膜分离技术-化工生产-应用及前景

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1、学号：学号：XXX XXX 大学大学 学士学位论文学士学位论文 题题 目目 膜分离技术在化工生产中的应用及前景膜分离技术在化工生产中的应用及前景 学学 生生 XXX 指导教师指导教师 XXX 教授教授 年年 级级 XXX 专专 业业 化学化学 系系 别别 XX 学学 院院 XXX XXX 学士学位论文开题报告学士学位论文开题报告 论文题目 膜分离技术在化工生产中的应用及前景 学生姓名 XXX 指导教师 XX 教授 年 级 XXX 级 X 班 专 业 XX XX 年 X 月 说说 明明 本表需在指导教师和有关领导审查批准的情况下，要求学生认 真填写。 说明课题的来源（自拟题目或指导教师承担的科研

2、任务） 、课题 研究的目的和意义、课题在国内外研究现状和发展趋势。 若课题因故变动时，应向指导教师提出申请，提交题目变动论 证报告。 课题来源： 从导师所给参考题目中选定。 课题研究的目的和意义： 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。 膜分离技术由于兼有分离、浓缩、纯化和精制的功能，又有高效、节能、环保、 分子级过滤及过滤过程简单、易于控制等特征，因此，目前已广泛应用于食品、 医药、生物、环保、化工、冶金、能源、石油、水处理、电子、仿生等领域， 产生了巨大的经济效益和社会效益，已成为当今分离科学中最重要的手段之一。 随着膜分离技术的基础研究、应用技术

3、研究的不断深入，其在推进工业发展进 程中将发挥巨大的作用，它必将会极大地推动工业和社会进步，产生巨大的经 济效益和社会效益。 国内外同类课题研究现状及发展趋势： 膜分离技术的工程应用是从 20 世纪 60 年代海水淡化开始的，1960 年，洛 布和索里拉金教授制成了第一张高通量和高脱盐率的醋酸纤纸素膜，这种膜具 有推对称结构，从此使反渗透从实验室走向工业应用。其后各种新型膜陆续问 世，1967 年美国杜邦公司首先研制出以尼龙-66 为膜材料的中空纤维膜组件； 1970 年又研制出以芳香聚酰胺为膜材料的“Pemiasep B-9”中空纤维膜组件，并 获得 1971 年美国柯克帕特里克化学工程最高

4、奖。从此反渗透技术在美国得到迅 猛的发展，随后在世界各地相继应用。其间微滤和超滤技术也得到相应的发展。 课题研究的主要内容和方法，研究过程中的主要问题和解决办法： 主要内容：论文研究主要内容是膜分离技术在各类化工生产中的应用以 及膜分离技术的发展前景。 主要方法：论文研究的主要方法是查阅相关的研究文献以及通过结合专 业知识和指导教师咨询与讨论。 主要问题：膜分离技术依靠自身优势能否可以长远发展及其对其更多应 用的探索。 解决方法：大量系统的查阅相关文献，结合相关专业知识背景咨询指导 教师，请教相关研究中的专业人士等。 课题研究起止时间和进度安排： 20X 年 X 月 X 日20X 年 X 月

5、X 日 收集资料、完成开题报告 20X 年 X 月 X 日20X 年 X 月 X 日 补充资料、撰写论文 20X 年 X 月 X 日20X 年 X 月 X 日 论文修改、论文答辩 课题研究所需主要设备、仪器及药品： 外出调研主要单位，访问学者姓名： 指导教师审查意见： X 同学按照指导教师的要求，利用所学习的专业知识，并通过查阅 大量的相关文献资料，确定毕业论文的研究内容，同意该学生开题。 指导教师 （签字） X 年 X 月 教研室（研究室）评审意见： 同意开题 X 教研室（研究室）主任 （签字） X 年 X 月 院（系）审查意见： 同意开题 X 院（系）主任 （签字） X 年 X 月 学学

6、士士 学学 位位 论论 文文 题题 目目 膜分离技术在化工生产中的应用及前景膜分离技术在化工生产中的应用及前景 学学 生生 X 指导教师指导教师 X 教授教授 年年 级级 X 级级 X 班班 专专 业业 化学化学 系系 别别 X 学学 院院 X X 大学 X 年 X 月 膜分离技术在化工生产中的应用及前景 X 摘要：摘要： 膜分离技术是近年来新兴的一门高效化工分离技术，具有高选择性、节能、高 效等特点，在化工生产中的应用越来越广泛，受到了越来越多人的重视。本文主要介绍了 膜分离技术的基本分类和特点，同时具体分析了膜分离技术在化工生产方面的实际应用和 未来发展前景。 关键词：关键词：膜分离技术

7、化学工业 应用展望 膜分离是指通过特定的膜的选择渗透作用,借助于外界能量、浓度或化学位差的推动,对 两组分或多组分气体或液体的混合物进行分离、分级、提纯和富集，是一门新兴的化工分 离单元操作。作为一门新兴的化工分离单元操作，膜分离技术具备很多工艺优点。可在常 温下进行，有效成分损失极少，特别适用于热敏性物质，如抗生素等医药、果汁、酶、蛋 白的分离与浓缩。选择性好，可在分子级内进行物质分离，具有普遍滤材无法取代的卓越 性能。适应性强，处理规模可大可小，可以连续也可以间隙进行，工艺简单，操作方便， 易于自动化。能耗低，只需电能驱动，其费用约为蒸发浓缩或冷冻浓缩的 1/3-1/8。无相态 变化，保持

8、物质原本的相态，大大减少了工艺操作流程。 膜分离技术被认为是“21 世纪最有前途、最有发展前景的重大高新技术之一,它在工业 技术改造中起着战略性作用”。世界上许多国家包括我国在内,都把膜分离技术及其应用列 为国家重点发展项目。世界著名的化工与膜专家、北美膜学会会长黎念之在访问我国化工 部时说:“要想发展化工就必须发展膜技术”。甚至有人预言“谁掌握了膜技术,谁就掌握了化 学工业的未来”。由此可知,膜分离技术在化工行业中占有着重要的地位,它的发展前景十分 广阔。 1 膜分离技术的发展 膜分离现象广泛存在于自然界中，特别是生物体内，但人类对它的认识和研究却经过 了漫长而曲折的道路。1748 年 Ab

9、ble Nelk 首先创造了 Osmosis 这一词,用来描述水通过半 透膜的渗透现象,由此开始了对膜过程的研究。膜分离技术的工程应用是从 20 世纪 60 年代 海水淡化开始的-1960）年洛布和索里拉金教授制成了第一张高通量和高脱盐率的醋酸纤纸 素膜，这种膜具有推对称结构，从此使反渗透从实验室走向工业应用。其后各种新型膜陆 续问世，1967 年美国杜邦公司首先研制出以尼龙-66 为膜材料的中空纤维膜组件；1970 年 又研制出以芳香聚酰胺为膜材料的“Pemiasep B-9”中空纤维膜组件，并获得 1971 年美国柯 克帕特里克化学工程最高奖。从此反渗透技术在美国得到迅猛的发展，随后在世界

10、各地相 继应用。其间微滤和超滤技术也得到相应的发展。 我国膜科学技术的发展始于 1958 年研究离子交换膜。60 年代进入开创阶段。1965 年 着手反渗透的探索，1967 年开始的全国海水淡化会战，大大促进了我国膜科技的发展。70 年代进入开发阶段。这时期，微滤、电渗析、反渗透和超滤等各种膜和组器件都相继研究 开发出来，80 年代跨入了推广应用阶段。80 年代又是气体分离和其他新膜开发阶段。 膜分离的发展史大致为:20 世纪 30 年代微孔过滤(M-icrofiltration);40 年代渗析(Dialysis); 50 年代电渗析(Electrodialysis);60 年代反渗透(Re

11、verse osmo-sis);70 年代超滤(Ultrafiltration); 80 年代气体分离(Gas separation);90 年渗透汽化(Pervapora-tion)。目前,膜产品的世界年销售 额已经超过 100 亿美元,而且年增长率在 20%左右。膜分离技术作为一种新兴的高效分离技 术,现在已被广泛应用于化工、环保、电子、轻工、纺织、石油、食品、医药、生物技术、 能源工程等。国外有关专家甚至把膜分离技术的发展称为“第三次工业革命”。 2 膜分离技术的分类 膜是具有选择性分离功能的材料，利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、 纯化、浓缩的过程称作膜分离。它与传统过滤的不

12、同在于，膜可以在分子范围内进行分离， 并且这过程是一种物理过程，不需发生相的变化和添加助剂。膜的孔径一般为微米级，依 据其孔径的不同（或称为截留分子量），可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜， 根据材料的不同，可分为无机膜和有机膜，无机膜主要是陶瓷膜和金属膜，其过滤精度较 低，选择性较小。有机膜是由高分子材料做成的，如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、 聚氟聚合物等等1。 2.1 微滤（MF） 又称微孔过滤，它属于精密过滤，其基本原理是筛孔分离过程。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、聚丙烯、聚碳酸酯、聚砜、聚酰胺等。无机 膜材料有陶瓷和金属等。鉴于微孔滤膜的分离

13、特征，微孔滤膜的应用范围主要是从气相和 液相中截留微粒、细菌以及其他污染物，以达到净化、分离、浓缩的目的。其在污水处理 和饮用水净化方面得到广泛应用。 对于微滤而言，膜的截留特性是以膜的孔径来表征，通常孔径范围在 0.11 微米，故 微滤膜能对大直径的菌体、悬浮固体等进行分离。可作为一般料液的澄清、保安过滤、空 气除菌。 2.2 超滤（UF） 是介于微滤和纳滤之间的一种膜过程，膜孔径在 0.05um 至 1nm 之间。超滤是一种能 够将溶液进行净化、分离、浓缩的膜分离技术，超滤过程通常可以理解成与膜孔径大小相 关的筛分过程。以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为过滤介质，在一定的压力下，当 水流

14、过膜表面时，只允许水及比膜孔径小的小分子物质通过，达到溶液的净化、分离、浓 缩的目的。其在食品工业、饮用水净化、中药精制以及药学分析等诸多领域应用十分广泛。 对于超滤而言，膜的截留特性是以对标准有机物的截留分子量来表征，通常截留分子 量范围在 1000300000，故超滤膜能对大分子有机物（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2。 2.3 纳滤（NF） 是介于超滤与反渗透之间的一种膜分离技术， 其截留分子量在 801000 的范围内， 孔径为几纳米，因此称纳滤。基于纳滤分离技术的优越特性，其在制药、生物化工、食品 工业等诸多领域显示

15、出广阔的应用前景。 对于纳滤而言，膜的截留特性是以对标准 NaCl、MgSO4、CaCl2溶液的截留率来表征， 通常截留率范围在 6090%，相应截留分子量范围在 1001000，故纳滤膜能对小分子有 机物等与水、无机盐进行分离，实现脱盐与浓缩的同时进行3。 2.4 反渗透（RO） 是利用反渗透膜只能透过溶剂（通常是水）而截留离子物质或小分子物质的选择透过 性，以膜两侧静压为推动力，而实现的对液体混合物分离的膜过程。反渗透是膜分离技术 的一个重要组成部分，因具有产水水质高、运行成本低、无污染、操作方便运行可靠等诸 多优点 ，而成为海水和苦咸水淡化，以及纯水制备的最节能、最简便的技术.已广泛应用

16、 于医药、电子、化工、食品、海水淡化等诸多行业。反渗透技术已成为现代工业中首选的 水处理技术。 反渗透的截留对象是所有的离子，仅让水透过膜，对 NaCl 的截留率在 98%以上，出 水为无离子水。反渗透法能够去除可溶性的金属盐、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，如垃圾渗滤液的处理4。 2.5 液膜分离 液膜是悬浮在液体中的一层很薄的乳液，主要由膜溶剂、表面活性剂（乳化剂） 、流动 载体、添加剂（稳定剂）等组成。液膜按形态可分为乳化液膜和支撑液膜两类。按传质机 理的不同，可分为无载体输送的液膜和有载体输送的液膜两种。液膜分离过程具有选择性 高和通量大的特点。 乳化液膜，先将内相溶液以微液滴（滴径为 1100m）形式分散在膜相溶液中,形成 乳液（称为制乳）;然后将乳液以液滴（滴径为 0.55mm）形式分散在外相溶液中，就形 成乳化液膜系统。液膜的有效