文档介绍：膜分离法
写在前面的话
膜分离是在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。
大多数人会认为,膜离我们的生活非常遥远。其实不然,膜分离技术非常贴近我们的日常生活。如水、果汁、牛奶、保健品、中药、茶食品、饮料、调味品等我们随时可能接触到的,都会用到膜分离技术。
据初步统计,2001年全世界膜和膜组件的销售额已接近80亿美圆,成套设备和膜工程的市场则已达到数百亿美圆,而且每年还在以10%~20%的幅度递增,显示出这一新兴产业的广阔前景。
§1 膜分离法概述
膜分离就是用天然的或人工合成膜,以外界能量或化学位差作为推动力,对双组分或多组分溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法。
膜分离技术作为新的分离净化和浓缩方法,与传统分离操作(如蒸发、萃取、沉淀、混凝和离子交换等)相比较,过程中大多无相变化,可以在常温下操作,具有能耗低、效率高、工艺简单、投资小和污染轻等优点,故在污水处理、食品生产、医药合成和能源、化工生产等过程中发展相当迅速。
§ 膜分离法的发展过程
膜在大自然中,特别是在生物体内是广泛存在的,但我们人类对它的认识、利用、模拟直至现在人工合成的历史过程却是漫长而曲折的。
18世纪末,法国的AbbeNollet发现水能自然地扩散到装有酒精溶液的猪膀胱内,首次揭示了膜分离现象。
1864年Traube成功地研制出亚铁氰化铜膜,这是人类历史上的第一片人造膜。
回顾膜分离技术的发展历史,首先出现的是微滤和超滤,此后是电渗析,接着出现反渗透,最后出现的是纳滤。
§ 膜分离法分类
微滤(MF)
超滤(UF)
纳滤(NF)
反渗透(RO)
渗析(D) 以浓度差作为驱动力
电渗析(ED) 以电位差作为驱动力
其他:气体分离(GS)、渗透蒸发(PVAP)、液膜(LM)、集成膜技术(IMT)等
以压力差作为驱动力
不具备离子交换性质
中性膜
电渗析、超滤、反渗透是目前给水与废水处理常用的三种膜分离方法。
滤膜孔径及操作压力
大致说来,超滤用于去除大小大于10倍溶剂分子的颗粒,颗粒相对分子质量小于1000。
对溶剂水而言,()。
~10nm。。
~1000范围内。
对水溶液而言,颗粒的大小约为零点几个纳米。反渗透用半透膜作为滤膜,必须在克
服膜两边渗透压的条件下操作,典型的操作压力为5MPa。
当颗粒物大于约50 nm后,即属于一般的过滤。
半透膜的结构
微晶片结构,含有结合水,结构致密,具有透水而不被堵塞的特性
凝胶体的海绵状结构,含结合水和毛细水
空隙大,起支撑作用,凝胶体的海绵状结构,含结合水和毛细水
最简单的解释为筛除作用。即限孔大小介于水分子与溶质分子之间,因此水能透过,而溶质不能透过。但这不能解释盐离子不能透过的原因,因为这些离子和水分于的大小基本一样。
在半透膜孔的壁上吸附了水分子,因此堵塞了溶质分子的通路。水分子可以自由运动通过膜孔,而溶质分子则需要把水分子顶下来后才能通过,这需要较大能量,因此,在通常溶液的情况下就不能通过半透膜。
认为膜的聚合物网上有带电荷部位。这些电荷阻挡了电解质的离子通过,起了渗透膜的作用。但是,大多数的反渗透用膜,都不具有带电荷部位。
有一种机理认为是出于水能溶解于膜内,而溶质不能溶解于膜内。
膜的半透性有下面几种解释:
微滤(MF)
微滤技术是目前所有膜技术应用最广泛的一种膜分离技术。
~10μm大小的颗粒、细菌、胶体。其过滤原理和普通过滤相似,属于筛网过滤。微滤过滤具有操作压力低(<),对水质的适应性强、占地面积小的优点。
微滤作为较经济的微过滤方式在饮用水处理方面应用广泛,可代替常规的澄清过滤和二沉池,在水质波动较大时仍可连续处理,占地面积小;用于各种废水的预处理,以降低浊度、悬浮物,满足后处理进水要求。
超滤(UF)
超滤膜也属于压力驱动膜,其分离原理一般认为是筛分过程。~1nm。超滤主要用于去除固体颗粒物、悬浮物、从溶液中分离大分子物质和胶体。
用超滤膜处理电泳涂漆废水已在我国汽车工业、电器工业部门得到了广泛应用,通过超滤膜的分离特性将有大量金属离子杂质的电泳漆从废水中回收出来重新利用。
超滤膜应用的主要问题是膜通量随运行时间的延长而降低、膜污染和浓差极化严重,价格高、需要复杂的预处理是其应用的主要障碍。开发大通量、高强度、耐高温、抗污染、抗氧化、便宜长寿命的超滤膜及膜组件是今后研究的重点。