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1、合 肥 学 院Hefei University生物分离工程综述题 目： 膜分离技术综述 系 别： 生物与环境工程系 专业班级：12 级生物工程班 学 号： 1002011013 姓 名： 李强如 指导教师： 于 宙 2015 年 11 月 28 日 现代分离技术之膜分离技术综述姓名：李强如 学号：1002011013 班级：12 生工一班摘要：膜分离技术作为一种能耗低、设备简单、操作方便和分离性能好的分离技术，正日益受到广泛的关注。分别介绍了膜的简介、膜的分类、膜的制备、超滤、纳滤及生活应用等膜分离技术的特点。 关键词：膜分离 液膜 微滤 超滤 膜应用正文：简介： 1.膜分离技术是一种新型高效
2、的分离技术，是对非均相体系中不同组分进行分离、纯化与浓缩的一门新兴的边缘交叉学科 。它具有过程不发生相变及副反应 、无二次污染 、分离效率高、操作条件温和 、能耗低等优点 ,是缓解资源短缺 、能源危机和治理环境污染的重要措施 ,因而得到世界各国普遍重视 ,并在海水淡化、化工、印染、环保、食品、生化过程等领域得到了广泛应用 。 目前膜分离技术被公认为 20 世纪末至 21 世纪中期最有发展前途的高科技之一。在短短的几十年里膜技术迅速发展 ,受到世界的瞩目。扩散定理、膜的渗析现象、渗透压原理、膜电势等一系列研究为膜的发展打下了坚实的理论基础。相关科学技术的突飞猛进也使得膜的实际应用成为可能。2.
3、膜分离的原理 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 膜分离过程是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、温度差等)时 , 原料侧组分选择性地透过膜 ,以达到分离、提纯的目的。不同的膜过程使用不同的膜 ,推动力也不同。 目前已经工业化应用的膜分离过程有微滤(MF)、超滤 (UF)、纳滤(NF)、反渗透(RO) 、渗析(D) 、膜生物反应器 (MBR)等。 4 .膜的介绍 膜的定义是指两相之间的一个不连续区间，这个是一个广义的定义。狭义定义是在一个流体相间的一薄层
4、凝聚相物质，把流体分隔开来成为两部分 5 .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：有机高分子（天然高分子、合成高分子）膜、无机材料膜6.膜材料介绍 1）天然高分子材料膜 主要是纤维素的衍生物，有醋酸纤维、硝酸纤维和再生纤维素等。其中醋酸纤维膜的截盐能力强，常用作反渗透膜，也可用作微滤膜和超滤膜。醋酸纤维膜使用最高温度和 pH 范围有限，一般使用温度低于 4550，pH38。再生纤维素可制造透析膜和微滤膜。 2）合成高分子材料膜 市售膜的大部分为合成高分子膜，种类很多，主要有聚砜、聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚酰胺、聚烯类和含氟聚合物等。
5、其中聚砜是最常用的膜材料之一，主要用于制造超滤膜。 聚砜膜的特点是耐高温，耐氯能力强，可调节孔径范围宽(120nm)。但聚砜膜耐压能力较低，一般平板膜的操作压力权限为 0.51.0MPa。 聚酰胺膜的耐压能力较高，对温度和 pH 都有很好的稳定性，使用寿命较长，常用于反渗透。 3）无机（多孔）材料膜 主要有陶瓷、微孔玻璃、不锈钢和碳素等。目前实用化的无机膜主要有孔径0.1m 以上的微滤膜和截留相对分子质量 l0kD 以上的超滤膜，其中以陶瓷材料的微滤膜最为常用。 多孔陶瓷膜主要利用氧化铝、硅胶、氧化锆和钛等陶瓷微粒烧结而成，膜厚方向不对称。 无机膜的特点是机械强度高，耐高温、耐化学试剂和耐有机
6、溶剂，但缺点是不易加工，造价较高。 另一类无机微滤膜为动态膜(dynamic membrane) ，是将含水金属氧化物 (如氧化锆)等胶体微粒或聚丙烯酸等沉积在陶瓷管等多孔介质表面形成的膜，其中沉积层起筛分作用。动态膜的特点是透过通量大，通过改变 pH 值容易形成或除去沉积层，因此清洗比较容易，但缺点是稳定性较差。 7 .膜的制备方法 1)有机膜的制备 用物理化学方法或将两种方法结合，可制作具有良好分离性能的高分子膜。最实用的方法是相转化法和复合膜法。 相转化法是指用溶剂，溶胀剂与高分子膜材料制成铸膜液，刮制成膜后，通过 L-S 法，热凝胶法，溶剂蒸发法，水蒸气吸入法等使均相的高分子溶液沉淀转
7、化为两相，一相为固相，一相为液相。一般，沉淀速度越快，形成的孔就越小；反之，沉淀速度越慢，形成的孔就越大。由于膜表面溶液沉淀速度较膜内部快，于是可得到较致密的表皮层和较疏松的支撑层，成为非对称膜。因制膜过程中发生着从液相转化为固相的过程，故称为转化法。 其他制备高分子膜的方法包括定向拉伸法、核径迹法、熔融挤压法、溶出法等。 复合膜常用的制备方法有溶液浸涂或喷涂、界面聚合、原位聚合、等离子聚合、水面展开法等。 2）无机膜的制备 主要有烧结法、溶胶-凝胶法、化学提取法、高温分解法和一些专门方法（化学气相沉淀法，电化学沉积法等）。 8 .膜的微滤与超滤 1)微滤 微滤又称微孔过滤，是以静压差为推动力
8、，利用膜的“筛分”作用进行分离的膜分离过程。【微孔过滤膜具有明显的孔道结构，主要用于截留高分子溶质活固体微粒】 微滤主要是从气相和液相物质中截留 0.1um 至数微米的细小悬浮物、微生物、微粒、细菌、酵母、红细胞、污染物等，在生物分离中，广泛用于菌体的净化、分离 和浓缩。 特点： 微滤膜在过滤时戒指不会脱落、没有杂质溶出、无毒、使用和更换方便、使用寿命较长、耐高温、抗溶剂且膜组件价廉。同时，膜孔分布均匀，可将大孔径的微粒、细菌、污染物截留在滤膜表面，滤液质量高。也可称绝对过滤，适合用于过滤悬浮的微粒和微生物。 2)超滤 超滤是一种在静压差为推动力的作用下，原料液中大于膜孔的大粒子溶质被膜截留，
9、小于膜孔的小溶质粒子通过滤膜，从而实现分离的过程，其分离机理一般认为是机械筛分原理。 超滤主要用于料液澄清、溶质的截留浓缩及溶质之间的分离。其分离范围为相对分子质量 5001106 的大分子物质和胶体物质，相对应粒子的直径为0.0050.1um。操作压强低，一般为 0.10.5Mpa，可以不考虑渗透压的影响，易于工业化，应用范围广。 超滤特点：在常温和低压下进行分离，因而能耗低，从而使设备的运行费用低。设备体积小、结构简单，故投资费用低。超滤分离过程只是简单的加压输送液体，工艺流程简单，易于操作管理。超滤膜是由高分子材料制成的均匀连续体，纯物理方法过滤，物质在分离过程中不发生质的变化，并且在使
10、用过程中不会有任何杂质脱落，保证超滤液的纯净。9.液膜 液膜分离法具有选择性高、传质速率大的特点， 前景广阔。 马国芳等用重差分相式液膜法提取了 Cu+ 离子16，用并非为最佳萃取剂的 P2O4 为载体，H2SO4 为反萃剂，对 Cu+ 的废水溶液提取 u+， 可达到理想效果， 既保留了乳状液膜的萃取和反萃取同时进行的特点， 效率高， 还不需要制乳和破乳，表面活性剂用量少，工艺简化，易放大。 10 .膜技术分离的特征及特点 特征： 具有选择性分离的功能薄膜材料，以及以其为核心的装置、过程、工艺的集成与应用 特点： 无相变、低能耗 高效率、污染小 工艺简单、操作方便 便于与其它技术集成 11 .
11、膜技术在各方面的应用 生物发酵液过滤除菌及下游分离纯化、精制树脂解析液的浓缩及解析剂回收农药水剂、粉剂的生产应用 、中药浸提液过滤除杂及浓缩 、中药浸膏生产应用 、合成药、原料药、中间体等的脱盐浓缩 、结晶母液回收 膜分离技术具有高效、节能，工艺过程简单，投资少，污染小等优点，因而在化工、轻工、电子、医药、纺织、生物工程、环境治理、冶金等方面具有广泛的应用前景 水处理设备在我国，微滤、超滤技术在饮料生产中都已得到较广泛应用。在饮料行业中要达到净化、澄清的目的，用 0.45 m 的微孔膜过滤元件进行流程过滤即可满足要求。如天然饮用矿泉水。 在化肥工业中的应用，化肥的控制释放是提高肥料利用率，减少
12、环境污染的必要手段。具体方式有以下三种： 聚合物包膜、 无机物包膜 如用硫磺包裹尿素、肥料包裹肥料 利用此法可获得多元复合肥，可同时供给农作物多种营养，而又不会引入其他聚合物或无机物载体破坏土壤结构。如磷肥包裹碳铵的控释肥料在我国农业生产中已民用有大量应用。 在国防工业的应用 舰艇淡水供应; 战地污染水源净化; 野战供水。总结：1 、 应致力于开拓将以上的膜分离技术用于更广阔的应用领域。我国是个农业大国，若能将它应用于我国特有农产品（蔬菜和水果等）的浓缩或制备过程中，相信定能为我国经济的发展带来不可估量的益处。 2 、 我国膜技术种类甚少，当前膜多为化学制剂，易造成二次污染。若能利用天然物质或
13、生物物质制备新型膜作为替代品，既经济又消除了二次污染的威胁。例如可考虑从植物细胞中提取组织来制备膜产品。 3 、 将膜处理技术与其他处理工艺相结合，互相填补缺陷。如将膜分离与蒸发、吸附、冷冻或离子交换法等相结合，使它们在炼油、天然气加工、食品加工、制药工业等生产中得到更广泛的应用，为膜技术的发展开辟更诱人的前景。4 由于膜过滤技术具有分离效率高、节能、设备简单、操作方便等优点。使其在各种领域领域有很大的发展潜力。可以预见，由于膜分离技术的自身优势，将有更广阔的发展前景。参考文献： 1 赵剑宇，胡继峰，田凯.水处理技术.2002，28（5） ：291-2922 袁晴堂. 分离工程的技术进步 J . 石油化工, 1994, 23 (1) : 51254. 3 曾宏伟译.水处理技术.2003，29（2） ：119-122 5 郑领英.膜分离与分离膜. 高分子通报 ,1999. n3 4 尹燕，崔永芳，葛继均. .膜分离技术.2001，27（3 ） ：138-1415 刘俏， 范圣第.环境污染治理技术与设备.2005，6（2） ：49-51 6 刘久清，许振良，黄顺德. .膜分离技术.2005，31（2 ） ：26-28
