第六章 膜分离技术
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大学功能高分子材料经典课件——高聚物膜
高聚物膜
（纳米）
10000
各种膜的分离特性
微滤
悬浮颗粒
超滤 纳滤 反渗透
大分子有机物
糖类等小分子有机物，二价盐 或多价盐 单价盐
水
膜的分类
按孔径大小：微滤膜、超滤膜、反渗透膜、纳滤膜 按膜结构：对称性膜、不对称膜、复合膜 按材料分：合成有机聚合物膜、无机材料膜
膜材料的特性
基本要求： – 耐压：膜孔小，要保持高通量就必须施加较高
（美国，明尼苏达）
纳滤的应用
行业 制药工业
食品工业
处理对象
母液中有效成分的回收 抗菌素的分离纯化 维生素的分离纯化
氨基酸的脱盐与纯化 乳清脱盐与浓缩 苛性碱回收
染料工业 活性染料的脱盐与回收
行业 化工行业
纯水制备 废水处理
处理对象 酸碱纯化、回收 电镀液中铜的回收
超高纯水 水的脱盐 地下水的净化 印染厂废水脱色 造纸厂废水净化
粒子
体粒子
溶质分子按大小 压力差（0.1-1MPa M＝500～
筛分并精制
）
30万
水的分离与溶质 膜对水的选择透过 低分子、无
的浓缩
性及压力差（0.02 机离子
～0.1MPa）
反渗透
0.1 1.0
超滤
10
氢 无机离子 高分子 离 低分子 胶体 子 有机物 病毒
微滤
100
1000
细菌 悬浊物 微细油珠
超滤膜：用于分子量为500至100万之间的分级。
膜材料有醋酸纤维素，聚酰亚胺，聚丙烯腈，聚醋 酸乙烯，丙烯酸盐与氯乙烯 共聚物等。
反渗透膜：醋酸纤维素膜、芳香族聚酰胺、聚苯并味 唑、磺化聚苯撑氧、聚酰胺羧酸、聚乙烯亚胺、聚甲 苯二异氰酸脂、氰乙基化聚乙烯亚胺。
第六章气体膜分离ppt课件
四步过程： 气体与膜的接触 气体向分离膜的表面溶解(溶解过程) 溶解的分子由于浓度梯度进行活性扩散(扩散过程） 分子在膜的另一侧逸出。
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
非多孔均质膜的溶解扩散机理
Knudsen扩散
❖ 气体的渗透速度q：
q43r2RM T1/2pL1R Tp2
气体透过膜孔的速度与其相对分子质量的平方根 成反比。
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
分子筛分
❖ 大分子截留、小分子通过孔道，从而实现分 离。
应用阶段 ❖ 1940s：铀235的浓缩(第一个大规模应用) ❖ 1950年：富氧空气浓缩 ❖ 1954年：气体浓缩膜材料的改进
普及阶段 ❖ 1979年：Prism气体分离膜装置的成功
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
气体分离膜材料及膜组件
（1）膜材料 有机膜：聚合物膜（便宜，常用） 无机膜：金属膜、陶瓷膜、分子筛膜
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
描述气体通过高分子膜的主要参数
① 渗透率：描述膜的气体透过性； ② 渗透系数：单位时间、单位膜面积、单位 推动力作用下所透过气体的量； ③ 分离系数：描述气体分离膜的选择性，一 般将其定义为两种气体i，j渗透系数之比。
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
非多孔均质膜的溶解扩散机理
Knudsen扩散
❖ 气体的渗透速度q：
q43r2RM T1/2pL1R Tp2
气体透过膜孔的速度与其相对分子质量的平方根 成反比。
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
分子筛分
❖ 大分子截留、小分子通过孔道，从而实现分 离。
应用阶段 ❖ 1940s：铀235的浓缩(第一个大规模应用) ❖ 1950年：富氧空气浓缩 ❖ 1954年：气体浓缩膜材料的改进
普及阶段 ❖ 1979年：Prism气体分离膜装置的成功
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
气体分离膜材料及膜组件
（1）膜材料 有机膜：聚合物膜（便宜，常用） 无机膜：金属膜、陶瓷膜、分子筛膜
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
描述气体通过高分子膜的主要参数
① 渗透率：描述膜的气体透过性； ② 渗透系数：单位时间、单位膜面积、单位 推动力作用下所透过气体的量； ③ 分离系数：描述气体分离膜的选择性，一 般将其定义为两种气体i，j渗透系数之比。
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
膜分离
第六章：膜分离过程一、概述1、膜分离：膜分离是利用具有一定选择性透过特性的过滤介质进行物质的分离纯化。
（原理：滤饼截留)2、膜分离技术：利用膜的选择性（孔径大小），以膜的两侧存在的能量差作为推动力，由于溶液中各组分透过膜的迁移率不同而实现分离的一种技术。
3、膜分离过程原理：以选择性透膜为分离介质，通过在膜两边施加一个推动力（如浓度差、压力差或电位差等）时，使原料侧组分选择性地透过膜，以达到分离提纯的目的。
通常膜原料侧称为膜上游，透过侧称为膜下游。
4、影响膜分离的因素：大小、扩散、离子电荷、蒸汽压、温度、溶解度、表明作用、密度。
5、分离过程中膜的功能:①物质的识别和透过（是使混合物中各组分之间实现分离的内在因素）；②界面（提供一种状态，将透过液和保留液分为互不混合的两相）；③反应场（膜表面及孔内表面含有与特定溶质具有相互作用能力的官能团，通过物理、化学或生化反应提高膜分离的选择性和分离度）.6、膜分离的特点: ①高效：在很多情况下选择性较高，能有选择性地透过某些物质，而阻挡另一些物质的透过；浓缩和纯化可在一个步骤内完成。
②节能：操作在常温下进行；不发生相变化（因而能耗较低）。
③设备易放大，可以分批或连续操作。
④无污染：是物理过程，不需加入化学试剂，因而在生物产品的处理中占有重要地位。
7、膜的分类：①按膜的材料分类（纤维素酯类、非纤维素酯类）；②按膜的分离原理及适用范围分类（微孔膜、超滤膜、反渗透膜、纳滤膜、渗析膜、电渗析膜、渗透蒸发膜等）；③按膜的形态分类（平板膜、管式膜和中空纤维膜）；④按膜的结构分类（对称膜、非对称膜、复合膜）8、醋酸纤维素是当今最重要的膜材料之一。
优点：①透过速度大②截留盐的能力强③易于制备④来源丰富。
缺点：①易受微生物侵蚀；②pH值适应范围较窄；③不耐高温；④与某些有机溶剂或无机溶剂作用。
9、磺化聚苯醚膜和磺化聚砜膜是最常用的两种离子聚合物膜。
二、膜分离方法膜分离过程的实质是物质透过或被截留于膜的过程，近似于筛分过程，依据滤膜孔径大小而达到物质分离的目的，故而可以按分离粒子大小进行分类。
《膜分离技术》PPT课件
27
脂肪族聚酰胺
脂肪族聚酰胺是线形高分子材料，由亚甲 基链段和极性基团（酰胺基）有规律交替 链接而成。
O
CH2 C NH
p型脂肪族聚酰胺
p-1
n
O
O
NH CH2 NH C CH2 C mp型脂肪族聚酰胺。
m
p-2
2021/6/10
n
28
芳香族聚酰胺
分子骨架上含有芳环的聚酰胺称为芳 香族聚酰胺。目前工业化的有两大类：
HCH2OHO
H OH
HCH2OHO
H
O
OH OH
H H
H OH
OH H
H
H H
O
O
CH2OH
H
O
OH
H H
H OH
H OH
OH H
H H
H OOH
CH2OH
n_2
2
2021/6/10
22
从结构上看，每个葡萄糖单元上有三个羟基。在催化 剂（如硫酸、高氯酸或氧化锌）存在下，能与冰醋酸、醋 酸酐进行酯化反应，得到二醋酸纤维素或三醋酸纤维素。
聚酰胺（俗称尼龙）是指分子主链上含有酰胺基 团（-NHCO-）的高分子化合物。英文为polyamide， 缩写为PA。
早期使用的聚酰胺是脂肪族聚酰胺，如尼龙-4、 尼龙—66等制成的中空纤维膜。
以后发展了芳香族聚酰胺，用它们制成的分离膜， pH适用范围为3～11。长期使用稳定性好。
2021/6/10
用赛璐玢和消化纤维素膜观察了电解质和非电解质的反 渗透现象
obain..etc
1930
Teorell， Meyer，
Sievers
进行了膜电势的研究，是电渗析和膜电极的基础
膜分离技术
膜分离技术第一篇：膜分离技术是一种用膜作为过滤介质，通过不同物质在膜上的传递速度差异将混合物分离的技术。
膜分离技术可广泛应用于制药、食品、环保等领域，具有高效、节能、清洁等优点。
膜分离技术根据不同分离机理，可分为压力驱动型、电动驱动型和阴离子交换型等多种分类。
其中，压力驱动型是最为常见的一种，通过给混合物施加一定压力，使其在膜上分离。
这种方法操作简单、适用范围广，但难以完全分离出相似性质的物质。
在膜分离过程中，最重要的是选择合适的膜材料。
目前市场上常用的膜材料有聚丙烯、聚酰胺、聚醚硫醚等。
不同材料的选择与分离物种、操作条件等因素有关。
此外，膜的形态也有多种，包括螺旋膜、中空纤维膜等，再根据不同领域的需求进行不同选择。
膜分离技术在制药领域可用于纯化、分离、浓缩、去除杂质等。
例如，在中药提取中，可用膜分离技术将提取液中的色素、腐植酸等杂质去除，提高纯度和品质。
在食品领域，膜分离技术可用于果汁浓缩、葡萄酒酒精浓缩等。
在环保领域，膜分离技术可用于废水处理中的COD、BOD、氨氮等物质的去除。
随着技术的不断发展，膜分离技术也在不断完善和推广，未来将会更广泛地应用于各个领域，实现更高效、清洁的生产方式。
第二篇：膜分离技术是一种较为新兴的分离技术，具有高效、节能、环保等优点。
在实际应用中，膜分离技术的性能与膜本身的材质有很大关系，因此选择合适的膜材料对膜分离技术的运用是至关重要的。
目前市场上常用的膜材料有聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯等多种。
其中，聚酰胺膜的选择是最为广泛的，具有较高的通量、分离效率和耐化学性。
聚醚硫醚膜与聚环氧腈膜也属于高性能膜，适用于一些对材料性能有较高要求的领域。
对于具体的分离要求，不同的膜材料有不同的优势。
例如，聚酰胺膜适用于中分子量的有机物和IEDED类水溶性物质的分离；聚乙烯膜适用于气体分离、有机物质分离等；聚偏氟乙烯膜适用于对PH值和温度有较高要求的分离领域等。
在选择膜材料时，应结合具体的分离条件和工艺要求进行。
《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。
感谢您的观看
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。
第6章 膜分离法
溶剂、 离子、 小分子
水、溶 剂
胶体及各 类大分子
悬浮物、 溶解物、
胶体
电渗析 ED
浓电解质
溶剂
阳
阴
极
极
阴膜 阳 原料液
离子交换 膜
电位差
离子在电 场中的传 递
离子
非解离和 大分子颗
粒
混合气
渗余气
气体
均质膜
压力差 气体的溶 易渗透 难渗透
阴以—缺把一浸定渗电气 传膜(（式因护 该七在易四醋3此 对传(微（在富疏四七大7表（与分构分b2))膜压—点溶侧涂在透渗体统接1中反都性、膜挥、酸参于质滤3外氮水、、规征3传离单离微气载 螺） ） ）上 力 透 是 剂 流 法 多 汽 析 在的 触 ： 渗 十能 膜 两 发 超 纤 数反 机 和 加 空 聚 电 膜 模 膜 统 膜 元 因滤体气旋能离定膜离差过膜和动—空化采均 分器透分 对分侧组滤维直 渗理超直气合渗分应透的在才数P、J膜分渗汽吹卷耗子期MGV解为物玷溶，—亚分用质 离，在方 分离压分及素接 透：滤流可物析离用过分绝可反—蒸超分扫式少渗对A离 透 化(SD出推中污液这将层离带膜 单包高便 离技力通微、决 过溶使电用：器技时性离大使映—滤G离馏渗膜，透膜Pa负动组后（种上过电中 元括压。 效术差过滤三定 程解用场于聚工术，能操多用膜一透与s透组不膜进离力分消或现。程荷的 操液下果的的膜的醋分 ，的作食四艺的多的作数。对-体过纳S扩汽件发不行原e子：除两象示的传 作操、发作时应酸离 通膜用品氟参发采参相情气A-化速滤液散p化生需反与原，微困种称意离递 如作操展用发用纤设 常都下保乙数展用数比况体膜a率料接机相 再 冲r组a可滤难不为图子靠蒸，作趋下生维备用是，鲜烯计趋卷是，下各进，料触理液t变生和分io交，同渗交溶 馏对能势，相素的 截多溶、、算势式透膜并组(浸m器。M液n，，清B3换不浓透换解 、膜耗利变、大 留孔液惰聚膜过分不分入)F、的/只可洗()水能度膜萃产都用，聚小 率膜中性丙组速离能透(-含m、扩 液o摩能连。s2中处的，取生有气相芬。 表。带气稀件率具直过有超散 -尔m·用续气h的理溶在、压决体变香示电氛、和。有接的聚滤o作分)于使接或s阴含液电吸实定混所酰其粒保聚中以应选合(i用率Us水用触k离有）场收作性合需胺分子护乙空下用择)物F，。。g中器)。子悬分作等用的物的类离可等烯纤优于性/涂、(溶 溶其已渗 蒸m渗等。浮别用，，影中热、性被方、维点分；液渗 浓纳传2离质 剂透 气透物置下也造响各量聚能膜面聚膜：离·中滤递h透 缩解)或的于膜可成。组来合。吸；偏组工，(；气过N的液液液半能以透分自苯引氟件程取F程离)体透允通水在原并、乙。，出、由子微非非。膜许过率膜料咪传烯而后反三复均复；孔的阴膜下中液唑递是膜渗对对步合质合两、来降渗的（通需上透膜组称称侧阳实，透降酮过要即(膜膜膜成R膜膜，离现因速温）膜将附O：)纯子，此率。。一着、聚溶通即抗的定一气酰由而汽剂过为压差面层体1（于产压5浓分将，膜实异积薄分亚（M透可蒸性而的薄温生差离）度压1P过用馏也实膜的(胺～度的G差差a膜于、是现装溶、S）差蒸而溶膜反分填)液聚自液萃渗离到，酰发去取透的某然胺通扩地除、膜过种后酰解溶向离膜性程开过散使扩阱-溶子吸能。放溶扩、解膜散液 。 收 的 或剂聚散-的（等一封蒸醚或，个闭发脲从实重的并等高 压 发易 或 发低现要壳发气蒸 的 组浓这指体生溶 易 组体度些标中交汽 挥 分解 挥 分溶膜。，联液过构，向程成即不 或 组 非 小 溶高的一可易 难 分 挥 分 剂气浓设定使度备形表溶 挥 发 子体溶统式皮解 发 的 和液称的层）为结固
膜分离技术PPT
优化膜结构
通过改变膜孔径、孔道形状和分布等结构参数，提高 膜的分离性能和通量。
强化传质过程
采用促进传递、电场辅助等方法强化传质过程，提高 分离效率。
降低能耗
优化操作条件，如降低操作压力、提高操作温度等， 以降低膜分离过程的能耗。
面临挑战及解决思路
膜污染问题
开发抗污染膜材料、优化操作条件和 采用清洗技术等措施减轻膜污染问题。
石油化工
用于油品脱硫、脱蜡、脱色等石油加工过程，以及化工原料的分 离和提纯。
环保领域
应用于废气处理、重金属回收、垃圾渗滤液处理等环保工程。
05 膜污染与防治策略
膜污染类型及成因分析
无机物污染
由水中的金属离子、矿物质等无机物在膜表面积聚形成，降低膜的 通量。
有机物污染
水中的有机物，如腐殖质、蛋白质等，在膜表面吸附和沉积，导致 膜孔堵塞。
污水处理
采用膜生物反应器（MBR） 技术，结合膜分离和生物 处理，提高污水处理效率 和水质。
气体分离领域应用实例
氧气、氮气分离
工业气体分离
利用气体分离膜的选择透过性，从空 气中分离出氧气和氮气。
应用于合成气、氨分解气等工业气体 的分离和纯化。
天然气处理
通过膜分离技术去除天然气中的二氧 化碳、硫化氢等酸性气体，提高天然 气品质。
创新膜制备技术展望
1 2
3D打印技术
利用3D打印技术实现膜材料的精确控制和复杂 结构的制造，提高膜的分离性能和机械强度。
表面改性技术
通过表面涂覆、接枝等方法对膜表面进行改性， 提高膜的选择性、通量和抗污染性能。
3
纳பைடு நூலகம்技术
利用纳米技术制造纳米孔道或纳米结构，提高膜 的分离精度和效率，同时降低能耗。
通过改变膜孔径、孔道形状和分布等结构参数，提高 膜的分离性能和通量。
强化传质过程
采用促进传递、电场辅助等方法强化传质过程，提高 分离效率。
降低能耗
优化操作条件，如降低操作压力、提高操作温度等， 以降低膜分离过程的能耗。
面临挑战及解决思路
膜污染问题
开发抗污染膜材料、优化操作条件和 采用清洗技术等措施减轻膜污染问题。
石油化工
用于油品脱硫、脱蜡、脱色等石油加工过程，以及化工原料的分 离和提纯。
环保领域
应用于废气处理、重金属回收、垃圾渗滤液处理等环保工程。
05 膜污染与防治策略
膜污染类型及成因分析
无机物污染
由水中的金属离子、矿物质等无机物在膜表面积聚形成，降低膜的 通量。
有机物污染
水中的有机物，如腐殖质、蛋白质等，在膜表面吸附和沉积，导致 膜孔堵塞。
污水处理
采用膜生物反应器（MBR） 技术，结合膜分离和生物 处理，提高污水处理效率 和水质。
气体分离领域应用实例
氧气、氮气分离
工业气体分离
利用气体分离膜的选择透过性，从空 气中分离出氧气和氮气。
应用于合成气、氨分解气等工业气体 的分离和纯化。
天然气处理
通过膜分离技术去除天然气中的二氧 化碳、硫化氢等酸性气体，提高天然 气品质。
创新膜制备技术展望
1 2
3D打印技术
利用3D打印技术实现膜材料的精确控制和复杂 结构的制造，提高膜的分离性能和机械强度。
表面改性技术
通过表面涂覆、接枝等方法对膜表面进行改性， 提高膜的选择性、通量和抗污染性能。
3
纳பைடு நூலகம்技术
利用纳米技术制造纳米孔道或纳米结构，提高膜 的分离精度和效率，同时降低能耗。
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1960
1965 1965 1970 1980 1990
Film Tech./DOW， 海水脱盐、饮用 Hydronautics/Nitto，Torray，Ddu 水生产、食品工 Pont 业、造纸工业等 Enka/AKZO，Gambro，Asahi Chemical Amicon Corp.，Koch Eng.Inc.， Nittl Denko Permea/Air Prod.，Ube Ind.， Hoechst/Celanese GFT GmbH 血液渗析、工业 废液等 制药工业、乳品 工业等 医疗、燃烧过程 等 无水乙醇生产
溶液-扩散
筛分加上扩散度差 离子迁移 溶液-扩散
膜分离技术
膜分离技术
膜分离技术
一、微滤： 分离膜：对称微孔膜。驱动力：压力。 分离原理：利用筛分原理，分离截留直径为0.02um 到10um。大小的粒子的膜分离技术。 用途：培养基液除菌，产品消毒（配制培养染菌 时，则采取灭菌过率除菌），细胞收集,一般料液的 澄清。
超滤 不对称微孔膜 0.1 MPa ～ 颗粒大小、有机物或微生物 形状 溶液的分离 (UF) 0.001～0.1μm 0.5 MPa
纳滤 带皮层不对称复 0.5 MPa ～ 优先吸附、硬水或有机物溶 可对原水进行部分脱盐和 常需预处理， 工作 液的脱盐 软化，生产优质饮用水。 压力较高。 (NF) 合膜1～50 nm 2.5 MPa 表面电位 几乎可去除水中一切杂 反渗透 带皮层不对称复 1.0 MPa ～ 优先吸附、海水或苦咸水的 工作压力高； 制水 质，包括悬浮物、胶体、 溶解扩散 淡化 率低；能耗大。 (RO) 合膜＜1 nm 10 MPa 有机物、盐、微生物等。
膜分离操作基本工艺流程：
在过滤过程中料液通过泵的加压，料液以一定流速沿着滤膜的表面流过，大于膜截留分子 量的物质分子不透过膜流回料罐，小于膜截留分子量的物质或分子透过膜，形成透析液。 故膜系统都有两个出口，一是回流液（浓缩液）出口，另一是透析液出口。
计算及影响因素
在单位时间（Hr）单位膜面积（m2）透析液流 出的量（L）称为膜通量（LMH），即过滤速度。 影响膜通量的因素有：温度、压力、固含量 （TDS）、离子浓度、黏度等。 对不同组成的有机物，根据有机物的分子量，选 择不同的膜，选择合适的膜工艺，从而达到最好 的膜通量和截留率，进而提高生产收率、减少投 资规模和运行成本。
颗粒截留在膜表面，因而使整个膜表面分离技术迅速向 工业化应用方面发展。
膜分离技术
膜分离定义： 膜分离过程以选择性透过膜为分离介质， 当膜两侧存在某种推动力(如压力差、浓度 差、电位差等）时，原料侧组分选择性地 透过膜，以达到分离、提纯的目的。 通常膜原料侧称膜上游，透过侧称膜下游。 不同的膜过程使用的膜不同，推动力也不 同。
膜分离技术
膜分离学科发展的主要学科支持体系: 主要方向：膜材料和膜结构；膜制备与膜形成机理；膜 性能与结构的关系; 膜过程和传递机理; 过程和设备设计 与优化；膜应用研究等。 支撑理论基础：化学渗透压学说，气体膜透过理论、膜 孔径理论、膜平衡概念、定电位学说、双电层理论等等。 支撑研制及分析技术：电子显微镜等近代分析技术的进 展为分离膜的结构分析和分离机理研究提供了有效手段。 需求：现代工业的发展迫切需要节能、低品位原料的再 利用和消除环境污染的新技术，而膜分离正好是能满足 这些需要的新技术。
1920
1930 1944 1950 1960 1968 1980
Teorell， Meyer， Sievers
William Kolff Juda， Mcrae LoebSourirajan N.N.Li Cadotte
膜分离技术
膜分离技术发展的历史
1.1748年Abbe Nollet发现水会自发地扩散穿过猪膀胱而进入酒 精中开始对膜的研究,但并未重视. 2. 19世纪Dubrunfaut应用天然膜制成第一个膜渗透器并成功地 进行了糖蜜与盐类的分离，开创了膜分离的历史纪元并显示了 它的优点。 3. 1864年Traube成功地制得了历史上第一张人造膜——亚铁氰 化铜膜。 4. 1960年Loeb和Sourirajan制备出第一张具有高透水性和高脱 盐率的 不对称反渗透膜是膜分离技术发展的一个里程碑。 从20世纪开始，相继出现了各种不同类型的人工合成分离膜. 其发展大致可分为三个阶段：① 50年代为奠定基础阶段；② 60年代和70年代为发展阶段；③ 80年代至今为发展深化阶段。
微滤膜的材质分为有机和 无机两大类，有机聚合物 有醋酸纤维素、聚丙稀、 聚碳酸酯、聚砜、聚酰胺 等。无机膜材料有陶瓷和 金属等。
膜分离技术
二、超滤：
膜：不对称微孔膜。驱动力：压力。分离原理：筛分原理， 但有些情况下受到粒子荷电性与荷电荷相互作用的影响很 大，分离分子量从300到1，000，000Da 的可溶性大分子 物质。用途：能对大分子有机物（如蛋白质、细菌）、胶体 悬浮固体等进行分离，广泛应用于料液的澄清、大分子有机 物的分离纯化、除热源。
膜分离技术
膜分离技术的优点： 1.高效：由于膜具有选择性，它能有选择性地透过 某些物质，而阻挡另一些物质的透过。选择合适的 膜，可以有效地进行物质的分离，提纯和浓缩； 2.节能：多数膜分离过程在常温下操作，被分离物 质不发生相变, 是一种低能耗，低成本的单元操作； 3.过程简单、容易操作和控制； 4.不污染环境。
膜科学的发展史
年代
1748 1827 1831 1855 1861～ 1966
科学家
Abbe Nollet Dutrochet J.V.Mitchell Fick Graham
主要内容
水能自发地穿过猪膀胱进入酒精溶液，发生 渗透现象 名词渗透作用（Osmosis）的引入
气体透过橡胶膜的研究 发现了扩散定律，至今用于通过膜的扩散； 制备了早期的人工半渗透膜
具体分类
Pd膜及Pd合金膜 致密的金属膜 致密膜 Ag膜及Ag合金膜 氧化锆膜 致密的固体电解质膜 复合固体氧化膜 多孔负载膜 致密的”液体充实固体化“动态原位形成的致密膜 多孔金属膜，多孔不锈钢膜 多孔膜 多孔Ni膜，多孔Ag膜，多孔Pd膜，多孔Ti膜 多孔陶瓷膜，包括Al2O3膜，SiO2膜，ZrO2膜，TiO2膜 （多孔玻璃膜分子筛膜，包括碳分子筛）
反 渗 透 膜
渗 透 汽 化 膜
气 体 渗 透 膜
无机材料膜
有机高分子膜
固体膜
对称膜
根据膜断面 的物理形态
不对称膜 复合膜
平板膜
根据固体 膜的形态
管式膜
中空纤维膜
核径蚀刻膜
高分子分 离膜材料
膜 材 料 种 类
无机膜
纤维素衍生物类 聚砜类 聚酰胺类 聚酰亚胺类 聚酯类 聚烯烃类 乙烯类聚合物 含硅聚合物 含氟聚合物 甲壳素类
主要内容
一：膜主要的分离技术 二：膜材料与膜种类
三：膜分离机理和传递理论
四：膜分离组件与设备
五：浓度极化与膜污染 六：膜分离技术的应用
膜分离技术
液体中通常含有生物体、可溶性大分子和电解质等复杂 物质。其主要组成及尺寸大小如下表。
按分离的粒子或分子大小分类
膜分离技术
膜分离技术
依据膜内平均孔径、推动力和传递机制进行分类
膜分离技术
膜的特性 ⑴ 膜必须要有半透膜特性，能允许某些组成透 过，而保留混合物中的其他组成，从而达到分离 混合样品的目的。 ⑵ 在常温下，进行膜分离过程时，无相变，无 化学变化。处理效率高，省能等优点。
（3）具有单元操作特点，设备简单，操作方便。
膜分离技术
膜的特性
（4）膜可分为对称膜，其结构与方向无关。不对 称膜，它具有不对称结构，既表面的活性层。孔 隙直径在100nm,厚度为0.2-0.5um, 起过滤作用。 下面厚度为50-100um 的支持层，孔隙直径为 0.1-1.0um,起支持活性层的作用。 不对称膜的特点：因为活性层很薄，且不易使孔道阻塞，
原理
RO membrane
UF membrane
NF membrane
MF membrane
原理 动漫
膜分离技术
膜的种类
根据 膜的 材质
根据 材料 来源
根据 膜的 结构
根据 膜的 功能
Hale Waihona Puke 固 体 膜液 体 膜
天 然 膜
合 成 膜
多 孔 膜
致 密 膜
离 子 交 换 膜
渗 析 膜
微 孔 过 滤 膜
超 过 滤 膜
膜分离技术
三、反渗透 膜：带皮层的不对称膜。驱动力：压力（1-10MPa). 分离原 理：在高于溶液渗透压的压力作用下，只有溶液被认为是无 孔的，它分离的基本原理是溶解扩散（毛细孔流学说）。 “膜孔径”为0.1-1nm.用途：除可溶性的金属盐、有机物、 细 菌、胶体粒子、发热物质， 也即能截留所有的离子， 在生产纯净水、软化水、 无离子水、产品浓缩、 废水处理方面反渗透膜已 经应用广泛。
发现气体通过橡皮有不同的的渗透率，发现 渗析（Dialysis）现象
1860～ Van‘t Hoff， 渗透压定律 1977 Tranbe，Preffer 1906 Kahlenbery 观察到烃/乙醇溶液选择透过橡胶薄膜
1917
Kober
引入名词渗透气化（Pervaporqtion）
续表：
1911 1922 Donnan Zsigmondy Bachman Fofirol..etc Mangold， Michaels.M obain..etc Donnan分布定律。研究了分子带电荷体的形成，电荷分 布，Donnan电渗析和伴生传递的平衡现象 微孔膜用于分离极细粒子、初期的超滤和反渗透（膜材 料为赛璐玢和再生纤维） 用赛璐玢和消化纤维素膜观察了电解质和非电解质的反 渗透现象 进行了膜电势的研究，是电渗析和膜电极的基础 初次成功使用了人工肾 合成膜的研究，发明了电渗析，微孔过滤和血液透析等 分离工程 相转化法制出了非对称反渗透膜 发明了液膜 制出了界面反应聚合复合膜