子任务3知识点2：膜分离技术.
膜分离技术
膜分离技术膜分离技术是一种用于分离混合物的重要技术手段，广泛应用于饮用水处理、废水处理、生物制药等领域。
本文将对膜分离技术的原理、应用和发展进行详细介绍。
一、膜分离技术的原理膜分离技术利用选择性透过性的膜将混合物分离成两个或多个组分。
膜的选择性透过性是通过材料的物理和化学性质以及膜表面的特性来实现的。
常用的膜材料包括有机膜和无机膜。
1. 有机膜有机膜是以有机高分子材料为基础制成的膜，常见的有机膜包括聚醚酯膜、聚丙烯膜和聚乙烯膜等。
这些有机膜具有较好的弹性和韧性，适用于分离溶液中的有机物、溶剂或气体。
2. 无机膜无机膜是由陶瓷、金属等无机材料制成的膜，具有良好的化学稳定性和耐高温性。
无机膜适用于分离溶液中的无机盐、重金属离子以及高温下的气体分离。
膜分离技术的原理包括压力驱动、浓度差驱动和电场驱动等。
其中，压力驱动是最常用的膜分离方式。
通过施加压力，使溶液在膜上形成一定的压差，从而使溶质通过膜的选择性孔隙进入膜的另一侧，而溶剂则随之透过膜。
通过调节压力大小可以实现对溶质的分离。
二、膜分离技术的应用膜分离技术具有广泛的应用领域，如下列举几个常见的应用。
1. 饮用水处理膜分离技术可以有效地去除水中的悬浮物、细菌、病毒等有害物质，提高水的品质，保障人们的健康。
常见的饮用水处理工艺包括超滤、纳滤和反渗透等。
2. 废水处理膜分离技术可以将废水中的有机物、重金属离子、油脂等有害物质与水分离，使废水得到净化和回收利用。
废水处理中常采用的膜分离工艺有微滤、超滤和纳滤等。
3. 生物制药膜分离技术可以实现生物制药过程中的精细分离和纯化。
例如，在细胞培养过程中，可以通过膜分离技术将细胞和培养液分离，提取目标产物，保证产品的纯度和品质。
4. 气体分离膜分离技术在气体分离中也具有重要应用。
例如，可以利用膜分离技术将混合气体中的氮气与氧气分离，达到制取高纯度氧气的目的。
三、膜分离技术的发展随着科学技术的不断进步，膜分离技术也在不断发展和完善。
膜分离技术
膜分离技术简介膜分离技术是一种通过膜进行物质分离和纯化的技术。
它广泛应用于制备纯化工业和生物制药中，其原理是利用特定的膜，通过选择性透过、排除或吸附的方式将混合物中的目标物质与其他组分分离开来。
膜分离技术具有高效、节能、环保等优点，因此在各个领域得到了广泛应用，并成为一个重要的物质分离技术。
原理膜分离技术的基本原理是利用膜的选择性透过性来实现分离。
根据分离机制的不同，膜分离技术可以分为几种不同的类型，包括微滤、超滤、纳滤、反渗透和气体分离等。
每种类型的膜分离技术都有其特定的分离机制和应用范围。
•微滤：微滤膜具有较大的孔径，一般用于分离固体颗粒和大分子物质，如悬浮固体和细菌等。
•超滤：超滤膜的孔径较小，可以分离分子量较大的物质，如蛋白质和胶体等。
•纳滤：纳滤膜的孔径更小，可以分离分子量更小的物质，如盐和有机物等。
•反渗透：反渗透膜是一种半透膜，其孔径非常小，可以有效地分离溶质和溶剂。
这种技术常被用于海水淡化和废水处理等领域。
•气体分离：气体分离膜是一种特殊的膜，可以分离不同气体的混合物。
这种技术在天然气加工和二氧化碳捕获等领域有广泛应用。
应用膜分离技术在许多领域都有广泛的应用。
以下是其中几个应用领域的简要介绍：生物制药在生物制药中，膜分离技术被广泛用于分离和纯化蛋白质、细胞因子和其他生物分子。
通过使用超滤和纳滤等技术，可以将目标蛋白质从细胞培养液中分离出来，并去除其他杂质。
这种技术不仅能够提高产品纯度，还可以减少后续步骤的处理量，提高生产效率。
医药膜分离技术在医药领域有着广泛的应用。
例如，在血液透析和血液净化中，通过使用半透膜将废物和多余的物质从血液中分离出来，达到治疗和净化的目的。
此外，膜分离技术还可以用于药物传递系统中，通过控制药物在膜上的透过性实现持续释放和控制释放。
环境工程膜分离技术在环境工程中的应用也非常广泛。
例如，在水处理中，可以使用反渗透膜将盐和有机物等溶质从海水或废水中分离出来，实现水的淡化和净化。
膜分离技术基本知识
对称膜
致密膜 多孔膜 离子交换膜
按膜结构 分类
非对称膜
非对称膜
复合膜
平板膜
按膜外形形 状分类
管式膜
中空纤维膜 蜂窝状膜
膜分离过程及其分离原理
过程 膜的功能 透过组分 截留组分
透过组分在料 液中的含量
推动 力
分离原理
膜类型
进料和 透过物 物态
简图
微滤 （MF）
溶液或气体 除菌，脱微 粒
溶液或气 体
细菌、病毒 悬浮颗粒 蛋白质、酶等 大分子有机物 抗生素、合成药、染料 二价及多价盐、二糖等 单价盐（NaCl、KCl等）
水
膜分离特性示意图
过滤精度
埃 10-8cm 1 10 100 病毒 1000 104 105 花粉 细纱 细菌 106 107
糖
溶解盐
胶体
传统过滤
微滤
超滤 纳滤 反渗透
离子交换
近期学习总结
主要内容
• • • • • • 1、膜的分类 2、膜制备技术 3、微滤 4、超滤 5、纳滤 6、反渗透
微滤 超滤
压力差
纳滤 反渗透 气体分离 渗析 渗透汽化
按膜过程 推动力分类
浓度差
控制释放 液膜 膜传感器
电化学势
电渗析 膜电解
温度差：膜蒸馏 化学反应：化学反应膜
微滤（MF） 超滤（UF） 纳滤（NF） 反渗透（RO）
化学工业 石油机械 生物化工
电子行业
医疗、医药
食品工业 水处理 冶金
4、超滤UF（ultrafiltration）
基本性质：
超滤膜孔径范围1~50nm，筛分机理，能够截留的物质大小为10~100nm，已经达 到分子级别，操作压力低，0.1~0.5MPa，膜通量比微滤小很多，多为非对称膜。在常 温无相变的温和条件下进行密闭操作，能耗非常低，由于溶液中大分子物质的扩散系 数小，超滤过程容易产生浓差极化现象。
膜分离技术
乳状液膜示意图
支撑液膜示意图
3.2
膜蒸馏
膜蒸馏是一种采用疏水微孔膜以膜两侧蒸汽压力差为 传质驱动力的膜分离过程，基本原理如下图：
优点：（1）常压下进行，设备简单、操作方便 （2）只有水蒸汽能透过膜孔，所以蒸馏液十分纯净（3）可以处理极高浓度 的水溶液，是目前唯一能从溶液中直接分离出结晶产物的膜过程； （4）无需把溶液加热到沸点，只要膜两侧维持适当的温差，就可以进行， 有可能利用太阳能、地热、温泉、工厂的余热和温热的工业废水等廉价能源。
2.1
应用
微滤
（1）水的高度净化：除菌和微粒 （2）食品、饮料、酒类、酱油醋等悬浮物、
微生物和异味杂质
（3）药液的过滤除菌 （4）发酵工业的空气净化和除菌。
2.2
超滤
行分离的筛分过程，其截断分子量一般在6000到50万， 如多糖、蛋白质、酶、胶体等。 孔径为几十nm，操作压0.2-1MPa
定义：以压力差为动力，利用超滤膜不同孔径对液体中溶质进
剂的膜分离操作。对膜一侧的料液施加压力，当压力超过它的渗透 压时，溶剂会逆着自然渗透的方向作反向渗透。从而在膜的低压侧 得到透过的溶剂，即渗透液；高压侧得到浓缩的溶液，即浓缩液。
2.4
反渗透
特点：所分离物质分子量一般小于500，操作压2-100MPa
膜结构：反渗透膜通常使用非对称膜和复合膜,孔径小于0.5nm
3
新型膜分离技术
液膜萃取 亲和膜分离 渗透蒸发 气体分离 膜蒸馏
膜反应器
泡沫分离
3.1
液膜萃取
原理：液膜萃取技术是一种以液膜为分离介质，利用液膜 的选择透过性，以浓度差为推动力的一种新型膜分离方法， 结合了固体膜分离法和溶剂萃取法的特点
膜分离技术
膜分离技术膜分离技术是一种重要的分离技术，通过膜将混合物中不同分子大小、形状、电荷和极性等特性的物质分离出来。
它广泛应用于各种领域，如环境保护、医药制造、食品加工、化学工业和电子行业等。
本文将介绍膜分离技术的工作原理、分类和应用，并探讨其未来的发展前景。
一、膜分离技术的基本原理膜分离技术利用膜作为分离介质，将混合物分离成两个或更多的组分，其中其中至少有一种组分通过膜而另一种组分不直接通过。
根据膜分离的机制可以分为以下三种类型：1、压力驱动膜分离技术压力驱动膜分离技术是指通过施加压力将混合物推动到膜上，以实现分离的技术。
膜的孔径大小、膜的材质和压力差均会影响分离效果。
该技术主要包括超滤、逆渗透和微滤等。
超滤是指利用孔径大小在10-100纳米的超滤膜去除溶液中的高分子物质。
逆渗透是利用高压驱动水通过0.1纳米左右的逆渗透膜，将混合物中的水增量分离出来，这是制取纯水的主要技术之一。
微滤是利用孔径在0.1-10微米的微滤膜去除悬浮物、细菌和微生物等。
2、电力驱动膜分离技术电力驱动膜分离技术是利用电场将混合物推动到膜上，实现分离的技术。
例如电渗析技术是利用电场和离子之间的电荷作用，将含有离子的溶液通过电场驱动到离子交换膜中，使得原来溶液中的阴离子和阳离子在两侧集中，最终通过两个极板分别收集。
3、扩散驱动膜分离技术扩散驱动膜分离技术是指利用分子间的扩散速率的大小差异，将混合物中的混合物分离的技术。
例如气体分离、液体浓缩和溶液析出等。
二、膜分离技术的分类根据膜的性质和分离机制的不同，可以将膜分离技术分为以下几种类型：1、纳滤技术纳滤技术是利用孔径在10-100纳米的纳滤膜，将分子大小在10-100纳米之间的物质分离出来。
纳滤技术主要应用于制备高分子材料、微电子器件制造和水处理等领域中。
2、超滤技术超滤技术是利用孔径在0.01-0.1微米之间的超滤膜，将分子大小在1000道100万道之间的物质分离出来。
超滤技术主要应用于蛋白质提取、水处理、生物制品制备和废水处理等领域中。
第3章 膜分离
筛分机理: 根据被分离物之间物理性质的不同，
主要是质量、体积大小和几何形态的差异，用 过筛的办法将其分离。 溶解-扩散机理：根据混合物化学性质的不同。
主要分两个步骤，一是溶解，二是扩散。
2.3.1 微孔模型
对于微孔过滤，膜的孔径往往比溶
质分子的平均只有程大得多，在这种情况
下，溶质在膜孔中以对流形式传递，因此 可用孔流模型描述。当在以压力差为推动 力的传递情况下，溶剂的渗透通景主要取 决于膜的孔径、孔隙率、孔的曲折因子，
反渗透
原理：在静压差推动力 作用下进行的分离过程 透过组分：溶剂 截留组分：1~10Å 小分 子溶质 传递机理：溶解-扩散 膜类型：非对称膜 推动力：压力差 1000~10000kPa
溶质
进料
溶剂
渗析
原理:在浓度差推动力作用下进 行的筛孔扩散分离过程 透过组分:小分子溶质或较小的 溶质 截留组分:>0.02 µm 血液渗析中>0.005 µm 传质机理:筛分微孔膜内的受阻 扩散 膜类型:非对称膜或离子交换膜 推动力:浓度差 渗析液 溶剂或水 水
分离膜分类
按膜的材料分类
1、天然膜（生命膜） 天然物质改性或再生而制成的膜。 2、合成膜 无机膜； 高聚物膜。
按膜的形态结构分类 1、按形态分 均质膜（对称膜）； 非对称膜。
2. 按膜 的作用机理分类
a. 吸附性膜 多孔膜 等； 反应膜 质。 多孔石英玻璃，活性炭，硅胶和压缩粉末 膜内含有能与渗透过来的组分起反应的物
纳滤
原理：在静压力差推动 力作用下进行的分离过 程 透过组分：溶液、低价小 分子溶 质 截留组分：>1nm 传递机理：溶解扩散 膜类型：非对称膜 推动力：压力差 500-1500kPa 高价离子 溶质
《膜分离技术》课件
控制运行参数
根据实际运行情况，调整压力、流量等运行 参数，优化处理效果。
应急处理
针对突发故障或水质异常情况，采取相应的 应急处理措施，确保系统稳定运行。
04
膜分离技术的优势与局限 性
优势
高效分离
膜分离技术能够高效地分离混合物中 的不同组分，实现高纯度产品的制备 。
节能环保
膜分离过程通常在常温下进行，能耗 较低，且不产生有害物质，符合绿色 环保理念。
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THANKS
膜分离技术需要使用特定的化学品进行清洗和维护，因此化学品成本 也是需要考虑的因素。
环境效益分析
减少污染排放
膜分离技术可以有效地减少工业 废水中的有害物质排放，减轻对 环境的污染。
节约资源
膜分离技术可以提高资源的利用 率，减少浪费，对环境保护具有 积极的影响。
提高生产效率
膜分离技术可以优化生产流程， 提高生产效率，降低能耗和资源 消耗，从而减少对环境的负面影 响。
特点
孔径分布均匀、过滤精度 高、阻力小。
03
膜分离技术的工艺流程
原水预处理
去除大颗粒杂质
通过过滤、沉淀等方法去除原水中较大的颗粒、悬浮物和杂质。
降低浊度
通过加入絮凝剂、沉淀等方法降低原水的浊度，提高水质清晰度。
调节pH值
根据不同膜材料的特性，通过加酸或加碱调节原水的pH值至适宜 范围。
膜组件的安装与调试
2
膜分离技术可以有效地去除医药产品中的杂质和 有害物，膜分离技术的应用前 景越来越广阔，为新药研发和生产提供了新的技 术支持。
06
膜分离技术的经济效益分 析
投资成本分析
设备购置成本
膜分离技术的设备购置成本较高，包括膜组件、泵、管道等。
认识膜分离技术
聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙稀、聚乙烯、聚碳酸酯、聚（醚）砜、聚（醚）酰亚胺、聚醚醚酮等
氧化铝、氧化锆、氧化钛、碳化硅
超滤
聚（醚）砜、磺化聚砜、聚偏二氟乙烯、聚丙稀腈 、聚（醚）酰亚胺、聚脂肪酰胺、醚酮、纤维素类等
氧化铝、氧化锆
纳滤
聚酰（亚）胺
反渗透 二醋酸纤维素、三醋酸纤维素、聚芬香酰胺类、聚合苯并咪唑（酮） 聚酰（亚）胺、聚酰胺酰阱、聚醚脲等
电渗析、膜 含有离子基团的聚电解质：磺酸型、季胺型等
电解
四氟乙烯和含磺酸或羧酸的全氟单体共聚物
渗透气化 弹性态或玻璃态聚合物;聚丙稀腈、聚乙烯醇、聚丙稀酰胺
气体分离 弹性态聚合物：聚二甲硅氧烷、聚甲基戊烯
பைடு நூலகம்
玻璃态聚合物：聚酰亚胺、聚砜
膜接触器 疏水聚合物：聚四氟乙烯、聚丙稀、聚乙烯、聚偏氟乙烯
推动力: 压力差（也称跨膜压差）、浓度差、电位差、温度差等。
9
01 任务一 认识膜分离技术
膜分离法 微滤
超滤
反渗透
透析 电渗析 渗透气化
传质推动力
压差 （0.05～0.5MPa）
压差 （0.1～1.0MPa）
压差 （1.0～10MPa）
浓差 电位差 压差，温差
分离原理 筛分
筛分
筛分
筛分 筛分，荷电 溶质与膜的亲和力
目录
CONTENTS
01 任务一 认识膜分离技术
02 任务二 认识吸附分离技术 03 任务三 认识色谱分离技术 04 任务四 选择分离方法 05 综合案例 06 总结与归纳
学习目标:
学习膜、吸附、色谱等新型分离设备的结构、工艺流程和工作原理； 会操作膜分离设备；能够分析、判断和解决膜分离生产中发生的生产问题。
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选择原盐的主要标准: ⑴ 氯化钠含量要高，一般要求大于 95%；⑵ 化学杂质要少，Ca2+、Mg2+ 总量要小于 1%，SO42+要小于 0.5%；⑶ 不溶水的杂质要少；⑷ 盐的颗粒要粗。
2.粗制盐水的制备与 Mg2+去除的工艺流程(重点与难点)
外来蒸汽
过滤后盐水 脱SO24ˉ的淡盐水
自来水 氢氧化钠
3.Ca2+去除的工艺流程
折流反应槽
碳酸钠溶液 来自浮上澄清桶
M
板框压滤机
折流槽
来自浮上澄清桶 盐酸
去配水罐
去电解工序
后反应罐
盐水中间罐
中间盐水泵
凯膜过滤器
洗泥池
泥浆泵
压滤盐水罐
压滤盐水泵
精盐水罐
精盐水泵
图 1-41 Ca2+去除的生产工艺流程图
Ca2+去除的方法：
Na2CO3＋CaCl2＝CaCO3↓＋2NaCl
4.膜分离技术
⑴ 膜分离的基础(难点)
膜分离：借助于膜而实现各种分离的过程称之为膜分离。
图 1-42 多孔膜
图 1-43 无孔膜
膜的种类繁多，大致可以按以下几方面对膜进行分类。 ①根据膜的材质，从相态上可分为固体膜和液体膜。 ②从材料来源上，可分为天然膜和合成膜，合成膜又分为无机材料膜和有机高分子膜。 ③根据膜的结构，可分为多孔膜和致密膜如图 1-47、1-48 所示。
图 1-47 多孔膜
图 1-48 无孔膜
④按膜断面的物理形态，固体膜又可分为对称膜、不对称膜和复合膜。对称膜又称均质膜。不 对称膜具有极薄的表面活性层（或致密层）和其下部的多孔支撑层。
⑤根据膜的功能，可分为离子交换膜、渗透膜、微孔过滤膜、超过滤膜、反渗透膜、渗透汽化 膜、闸膜、气体渗透膜等。
⑥根据固体膜的形状，可分为平板膜、管式膜、中空纤维膜以及具有垂直于膜表面的圆柱形孔 的核径蚀刻膜，简称核孔膜等。
三、任务计划
根据决策方案的完成的工作要求和完成任务需要的时间要求，在教师的指导下，由组长负责组 织成员共同完成膜分离过程的工作计划。本次完成膜分离技术的理论技能培训工作任务需要 2 课时。
四、任务实施
根据本次粗盐水工作任务的计划进度要求，开始实施工作任务，首先需要了解膜分离的工作原 理与工作过程。
了解凯膜过滤器装置的组成、功能、工作原理与操作方法等，在认识其结构与原理的基础上， 与小组内的学生一起完成理论与操作技能的培训学习。如下：
多媒体教室
课堂讲授、讨论提问法
教学过程设计
一、任务资讯
1.膜分离装置的技术资料与图片。 2.一次盐水生产工艺流程图。 3.一次盐水生产仿真操作实训软件。
二、任务决策
通过对完成任务的工作条件、基本生产资料、完成后将获得的结果与过程的要求进行了逐一分 析，确定对粗盐水制备过程中的新生成的碳酸钙颗粒，将通过采用薄膜过滤器的方法实施分离操作， 达到完成粗盐水中所含的杂质碳酸钙颗粒的目的，因此，需要学习液体混合物中的颗粒的分离中的 膜分离的相关技术与操作方法。
（一）一次盐水的生产过程 1.生产原料—原盐
原盐：工业生产中使用的原料食盐称之为原盐。
表 1-8 从薄膜过滤器溢流而出的盐水质量指标
控制项目
指标要求
NaCl(g/l)
≥315
Na2CO3(g/l)(过量)
0.3～0.6
NaOH(g/l)(过量)
0.07～0.3
盐水温度（℃）
50 左右
ss
＜1mg/l(Ca、Mg 固体物除外)
过程
进料
微孔过滤 （0.02～ 10um）
表 1-9 几种主要的膜分离过程
简图
推动力
压力差～ 100kPa
滤液（水）
传递 透过 机理 物 颗 粒 水、溶 大小、 剂 溶 形状 解物
截留 物
悬浮 物颗 粒、纤 维
膜类 型
多孔 膜
超滤 （0.001～ 进料 0.02um）
反渗透 （0.0001～ 进料 0.001um）
渗析
进料 扩散液
浓缩液 滤液
压力差 100 ～ 1000kPa
分 子 水、溶 物性、 剂 大小、 形状
胶体 非对 大分 称性 子（不 膜 同分 子量）
溶质（盐） 溶剂（水）
压力差 1000 ～ 10000kPa
溶剂 的扩 散传 递
水、溶 剂
溶质、 非 对 盐（悬 称 性 浮物 膜或 大分 复合 子、离 膜 子）
职业教育应用化工技术专业教学资源库《离子膜烧碱生产操作》课程教学方案
淄博职业学院《离子膜烧碱生产操作》课程教学方案
教师：
授课 时间 授课 班级 学习 内容
上课地点 子任务 3：一次盐水制备过程----知识点 2：膜分离技术
序号：
多媒体教室
学时
教学 目标
目标 群体 教学 环境 教学 方法 时间 安排
专业能力
压缩空气 三氯化铁 去中间反应罐
去洗泥池
配水罐
化盐泵
化盐池
粗盐水池
粗盐水泵
溶气罐
文丘里混合器 三氯化铁高位槽
浮上澄清桶槽
图 1-41 粗制盐水制备与 Mg2+去除的生产工艺流程图
Mg2+去除的方法
MgCl2＋2NaOH＝Mg(OH)2↓＋2NaCl
FeCl3＋3NaOH＝Fe(OH)3↓＋3NaCl
净化液 接受液
浓度差
溶质 的扩 散传 递
低分 子量 物离 子
溶剂 分子 量>10 00
非对 称性 膜离 子交 换膜
电渗析 气体分离
﹣ ﹢
浓电解质 极
产品（溶剂）
电化学势
电解 质离 子的 选择 传递
电解 质离 子
非电 解质 大分 子物 质
离子 交换 膜
极
阴离子 交换膜
进
阳离子
料 交换膜
进气
渗余气
压力差 气体 渗透 难渗 均匀 1000 ～ 和 蒸 性 的 透 性 膜、复
◇能分析粗盐水精制的过程； ◇能分析膜分离的工作过程
方法能力
学会膜分离装置的选用和使用维护保养方法，完成任务小组内、外部资源协调使用 的方法。
社会能力
在进行化工工艺仿真实训过程中，要团结协作，完成膜分离装置分离悬浮物的工作 任务，能做到理论联系实际。
之前已学习了液体输送工作任务，熟悉了完成盐水输送工作任务需要的工作条件。为完成工作任务， 需要先学习一下膜分离装置的组成、结构、工作过程及其操作方法，通过反渗透装置的操作训练， 提高了学生的解决膜过滤的实际问题的能力，让学生学会完成生产任务的工作方法。
10000kPa 汽 的 气 体 的 气 合 膜
浓度差 扩 散 或 蒸 体 或 非 对
（ 分 压 渗透 汽
蒸汽 称 性
差）
膜
渗透气
过程
进料
渗透汽化
简图
液膜（促进 传递）
内相
膜相
点 外相
溶质或溶剂 溶剂或溶质
推动力 分压差
传递 机理 选择 传递 （物 性差 异）
透过 截留 膜类
物