膜的定義和分類

10.2膜分離10.2.1膜的定義和分類定義：膜是分離兩相的中間相。有分離作用的膜稱之為分離膜，通常亦簡稱為膜。膜分離過程：分離膜以特定的方式限制兩相間的物質(zhì)傳遞，使不同的物質(zhì)以不同的速率透過膜，實現(xiàn)物質(zhì)的分離。膜中間相相Ⅰ相Ⅱ原料透過物傳質(zhì)推動力1整理ppt物質(zhì)透過膜的主要三種方式：被動傳遞促進傳遞主動傳遞◆

被動傳遞：物質(zhì)由高化學(xué)位相向低化學(xué)位相傳遞，這一化學(xué)位的差就是膜分離過程的推動力。壓力差濃度差電位差溫度差推動力AAμ‘Aμ‘’Aμ‘A>μ‘’A被動傳遞2整理ppt◆促進傳遞：膜內(nèi)有載體，在高化學(xué)位一側(cè)，載體同被傳遞的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，而在低化學(xué)位一側(cè)又將被傳遞的物質(zhì)釋放，這種傳遞過程有很高的選擇性?！?/p>

主動傳遞：膜中的載體同被傳遞物質(zhì)在低化學(xué)位側(cè)發(fā)生反應(yīng)并釋放能量，使被傳遞物質(zhì)由低化學(xué)位一側(cè)被傳遞到高化學(xué)位一側(cè)，物質(zhì)的傳遞方向為逆化學(xué)位梯度方向。μ‘A<μ‘’AA+B→ABAAB→A+BAμ‘Aμ‘’A化學(xué)反應(yīng)主動傳遞BABμ‘A>μ‘’AA+B→ABAAB→A+BAμ‘Aμ‘’A促進傳遞BAB3整理ppt膜的分離性質(zhì)選擇性：不同物質(zhì)在兩相中的濃度變化比透過性：單位推動力下，物質(zhì)在單位時間內(nèi)膜的分類：分類依據(jù)分類來源天然膜、合成膜狀態(tài)固體膜、液膜、氣膜材料有機膜、無機膜結(jié)構(gòu)對稱膜（微孔膜、均質(zhì)膜）、非對稱膜、復(fù)合膜電性非荷電膜、荷電膜形狀平板膜、管式膜、中空纖維膜制備方法燒結(jié)膜、延展膜、徑跡刻蝕膜、相轉(zhuǎn)換膜、動力形成墨分離體系氣-氣、氣-液、氣-固、液-液、液-固分離膜分離機理吸附性膜、擴散性膜、離子交換膜、選擇性膜、非選擇性膜分離過程反滲透膜、滲透膜、氣體分離膜、電滲析膜、滲析膜、滲透蒸發(fā)膜透過單位面積膜的量4整理ppt10.2.2膜分離過程

在一定傳質(zhì)推動力下，利用膜對不同物質(zhì)的透過性差異，對混合物進行分離的過程。機理模型：不可逆熱力學(xué)模型傳遞機理模型膜分離過程：氣體膜分離、滲透蒸發(fā)、滲析、電滲析、反滲透、納濾、超濾、微濾、膜萃取、膜吸收、膜精餾、促進傳遞、液膜、氣膜等過程。其中：滲析、電滲析、反滲透、納濾、超濾、微濾技術(shù)已很成熟，應(yīng)用也廣泛。5整理ppt10.2.3膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)(1)膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)：主要研究膜的斷面與表面。

均相膜和異相膜均相膜：均勻地呈單相存在；異相膜：不是呈單相存在。

致密膜和多孔膜

致密膜：結(jié)構(gòu)最緊密的膜；多孔膜：結(jié)構(gòu)較疏松的膜。

對稱膜和非對稱膜

對稱膜：膜的厚度方向結(jié)構(gòu)均一、同性；非對稱膜：同種材料，沿膜的厚度方向上呈不同結(jié)構(gòu)。6整理ppt(2)膜的孔①膜孔的結(jié)構(gòu)具有多樣性，不同的膜具有不同的孔結(jié)構(gòu)，同一張膜也會具有不同的孔結(jié)構(gòu)。

復(fù)合膜：在對稱或非對稱的底膜上，復(fù)合上一層很薄的、致密的、有特殊功能的另一種材料的膜層。7整理ppt②膜的孔徑、孔徑分布、孔密度和空隙率膜的孔徑:膜內(nèi)孔的直徑,有最大孔徑和平均孔徑之分；孔徑分布:某一孔徑的孔體積占整個孔體積的百分數(shù)；孔密度:單位膜面積上孔的數(shù)目；空隙率:所有孔體積占整個膜體積的百分數(shù)。③膜的厚度整個膜厚、膜的某個層次厚度之分。均質(zhì)膜——一般較厚，透量較?。粡?fù)合膜——可使致密層厚度極薄。8整理ppt10.2.4反滲透與納濾(1)反滲透的基本原理溶解-擴散理論：①溶劑和溶質(zhì)被吸附溶解于膜表面；②溶劑和溶質(zhì)在膜中擴散傳遞，最終透過膜。溶劑溶液膜滲透溶劑溶液∏=ρgH平衡H溶劑溶液反滲透p>∏p9整理ppt（2）濃度極化改變操作條件控制濃度極化：①增加原料液的流速；②適當提高操作溫度透過快的組分透過慢的組分推動力膜濃度極化示意圖10整理ppt（3）膜的污染

操作一定時間后，膜表面被不溶的沉積物所覆蓋，使膜的性能下降。主要原因：原料液處理不當所造成的。如：①懸浮顆粒；②膜表面結(jié)垢；③細菌污染；④金屬氧化物、有機物、淤泥等。（4）納濾納濾過程與反滲透過程極為相近，納濾膜能夠攔截納米數(shù)量級的分子。與反滲透相比，納濾水透量大、操作壓力低、成本低納濾可以用于脫除水溶液中的雜質(zhì)和有機物，如印染水的脫色、飲用水的預(yù)處理等。11整理ppt10.2.5超過濾與微孔過濾以壓力為推動力的膜分離過程。超濾：截留大分子溶質(zhì)，而允許低分子溶質(zhì)和溶劑通過，從而將大分子與小分子分開。微濾超濾納濾反滲透微粒大分子小分子二價離子一價離子水微濾、超濾、納濾、反滲透對物質(zhì)的截留12整理ppt超濾和微濾的截留機理主要是物質(zhì)在膜表面及微孔內(nèi)的吸附、在孔內(nèi)的停留（阻塞）、膜表面的機械截留（篩分）、架橋截留和膜內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)截留。機械截留吸附截留架橋截留膜表面截留膜內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)截留13整理ppt10.2.6滲析和電滲析（1）滲析的基本原理

膜兩側(cè)溶液中的溶質(zhì)或溶劑在濃度差的推動下透過膜。典型過程：血液透析膜滲吸液溶劑滲出液原液溶質(zhì)溶劑ABx1x2溶劑＋擴散物質(zhì)滲透過程原理14整理ppt（2）電滲析的基本原理溶液中的離子在電位差的推動下，通過荷電膜而同其他不帶電的組分分開。電滲析過程的基本原理：陽膜：帶負電的陽離子傳遞膜陰膜：帶正電的陰離子傳遞膜電滲析廣泛地應(yīng)用于苦鹽水脫鹽，是世界上某些地區(qū)生產(chǎn)淡水的主要方法。濃溶液稀溶液電極沖洗液原料液陽極陰極CACA電滲吸過程原理15整理ppt10.2.7氣體膜分離過程（1）氣體膜分離的機理

氣體混合物在膜兩側(cè)分壓差的作用下，各組分氣體以不同滲透速率透過膜，使混合氣體得以分離或濃縮的過程。描述氣體通過高分子膜的主要參數(shù)：①滲透率P：描述膜的氣體透過性；②滲透系數(shù)J：單位時間、單位膜面積、單位推動力作用下所透過氣體的量；③分離系數(shù)α：描述氣體分離膜的選擇性，一般將其定義為兩種氣體i，j滲透系數(shù)之比。16整理ppt（2）氣體膜分離的主要應(yīng)用

①氫氣的回收利用；②從空氣中制取富氮氣體和富氧氣體。10.2.8滲透蒸發(fā)過程在膜的原料側(cè)是液體混合物，膜的另一側(cè)為氣相真空或負壓操作，混合物的各組分在分壓差作用下，以不同速率從膜的一側(cè)蒸發(fā)并滲透到膜的另一側(cè)，從而達到分離濃縮的目的。區(qū)別于其他膜過程的重要特點是有相變。假設(shè)過程分兩步完成：①進料液體在膜進料側(cè)蒸發(fā)形成飽和蒸汽，②飽和蒸汽透過膜到達膜的滲透側(cè)。主要應(yīng)用：有機溶劑脫水、水的凈化、有機混合物分離。17整理ppt10.2.9其他膜過程（1）控制釋放指：用分離膜控制藥物的釋放速度和作用時間，被應(yīng)用于醫(yī)療和農(nóng)業(yè)等方面。時間濃度有效時間常規(guī)釋放控制釋放有效濃度兩種不同給藥方式的對比18整理ppt（2）膜反應(yīng)器膜反應(yīng)器中，可以利用膜的選擇透過性，連續(xù)脫除某些反應(yīng)產(chǎn)物，保留反應(yīng)物或中間產(chǎn)物，以促使反應(yīng)不斷向生成物方向進行，提高可逆反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，減少未反應(yīng)物的循環(huán)量。分為兩大類：催化膜反應(yīng)器、惰性膜反應(yīng)器。19整理ppt基礎(chǔ)研究過程開發(fā)過程優(yōu)化低速增長價格穩(wěn)定性高速增長使用可靠性技術(shù)狀況出售狀況MDMRMECATFTMDMFdMELMPVGSCREDROUFMFDD-滲吸；LM-液膜；MF-微孔過濾；ME-膜