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膜分离技术理论基础实训教学

两相之间具有选择性和渗透性的中间相,在驱动力如压力差、浓度差、温度差、电位差及其它能位差的推动下,促进或限制两相之间的特定物质的传递,从而实现混合气体或液体的分离,这一中间相称为膜。
膜分离技术的特点:
膜分离过程是一个高效、环保的分离过程,它是多学科交叉的高新技术,它在物理、化学和生物性质上可呈现出各种各样的特性,具有较多的优势。与传统的分离技术如蒸馏、吸附、吸收、萃取、深冷分离等相比,膜分离技术具有以下特点。
※ 高效的分离过程 ※ 低能耗 ※ 接近室温的工作温度 ※ 品质稳定性好 ※ 连续化操作 ※ 灵活性强 ※ 纯物理过程 ※ 环保
膜的分类
按材料分:
有机膜(高分子聚合膜), 无机膜(陶瓷膜、金属[不锈钢]膜、碳膜、玻璃膜)。
按功能分:
分离膜, 反应膜。
按分离过程分:
微滤(MF) 超滤(UF) 纳滤(NF) 反渗透(RO) 电渗析(ED) 气体渗透(GP) 渗透汽化(PV)
按膜孔径大小分:
微滤膜(0.05-10μm) 超滤膜 (0.05-0.002μm) 纳滤膜(0.001-0.005μm) 反渗透膜。(0.0001- 0.001μm)
按膜分离结构分:对称膜与不对称膜
不对称膜:指膜的化学结构或物理结构随膜的部位而异,即各向异性膜。用高分子溶液铸膜时,膜是由很薄的致密皮层和比皮层厚得多的由海绵状或指状微孔层构成的支撑底层共同形成具有分离功能的高分子膜,在膜的厚度方向上呈现出不对称性。用于反渗透和超滤的就是这种不对称膜。在多孔支撑膜上涂布其他聚合物溶液,或用界面缩聚,或用等离子体聚合等方法在多孔膜表面形成均匀致密的薄膜,所构成的复合膜也是非对称膜。
对称膜:亦称各向同性膜,膜的各部分具有相同的特性,其孔结构不随深度而变化的膜。膜的化学结构、物理结构在各个方向上是一致的,在所有方向上的孔隙率相似。(如电渗析中的离子交换膜、气体分离膜和微孔膜)
按膜元件结构分:
缠绕式膜、平板式膜、管式膜、
中空纤维膜、卷式膜
缠绕式膜(包括熔喷或烧结膜):主要是用于超滤、纳滤或反渗透膜的前置保安过滤,过滤精度一般是0.2微米以上。
平板膜:最原始的一种膜结构,由于占地面积大,能耗高,逐步被市场所淘汰,主要用大颗粒物质的分离。一般采用死端过滤方式,如注射液的灌装,SDI测定仪用膜或滤袋等。
SDI也称为淤泥密度指数(fouling index),是表征反渗透系统进水水质的重要指标。是在规定时间内,孔径为0.45μm测试膜片被溶在被测试给水中的淤泥、胶体、黏土、硅胶体、铁的氧化物、腐植质等污染物堵塞的比率和污染程度。
氧化还原电位ORP是表征水体中氧化性物质和还原性物质多少的一种参数。当氧化还原电位呈正值时表示水体中含氧化性物质,当氧化还原电位呈负值时表示水体中含还原性物质。
管式膜:包括无机管式膜、有机管式膜及有机无机复合膜;主要用于解决高浓度、高粘度、高含固量以及高温、高腐蚀性液体的分离过滤。
管式膜组件的主要优点是能有效地控制浓差极化,大范围地调节料液的流速,膜生成污垢后容易清洗。其缺点是投资和运行费用都高,单位体积内膜的比表面积较低。
中空纤维膜:由于装填密度大,经济性好目前是微滤、超滤甚至反渗透元件的主要结构形式。中空纤维膜又分为外压膜和内压膜。中空纤维超滤膜组件具有装填密度大、结构简单、操作方便等特点。
超滤机理
随着过滤的进行,膜的通量会有所下降,其原因可能为孔堵塞、吸附、浓差极化或凝胶层的形成。此时,若能增强被截留组分离开膜向溶液本体的反向扩散,必将使膜的通量得到提高。通常认为所需的反向扩散是建立在以下两个基础之上的首先是扩散效应,它由膜上被截留组分浓度的升高而引起,其次是液体动力学效应,它起因于膜上速度梯度而造成的剪应力。这两种效应都起作用,但影响程度有所不同,而且与粒子或分子的大小密切相关。当微粒尺寸大于0.1um时,微滤过程主要受液体动力学效应支配,渗透通量将随着粒子或分子尺寸的增加而增大。

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