，納濾（NF）等依與膜的親和性或溶解性的差別，如MF，部分UF，RO，液膜過程，GS，以滲透氣化（PV）等蒸氣壓不同，如膜蒸餾（MD）第七頁，共六十九頁，2022年，8月28日膜過程的特點高效的分離過程重力分離最小極限為μm，而膜可做到分子量為幾千、幾百甚至幾十的分離；和擴散相比，蒸餾過程相對揮發(fā)度是個位數(shù)，而滲透汽化的分離系數(shù)為幾百以上。能耗通常較低。原因：膜過程基本上不發(fā)生相變化，過程在室溫附近進行。沒有運動部件，維護量少，可靠性高。規(guī)模和處理能力可以在很大范圍內(nèi)變化，而效率、設(shè)備單價、運行費用等都變化不大。第八頁，共六十九頁，2022年，8月28日1.2膜和膜過程的發(fā)展歷史1784年，Nollet看到水能自發(fā)地穿過豬膀胱進入酒精溶液，發(fā)現(xiàn)了滲透現(xiàn)象。1827，Dutrochet引入名詞滲透（Osmosis）；1831，從事氣體透過橡膠膜的研究；1855，F(xiàn)ick提出擴散定律，制備了早期的人工半滲透膜；1861-1866，Graham發(fā)現(xiàn)滲析現(xiàn)象；1860-1877，Vant's,Hoff等人提出和完善了滲透壓力定律;1911,Donnan提出了分子帶電體的電荷分布及電平衡現(xiàn)象;膜科學發(fā)展史第九頁，共六十九頁，2022年，8月28日膜科學發(fā)展史（續(xù)）1917，Kober引入名詞滲透汽化（pervaporation）；1922，Zsigmondy等將微孔膜用于分離極細粒子；1930，Teorell對膜電勢的研究，為電滲析和膜電極打下基礎(chǔ)1944，WillanKolff首次成功使用人工腎1950，Juda,Mcrea合成膜的研究，發(fā)明了電滲析；1960，Loeb-Sourirajan相轉(zhuǎn)化法合成反滲透非對稱膜；1968，（黎念之）發(fā)明液膜1980，Cadotte發(fā)明界面聚合復(fù)合膜....第十頁，共六十九頁，2022年，8月28日1.3膜的分類按材料分：天然膜（生物膜、天然物質(zhì)改性或再生而制成的膜）合成膜（無機膜，高分子膜）按膜結(jié)構(gòu)分：固膜分為對稱膜和非對稱膜兩大類，固膜也可分為多孔膜（微孔介質(zhì)，大孔膜）和非多孔膜（無機膜，聚合物膜）兩類。液膜（乳化液膜、支撐液膜）第十一頁，共六十九頁，2022年，8月28日對稱膜均相微孔膜無孔致密膜荷電膜非對稱膜支撐液膜第十二頁，共六十九頁，2022年，8月28日第十三頁，共六十九頁，2022年，8月28日卷式膜元件第十四頁，共六十九頁，2022年，8月28日中空纖維膜元件第十五頁，共六十九頁，2022年，8月28日管式膜及裝置第十六頁，共六十九頁，2022年，8月28日膜的分類（續(xù)）按用途分：氣相系統(tǒng)、氣液系統(tǒng)、液液系統(tǒng)、氣固系統(tǒng)、液固系統(tǒng)、固固系統(tǒng)按膜的作用機理分：吸附性膜（多孔膜，反應(yīng)膜）擴散性膜（聚合物膜，金屬膜，玻璃膜）離子交換膜（陽離子交換樹脂膜，陰離子交換樹脂膜）選擇滲透膜（滲透膜，反滲透膜，電滲析膜）非選擇性膜（加熱處理的微孔玻璃，過濾型的微孔膜。第十七頁，共六十九頁，2022年，8月28日1.4膜過程及應(yīng)用

1.4.1膜過程1膜分離過程特點：（1）兩主體相不直接接觸（2）膜兩側(cè)形成兩個相界面（3）兩主體相可互溶也可不互溶2膜接觸過程特點：（1）使用微孔或大孔膜（2）膜主要起著固定兩種互不相溶的主體液相界面的作用（3）這兩種主體液相在膜孔內(nèi)或在膜/主體相邊界處直接接觸。3膜反應(yīng)器：一般膜反應(yīng)器，膜生物反應(yīng)器….第十八頁，共六十九頁，2022年，8月28日血色素流感病毒假單胞菌葡萄狀球菌淀粉第十九頁，共六十九頁，2022年，8月28日1.4.2膜過程簡介

1.反滲透（ReverseOsmosis)半透膜：能夠讓溶液中一種或幾種組分通過而其他組分不能通過的選擇性膜。滲透：當用半透膜隔開純?nèi)軇┖腿芤簳r，純?nèi)軇┩ㄟ^膜向溶液相有一個自發(fā)的流動，這一現(xiàn)象稱為滲透。滲透壓：若在溶液一側(cè)加壓（外壓力或重力）以阻止溶劑的流動，則滲透速度將下降，當壓力增加到使?jié)B透完全停止，則達到了滲透平衡，這一平衡壓力稱為滲透壓。反滲透：若在溶液一側(cè)進一步增加壓力，引起溶液中的溶劑反向滲透流動，這一過程通常叫反（逆）滲透（ReverseOsmosis）。原理示意圖第二十頁，共六十九頁，2022年，8月28日Basicprinciplesof……ReverseOsmosis(RO)第二十一頁，共六十九頁，2022年，8月28日反滲透的歷史1748年AbbeNollet發(fā)現(xiàn)滲透現(xiàn)象。1860-1877VantHoff建立了稀溶液的完整理論。提供了認識滲透壓及它與其他熱力學性質(zhì)關(guān)系的理論。1953年，建議美國內(nèi)務(wù)部，把反滲透的研究納入國家計劃。1960年S.Loab和S.Sourirajan制得世界上第一張高脫鹽率、高通量的不對稱乙酸纖維素（CA）反滲透膜。1970年美國DuPont公司推出由芳香聚酰胺中空纖維制成的”Permasep”B-9滲透器，主要用于苦咸水淡化。卷式反滲透膜元件由UOP公司成功推出。1980年FilmTec公司推出性能優(yōu)異、實用的FT-30復(fù)合膜。80年代末高脫鹽率的全芳香族聚酰胺復(fù)合膜工業(yè)化。90年代超低壓高脫鹽率的全芳香族聚酰胺復(fù)合膜開發(fā)進入市場。第二十二頁，共六十九頁，2022年，8月28日超薄脫鹽層(約:2000埃)剛性支撐層(約:50μm)支撐織物(約:110μm)反滲透復(fù)合膜和剖面結(jié)構(gòu)示意圖第二十三頁，共六十九頁，2022年，8月28日反滲透的國外發(fā)展概況世界各國高度重視反滲透復(fù)合膜的研究開發(fā)1980年，實現(xiàn)商品化生產(chǎn)；標致性專利：US4277344（Dow公司的J.Cadotte發(fā)明）美國：Dow、Hydranautics、GE、Trisep日本：日東電工、東麗、東洋紡膜品種：海水、苦咸水、自來水、低壓和超低壓、抗污染等第二十四頁，共六十九頁，2022年，8月28日我國研究開發(fā)現(xiàn)狀國家重視：863計劃、973計劃、科技攻關(guān)項目近二十年的研究開發(fā)在膜與膜材料、膜和元件制備技術(shù)、產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)等方面取得了一批成果建成了兩條反滲透復(fù)合膜生產(chǎn)線，實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)差距：膜品種單一、性能偏低第二十五頁，共六十九頁，2022年，8月28日反滲透的特點：將水（溶劑）與離子（小分子）分離的膜過程。高效節(jié)能，過程無相變，一般不需加熱，工藝簡單，操作方便，應(yīng)用廣泛。應(yīng)用：苦咸水和海水的淡化，純水和超純水的制備，工業(yè)用水的處理，飲用水凈化，醫(yī)藥、食品、化工等工業(yè)料液處理和濃縮，以及廢水處理等。2001年世界上海水淡化裝置的產(chǎn)水量超過2.0×107m3/d，達到相當于4000萬~8000萬人生活用水的規(guī)模。其中蒸餾法產(chǎn)水量占77%，反滲透法產(chǎn)水量占22%。第二十六頁，共六十九頁，2022年，8月28日十年來世界范圍內(nèi)主要的反滲透海水淡化廠地點容量(MGD)TampaBay25TrinidadandTobago28.8Almeria,Spain13.2LasPalmas,Telde9.2Larnaca,Cyprus14.3Murcia,Spain17.2PalmadeMallorca16.6Dhekelia,Cyprus10.6Marbeilla,Spain14.5Carboneras,Spain32阿什克隆，以色列33萬噸/天第二十七頁，共六十九頁，2022年，8月28日每噸蒸汽的產(chǎn)水量，相當于造水比噸水耗汽量0.1250.08第二十八頁，共六十九頁，2022年，8月28日GlobaltrendofnewROmembraneandsysteminseawaterdesalination第二十九頁，共六十九頁，2022年，8月28日2.納濾（Nanofiltration)納濾是介于超濾和反滲透之間的一種壓力驅(qū)動型新型膜分離過程，是當今膜分離技術(shù)研究與開發(fā)的熱點之一。納濾的研究可追溯到20世紀70年代對N系列膜的開發(fā)。也稱為”疏松型反滲透膜（LooseReverseOsmosisMembrane）。特點：①具有納米級的孔徑，對有機物的相對分子截留范圍（MWCO）為200~2000；②膜表面一般帶電荷，對不同價態(tài)的離子具有不同的選擇透過性，對二價和高價離子具有較高的截留率，而對一價離子的截留率不高；③操作壓力低，一般低于1.0MPa.第三十頁，共六十九頁，2022年，8月28日給水處理：凈化和軟化應(yīng)用。納濾膜在分離和去除離子以及分子量相對較低的有機物方面具有獨特的特點。世界上最大的納濾處理飲用水工程：法國34MGD，其中NF為14MGD第三十一頁，共六十九頁，2022年，8月28日3.超濾（Ultrafiltration，UF）超濾是一種從溶液中分離大粒子溶質(zhì)的膜分離過程。超濾膜具有選擇透過的特點。超濾過程：在一定壓力（0.1~0.6MPa）作用下，料液中含有的溶劑及各種小的溶質(zhì)從高壓料液側(cè)透過超濾膜到達低壓側(cè)，從而得到透過液或稱為超濾液，而尺寸比膜孔（10to1000A°）大的溶質(zhì)分子被膜截留成為濃縮液。第三十二頁，共六十九頁，2022年，8月28日超濾特點：①與RO、NF相及MF相似，屬于壓力驅(qū)動分離過程；②超濾膜的分離范圍為相對分子質(zhì)量500~500,000Dalton的大分子物質(zhì)和膠體物質(zhì)，相對應(yīng)粒子的直徑為0.002~0.1μm；③其分離機理一般認為是機械篩分原理；④無相變，能耗低，約為蒸發(fā)法或冷凍法的1/2~1/3，可在常溫下操作，適合熱敏性物系的分離；⑤操作壓力低。用途：料液澄清、溶質(zhì)的截留濃縮以及溶質(zhì)之間的分離。第三十三頁，共六十九頁，2022年，8月28日4.微濾（Microfiltration，MF）微濾是以靜壓差為推動力，利用膜的“篩分”作用進行分離的膜分離過程。微孔濾膜具有比較整齊、均勻的多孔結(jié)構(gòu)。每平方厘米和微孔數(shù)為107~1011個。用相轉(zhuǎn)化法制得的高聚物微濾膜，孔隙率可達70%。被分離粒子的直徑范圍為0.08~10μm。第三十四頁，共六十九頁，2022年，8月28日常見壓力驅(qū)動膜的對比微濾膜

0.1到10微米細菌和微細的懸浮固體超濾膜

0.005到0.05微米,乳化油,顏色,膠體納濾膜0.0005到0.005微米糖,染料,表面活性劑,礦物質(zhì)反滲透膜0.0001到0.001微米

鹽,金屬離子,礦物質(zhì)純水第三十五頁，共六十九頁，2022年，8月28日第三十六頁，共六十九頁，2022年，8月28日5.滲透汽化（Pervaporation，PV）滲透汽化利用混合液中各組分被高分子膜選擇吸附溶解，及在膜中擴散速度的不同，從而分離或富集有機混合物中的某一組分的一種膜分離方法。分離機制：被分離的液相物質(zhì)在膜表面上被吸附并溶解，以擴散形式在膜內(nèi)滲透；在膜的另一側(cè)變成氣相而脫附。蒸氣（減壓）液體第三十七頁，共六十九頁，2022年，8月28日滲透汽化的定量研究始于20世紀50年代；20世紀80年代，走向工業(yè)化。與常規(guī)膜分離過程不同之處：滲透過程發(fā)生相變化。主要用途：目前主要用于無水乙醇的生產(chǎn)。在恒沸混合物的分離，回收溶劑和脫除微量水等方面有獨特優(yōu)勢。膜材料：主要是有機聚合物，膜通常具有非對稱結(jié)構(gòu)，最常用的是聚乙烯醇復(fù)合膜。膜的分類：水優(yōu)先透過膜，如聚乙烯醇/聚丙烯腈膜有機液優(yōu)先透過膜，如硅橡膠膜有機液/有機液選擇性分離膜（1991美國能源部排序38項重要研究課題之首）第三十八頁，共六十九頁，2022年，8月28日6.氣體分離（GasSeparation，GS）氣體膜滲透是利用特殊制造的膜與原料氣接觸，在膜兩側(cè)壓力差驅(qū)動下，氣體分子透過膜的現(xiàn)象，由于不同氣體分子透過膜的速率不同，滲透速率快的氣體在透過側(cè)富集，而滲透速率慢的氣體在原料側(cè)富集，從而實現(xiàn)分離。氣體分離膜研究始于20世紀50年代：空氣中富氧，天然氣中濃縮氦氣，混合氣中分離氫氣等。第三十九頁，共六十九頁，2022年，8月28日氣體膜分離技術(shù)的真正突破是在20世紀70年代，1979年美國Monsanto公司研制出Prism中空纖維氮氫分離器，被譽為現(xiàn)代氣體分離技術(shù)的支柱，成功應(yīng)用于合成氨馳放氣中回收氫氣。20世紀70年代以來，富氮、富氧膜分離也取得長足發(fā)展。分離機理：①氣體通過多孔膜的微孔擴散機理；②氣體通過非多孔溶液-擴散機理。第四十頁，共六十九頁，2022年，8月28日7.滲析（Dialysis，D）滲析也稱透析。料液和滲析液分別從膜的兩側(cè)通過，在兩側(cè)濃度梯度的推動下，料液和滲析液中的小分子溶質(zhì)通過膜擴散相互交換，而大分子溶質(zhì)則被膜截留。缺點：推動力是膜兩側(cè)濃度差，傳質(zhì)速率慢，膜選擇性低。第四十一頁，共六十九頁，2022年，8月28日滲析主要用于脫除溶液中的低分子量組分，例如從血清蛋白和疫苗中脫除鹽和其它小分子溶質(zhì)。血液透析（hemodialysis)：通過滲析將腎衰竭病人血液中的新陳代謝廢物排出體外，同時對血液進行水、電解質(zhì)和酸堿平衡的調(diào)節(jié)。這種裝置稱為人工腎。膜材料：應(yīng)選用親水性材料，有纖維素、乙烯-乙烯醇共聚物、聚丙烯腈，聚甲基丙烯酸酯等。第四十二頁，共六十九頁，2022年，8月28日AEMNa+Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Na+Na+Na+Na+Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Na+Na+Na+Na+Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Na+Na+Na+Na+Cl-Cl-Cl-Cl-Na+Na+Na+Na+Na+Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Reject濃水(Concentrate)Product產(chǎn)品水

(Dilute)Reject濃水(Concentrate)CEMAEMCEM8.電滲析（Electrodialysis，ED）電滲析是利用離子交換膜和直流電場的作用，從水溶液和其它不帶電組分中分離帶電離子組分的一種電化學分離過程。第四十三頁，共六十九頁，2022年，8月28日43電滲析（Electrodialysis，ED）第四十四頁，共六十九頁，2022年，8月28日電滲析研究始于20世紀的德國，直到20世紀50年代離子交換膜的制造進入工業(yè)化生產(chǎn)后，電滲透才進入實用化。應(yīng)用：廣泛用于苦咸水脫鹽，在食品、醫(yī)藥和化工領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。第四十五頁，共六十九頁，2022年，8月28日特點：①能耗少，經(jīng)濟效益顯著，所耗電能主要用于遷移溶液中的電解質(zhì)離子；②裝置設(shè)計與系統(tǒng)應(yīng)用靈活，操作維修方便；③裝置使用壽命長；④原水回收率高，苦咸水淡化原水回收率65%~85%，海水和高硬度苦咸水淡化的水回收率也可達到60%以上；⑤工藝過程清潔，只定期少量的酸堿清洗，采用頻繁倒極電滲析（EDR）可不用酸、堿清洗，保證運行穩(wěn)定。因此與離子交換法不同，不存在大量廢酸、堿的排放問題；與反滲透相比，沒有高壓泵的噪音。第四十六頁，共六十九頁，2022年，8月28日Na+Na+Cl-Cl-Cl-Cl-Na+Na+Na+Na+Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Na+Na+Na+Na+Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Na+Na+Na+Na+Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Na+Na+Na+Na+Na+Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-SaltRejectHighPurityProduct高純產(chǎn)品水SaltRejectH+OH-H+OH-H+OH-H+OH-AEMAEMCEMCEMContinuousElectrodeionizationwithMix-BedResinsfilled

混床型樹脂填充式CEDI強化遷移：離子在樹脂上遷移,而不是在溶液中第四十七頁，共六十九頁，2022年，8月28日47ContinuousElectrodeionization

WithResin-FilledConcentrateSpacer

全填充式CDINa+Na+Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Na+Na+Na+Na+Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Na+Na+Na+Na+Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Na+Na+Na+Na+Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Na+Na+Na+Na+Na+Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-SaltRejectHighPurityProductSaltRejectH+OH-H+OH-H+OH-H+OH-AEMAEMCEMCEM第四十八頁，共六十九頁，2022年，8月28日489.液膜（LiquidMembrane，LM）分隔兩相的中介相是一種與被它分隔的兩相互不相溶的液體膜，稱為液膜。與溶劑萃取過程相似：溶劑萃取分步進行。如果將其油相的厚度減小，到幾十微米，則這層極薄的油相便成了介于料液相與吸收相之間的液膜。液膜過程：萃取和反萃取發(fā)生在膜的左右兩側(cè)界面，溶質(zhì)從相萃入膜左側(cè)，并擴散到膜相右側(cè)，再被反萃入接收相，由此實現(xiàn)了萃取與反萃取的“內(nèi)耦合”（Innercoupling）。液膜傳質(zhì)的“內(nèi)耦合”方式，打破了溶劑萃取所固有的化學平衡。第四十九頁，共六十九頁，2022年，8月28日與傳統(tǒng)萃取對比：液膜的非平衡傳質(zhì)優(yōu)點：①傳質(zhì)推動力大，所需要分離級數(shù)少，理論上只需要一級就可實現(xiàn)完全萃?。虎谠噭┖牧可?。與固膜相比，液膜的優(yōu)點：①傳質(zhì)速率高。溶質(zhì)在液體中的分子擴散系數(shù)（10-6~10-5cm2/s）比在固相（<10-8cm2/s）高幾個數(shù)量級，且在某些情況下還存在對流擴散；②選擇性好，如氮氧分離，固膜的分離系數(shù)仍為7.5，而液膜可達79。液膜的缺點：過程與設(shè)備復(fù)雜，難以實現(xiàn)穩(wěn)定操作。故至今工業(yè)應(yīng)用實例很少。第五十頁，共六十九頁，2022年，8月28日10.膜反應(yīng)器（MembraneReactor，MR）膜反應(yīng)器是將膜的優(yōu)良分離性能與催化反應(yīng)結(jié)合，在反應(yīng)的同時脫除產(chǎn)物，以突破反應(yīng)平衡的限制，或控制生化反應(yīng)中產(chǎn)物對反應(yīng)的抑制作用，提高反應(yīng)的產(chǎn)率、轉(zhuǎn)化率和選擇性。膜反應(yīng)器包括膜生物反應(yīng)器和膜催化反應(yīng)器。膜生物反應(yīng)方面，自1966年Weetal首先提出酶與高聚物膜相結(jié)合構(gòu)成酶膜生物反應(yīng)器以來，已成功用于乙醇發(fā)酵等生化工程的生產(chǎn)。又進一步推廣于輔酶反應(yīng)過程中。同時固定細胞的膜反應(yīng)器和半透性微膠囊固定化膜生物反器也相繼問世。膜催化反應(yīng)領(lǐng)域，處于研究開發(fā)階段，通常催化反應(yīng)溫度較高，需要使用無機膜材料，主要有金屬鈀膜、陶瓷膜。第五十一頁，共六十九頁，2022年，8月28日11.膜蒸餾（MembraneDistillation，MD）膜蒸餾是膜分離技術(shù)與蒸發(fā)過程結(jié)合的新型膜分離過程，以蒸汽壓為推動力。膜蒸餾過程用疏水性的微孔膜把不同溫度的水溶液隔開，在蒸氣壓差作用下高溫側(cè)水蒸氣不斷通過膜的微孔進入冷側(cè)冷凝，從而使高溫側(cè)溶液得到脫水濃縮。第五十二頁，共六十九頁，2022年，8月28日膜蒸餾通常在常壓或低于溶液沸點的溫度下進行，熱側(cè)溶液通常在較低的溫度下（40~50℃）下操作，常常可以使用低溫熱源或廢熱。避免了反滲透所需的高壓設(shè)備和蒸發(fā)所需的高溫等較苛刻的操作條件。膜蒸餾用膜：疏水性的微孔膜，聚四氟乙烯最好。膜孔徑一般為0.2~0.4μm為宜。用途：該過程有相變，可從非揮發(fā)物質(zhì)水溶液中分離水，也可從水溶液中除去其它揮發(fā)性物質(zhì)。主要用于海水淡化和水溶液的濃縮。第五十三頁，共六十九頁，2022年，8月28日膜蒸餾特點：①操作條件溫和，在常壓和接近常溫下便可有足夠的推動力實現(xiàn)水的傳遞，因此可有效地利用一些低品位廢熱、地熱與太陽能。②可以冷側(cè)得到純水，熱側(cè)溶液同時實現(xiàn)濃縮。膜蒸餾過程分類：①直接接觸式；②空氣間隙式；③氣體吹掃式；④減壓式。第五十四頁，共六十九頁，2022年，8月28日12.膜吸收（Membrane-basedAdsorption，MA）膜吸收是將膜分離與吸收/解吸相結(jié)合的一種新型膜分離過程。使用微孔膜將氣-液兩相分隔開，并利用微孔提供氣-液兩相間傳質(zhì)的場所。特點：①氣-液兩相的界面是固定的，分別存在于膜孔的兩側(cè)表面處；②氣-液兩相互不分散于另一相；③氣、液兩相的流動互不干擾，流量范圍各自可以在很寬的范圍內(nèi)變動；④使用中空纖維或毛細管膜可產(chǎn)生很大的裝填面積（比表面積），即可提供很大的氣液傳質(zhì)界面。第五十五頁，共六十九頁，2022年，8月28日膜吸收過程：氣體充滿膜孔的膜吸收、液體充滿膜孔的膜吸收和同時吸收與解吸的膜吸收（由膜材料的疏水和親水性以及吸收劑性能決定）應(yīng)用：血液供氧，已實現(xiàn)臨床應(yīng)用。第五十六頁，共六十九頁，2022年，8月28日13.膜萃?。∕embraneExtraction，ME）膜萃取是將膜分離過程與液-液萃取技術(shù)相結(jié)合的新型膜分離過程。與通常的液液萃取不同，膜萃取傳質(zhì)過程在把料液相和溶劑相分開的微孔膜表面上進行。第五十七頁，共六十九頁，2022年，8月28日膜萃取優(yōu)點：①沒有液體的分散和凝集過程，可以減少萃取劑夾帶的損失；②不形成直接接觸的液-液兩相流動，可使選擇萃取劑的范圍大大拓寬；③兩相在膜兩側(cè)分別流動，使過程免受“返混”的影響（一些柱式萃取設(shè)備中60%~70%的柱高是為了克服軸向混合影響）和“液泛”的影響；④與支撐液膜相比，萃取相的存在，可避免膜內(nèi)溶劑的流失。膜萃取目前還處于實驗室研究階段。常用膜裝置是中空纖維式膜組件。第五十八頁，共六十九頁，2022年，8月28日14.促進傳遞（FacilitatedTransport，F(xiàn)T）促進傳遞是在膜中進行抽提的一種新型膜分離方法。與一般固體膜分離過程相比：具有極高的選擇性，通量大，但極易中毒。仍處于實驗室研究，主要研究集中在改進膜的穩(wěn)定性。應(yīng)用：酸氣處理、金屬離子回收和藥劑純化等。金屬離子分離中銅離子的分離，氣體分離中用于空氣中分離氧和氮.HEM：人體球蛋白第五十九頁，共六十九頁，2022年，8月28日促進傳遞膜液膜離子交換膜固定載體膜第六十頁，共六十九頁，2022年，8月28日15.膜控制釋放（MembraneControlRelease，CR）控制釋放是將藥物或其它活性物質(zhì)以一定形式與膜結(jié)構(gòu)相結(jié)合，使這些活性物質(zhì)只能以一定的速率通過擴散釋放到環(huán)境中。第六十一頁，共六十九頁，2022年，8月28日優(yōu)點：可將藥物濃度控制在需要的濃度范圍，延長藥效作用時間、服用量和服用次數(shù)，在醫(yī)藥、農(nóng)藥、化肥的使用上極有價值。膜材料：乙基纖維素，乙烯-乙酸乙烯共聚物、羥丙甲基纖維素，聚乙烯吡咯烷酮（PVP），聚甲基丙煅酸-2-羥乙酯（HEMA），聚乙烯醇（PVA）。第六十二頁，共六十九頁，2022年，8月28日16.膜生物傳感器（MembraneBiosensor）膜生物傳感器是模仿生物膜對化學物質(zhì)的識別能力制成的，它由催化劑酶或微生物與合成電極轉(zhuǎn)換裝置組成為酶膜傳感器或微生物傳感器。特別：具有很高的識別專一性。用途：已用于發(fā)酵過程中葡萄糖、乙醇等成分的在線檢測。第六十三頁，共六十九頁，2022年，8月28日1.4.3應(yīng)用領(lǐng)域1水處理：飲用水處理，海水淡化，廢水處理。2生物工程，制藥領(lǐng)域：膜過程一般不發(fā)生相變，適合于熱敏性物系的處理。3氣體分離：空分，常規(guī)為低溫蒸餾4有機物/有機物的分離：包括液氣。第六十四頁，共六十九頁，2022年，8月28日膜技術(shù)在水處理方面的應(yīng)用舉例1.海水和苦咸水淡化

50年代提出反滲透(RO)的研發(fā)的目的是為了海水淡