文档介绍：膜分离技术
膜分离:在20世纪初出现,20世纪60年代后迅速崛起的一门分离新技术,是根据生物膜对物质选择性通透的原理所设计的一种对包含不同组分的混合样品进行分离的方法。分离中使用的膜是根据需要设计合成的高分子聚合物,分离的混合样品可以是液体或气体。膜分离技术由于兼有分离、浓缩、纯化和精制的功能,具有高效、节能、环保、分子级过滤及过滤过程简单、易于控制等特征。
主要的膜分离技术:包括微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)、反渗透(RO)、透析(DA)、电渗析(ED)、电脱盐(EDI)、渗透汽化(PV)、膜萃取(ME)、膜蒸馏(MD)、液膜技术(LM)和气体分离(GS)等
下面主要介绍反渗透和纳滤技术
一、反渗透
反渗透又称逆渗透,是一种以压力差为推动力,从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。因为它和自然渗透的方向相反,故称反渗透。根据各种物料的不同渗透压,就可以使大于渗透压的反渗透达到分离、提取、纯化和浓缩的目的。
反渗透的原理
反渗透过程应用
反渗透是最精密的膜法液体分离技术,它能阻挡所有溶解性盐及分子量大于 100 的有机物,但允许水分子透过。醋酸纤维素反渗透膜脱盐率一般可大于 95%,反渗透复合膜脱盐率一般大于 98%。
反渗透技术广泛用于海水及苦咸水淡化,锅炉给水、工业纯水及电子级超纯水制备,饮用纯净水生产,废水处理及特种分离等过程,在离子交换前使用反渗透可大幅度地降低操作费用和废水排放量。
反渗透膜分离技术具有以下特点:
,可以对溶质和水进行分离,适用于对热敏感物质的分离、浓缩,并且与有相变化的分离方法相比,能耗较低;
,不仅可以去除溶解的无机盐类,而且还可以去除各类有机物杂质;
;
,因此分离装置简单,易操作、控制和维护;
反渗透的脱盐机理
反渗透主要应用于脱除水中的盐分,其脱盐机理到目前还没有一个公认的统一解释,目前存在两种主要理论:优先吸附-毛细孔流模型和溶解扩散模型。
优先吸附-毛细孔流理论认为水分子在膜表面形成纯水层,而膜上存在非常细小的孔,纯水可以通过这些孔透过膜;而溶解扩散理论认为水分子可以通过膜中的分子节点扩散到另一侧。
这两个理论都认为水分子在固液界面上被优先吸附并通过,相反盐类和其他的物质被截留。水与膜表面之间有弱的化学结合力,使得水能够在膜的结构中扩散。
反渗透膜
材质:
醋酸纤维膜(CA膜)
芳香聚酰***膜(PA膜)
复合膜
无机膜
醋酸纤维素类膜的优点是制作比较容易,价廉,耐游离***,膜表面光洁,不易结垢或污染等;缺点是应用PH范围窄,易水解、操作压力偏高,性能衰减较快等;
芳香族聚酰***类复合膜的优点是脱盐率高通量大,应用PH范围宽,耐生物降解、操作压力要求低等;缺点是不耐氧化,氧化后性能急剧衰减,抗结垢和污染能力差等
反渗透膜的结构
反渗透膜元件
反渗透膜元件包括板框式、管式、卷式、中空纤维式;其中板框式装置比较笨重,单位体积内膜面积较小,且对膜的强度要求较高;管式传质效果好,清洗方便,但单位体积内膜面积较小膜管连接件多,安装较复杂;卷式单位体积内有效膜面积大,膜表面流动状态好结构紧凑,占地面积少膜强度高,膜破坏后要更换新的膜元件,清洗不方便;中空纤维式单位体积内有效膜面积最大,工作效率最大,占地最小膜无须支撑装置空心纤维细,水透过时阻力损失较大,膜清洗较困难,只能用水力与化学清洗中空纤维破坏后无法修补。可以分为外压式、内压式
二、纳滤
纳滤:最早被称为疏松反渗透,纳滤是一种特殊而又很有前途的分离膜品种,以压力差为推动力,介于反渗透和超滤之间的截留水中粒径为纳米级颗粒物的一种膜分离技术。它因能截留物质的大小约为 1 纳米( 微米)而得名,它截留有机物的分子量大约为 200-400 左右,截留溶解性盐的能力为 20-98%之间,对单价阴离子盐溶液的脱除率低于高价阴离子盐溶液,如***化钠及***化钙的脱除率为 20-80%,而硫酸镁及硫酸钠的脱除率为 90-98%。
纳滤膜一般用于去除地表水的有机物和色度,脱除井水的硬度及放射性镭,部分去除溶解性盐,浓缩食品以及分离药品中的有用物质等。