功能高分子教学课件PPT高分子分离膜

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1、下 午 好3.1高分子分离膜概述高分子分离膜概述3.2高分子分离膜的制备高分子分离膜的制备3.3高分子分离膜分离机理与应用高分子分离膜分离机理与应用作业作业一、膜分离过程一、膜分离过程膜分离膜分离（MembraneSeparation）是以选择性透过膜为分离介质，在膜两侧一是以选择性透过膜为分离介质，在膜两侧一定推动力的作用下，使原料中的某组分选择性地定推动力的作用下，使原料中的某组分选择性地透过膜，从而使混合物得以分离，以达到提纯、透过膜，从而使混合物得以分离，以达到提纯、浓缩等目的的分离过程。浓缩等目的的分离过程。2020世纪世纪3030年代，年代，德国建立生产微滤膜的工厂德国建立生产微滤

2、膜的工厂2020世纪世纪5050年代，年代，离子交换膜离子交换膜电渗析电渗析2020世纪世纪6060年代，年代，反渗透膜反渗透膜超滤、纳滤、气体分离、渗透汽化、液膜超滤、纳滤、气体分离、渗透汽化、液膜 二、膜分离特点二、膜分离特点(1)(1)高效高效(2)(2)节能节能(3)(3)常温下操作，适合处理热敏性物料常温下操作，适合处理热敏性物料(4)(4)过程简单、易于工业放大、容易操作和控制过程简单、易于工业放大、容易操作和控制(5)(5)不污染环境不污染环境由于膜具有选择性，它能有选择性地由于膜具有选择性，它能有选择性地透过某些物质，而阻挡另一些物质的透过某些物质，而阻挡另一些物质的透过，选择

3、合适的膜，可以有效地进透过，选择合适的膜，可以有效地进行物质的分离、提纯和浓缩行物质的分离、提纯和浓缩多数膜分离过程在常温下操作，被多数膜分离过程在常温下操作，被分离物质不发生相变分离物质不发生相变,是一种低能是一种低能耗，低成本的单元操作耗，低成本的单元操作 三、发展膜分离技术的重要性三、发展膜分离技术的重要性黎念之黎念之: :“要想发展化工就必须发展膜技术要想发展化工就必须发展膜技术” 。 国国际际学学术术届届一一致致认认为为“谁谁掌掌握握了了膜膜技技术术，谁谁就就掌掌握握了化工的未来了化工的未来”。美美国国官官方方的的文文件件说说，“1818世世纪纪电电器器改改变变了了整整个个工工业业进

4、程，而进程，而2020世纪膜技术改变了整个面貌世纪膜技术改变了整个面貌”。一、分离膜的定义一、分离膜的定义分离膜分离膜膜分离过程中把流体相分隔开来的，具有选择膜分离过程中把流体相分隔开来的，具有选择透过性的一薄层凝聚相物质。透过性的一薄层凝聚相物质。二、分离膜的分类二、分离膜的分类1 1、按相态、按相态固体膜固体膜液体膜液体膜3 3、按膜体结构、按膜体结构多孔膜多孔膜致密膜致密膜2 2、按膜材料、按膜材料无机膜：无机膜：金属膜、陶瓷膜、玻璃膜等金属膜、陶瓷膜、玻璃膜等高分子膜：高分子膜：纤维素类、聚砜类纤维素类、聚砜类5 5、按膜形状、按膜形状 中空纤维膜中空纤维膜核孔膜核孔膜管式膜管式膜平板

5、膜平板膜4 4、按膜断面形态、按膜断面形态 复合膜复合膜对称膜对称膜不对称膜不对称膜6 6、 按膜功能按膜功能微滤膜微滤膜超滤膜超滤膜纳滤膜纳滤膜反渗透膜反渗透膜气体分离膜气体分离膜离子交换膜离子交换膜液膜液膜渗透汽化膜渗透汽化膜三、高分子分离膜材料三、高分子分离膜材料1 1、纤维素酯类纤维素酯类53%53%2 2、聚砜类、聚砜类 33.3%33.3%3 3、聚酰胺类聚酰胺类 11.7%11.7%4 4、聚烯烃类、聚烯烃类5 5、含氟高分子材料、含氟高分子材料6 6、有机硅聚合物类有机硅聚合物类1 1、纤维素酯类纤维素酯类天然高分子的改性天然高分子的改性纤维素结构式为：纤维素结构式为： + +

6、 冰醋酸、醋酸酐冰醋酸、醋酸酐二醋酸纤维素二醋酸纤维素或或三醋酸纤维素三醋酸纤维素醋酸纤维素的优点醋酸纤维素的优点: : 原料易得、环保，成膜性能好，化学性原料易得、环保，成膜性能好，化学性质稳定。质稳定。 多用于透析、微滤、超滤、反渗透、膜多用于透析、微滤、超滤、反渗透、膜蒸发和膜电泳等场合。蒸发和膜电泳等场合。 醋酸纤维素的缺点醋酸纤维素的缺点: :在酸、碱存在下易发生水解，在酸、碱存在下易发生水解，pHpH值适应范值适应范围较窄；围较窄；易受微生物侵蚀；易受微生物侵蚀；耐热性能差；耐热性能差；耐溶剂性能差。耐溶剂性能差。 近年来近年来甲壳素类海藻酸钠类甲壳素类海藻酸钠类成为了新的成为了新

7、的分离膜制备材料。分离膜制备材料。 2 2、聚砜类、聚砜类特征基团：特征基团：聚砜类树脂基本特性聚砜类树脂基本特性: : 化学稳定性好，化学稳定性好， 耐热性能好；耐热性能好； 强度高；强度高； pHpH值适应范围为值适应范围为1 11313。、聚酰胺类、聚酰胺类 如尼龙如尼龙6666，机械强度高，化学稳定性好，高温性，机械强度高，化学稳定性好，高温性能优良。能优良。(1)脂肪族聚酰胺脂肪族聚酰胺对盐水分离率对盐水分离率80908090，透水速率低，透水速率低，0.076 ml/cm0.076 ml/cm2 2.h.h。(2)芳香族聚酰胺芳香族聚酰胺对盐水分离率对盐水分离率99.599.5，透

8、水速率为，透水速率为0.6 ml/cm0.6 ml/cm2 2.h,.h, pH pH适用范围为适用范围为3 31111，长期使用稳定性好，长期使用稳定性好( () ) 聚酰亚胺聚酰亚胺具有很好的热稳定性和耐有机溶剂能力。具有很好的热稳定性和耐有机溶剂能力。下列结构的聚酰亚胺膜对分离氢气有很高的效率。下列结构的聚酰亚胺膜对分离氢气有很高的效率。、乙烯基聚合物、乙烯基聚合物聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚丙烯酰胺等聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚丙烯酰胺等共聚物：共聚物：聚丙烯醇聚丙烯醇/ /苯乙烯磺酸、聚乙烯醇苯乙烯磺酸、聚乙烯醇

9、/ /磺化磺化聚苯醚、聚丙烯腈聚苯醚、聚丙烯腈/ /甲基丙烯酸酯、聚乙烯甲基丙烯酸酯、聚乙烯/ /乙烯乙烯醇等醇等聚乙烯醇聚乙烯醇/ /丙烯腈丙烯腈接枝共聚物接枝共聚物常见材料的最高允许使用温度常见材料的最高允许使用温度名称名称温度温度醋酸纤维素醋酸纤维素聚酰胺聚酰胺聚苯并咪唑聚苯并咪唑聚苯并咪唑酮聚苯并咪唑酮 磺化聚苯醚磺化聚苯醚 磺化聚砜磺化聚砜聚醚砜酮聚醚砜酮35 35 909070 70 70 70 120 120 160160四、四、 高分子分离膜的制备方法高分子分离膜的制备方法1 1、致密膜的制备、致密膜的制备、多孔膜的制备、多孔膜的制备、复合膜的制备、复合膜的制备1 1、致密膜的

10、制备、致密膜的制备(1)(1)溶剂涂层挥发法溶剂涂层挥发法 高分子铸膜液刮涂在玻璃等表面、干燥高分子铸膜液刮涂在玻璃等表面、干燥旋涂成膜仪旋涂成膜仪 (2) (2) 水面扩展挥发法水面扩展挥发法 高分子溶液在水面扩展、溶剂挥发高分子溶液在水面扩展、溶剂挥发、多孔膜的制备、多孔膜的制备(1) (1) 相转换法相转换法 将制膜材料用溶剂形成均相制膜液，在模将制膜材料用溶剂形成均相制膜液，在模具中流延成薄层，然后控制温度和湿度，使溶具中流延成薄层，然后控制温度和湿度，使溶液缓缓蒸发，经过相转化就形成了由液相转化液缓缓蒸发，经过相转化就形成了由液相转化为固相的膜。为固相的膜。(2) (2) 粉末烧结法

11、粉末烧结法(3) (3) 拉伸致孔法拉伸致孔法 适用于常温下不能溶解的聚合物适用于常温下不能溶解的聚合物如聚烯烃膜：如聚烯烃膜：挤出成膜挤出成膜延伸、退火延伸、退火拉伸拉伸(4) (4) 热致相分离法热致相分离法 聚烯烃溶于高温溶剂，制膜过程中冷却时发聚烯烃溶于高温溶剂，制膜过程中冷却时发生相分离形成多孔膜生相分离形成多孔膜(5)(5)溶出法溶出法 在高分子制膜液中混入某些可互溶的水溶性在高分子制膜液中混入某些可互溶的水溶性物质，成膜后用水溶出。物质，成膜后用水溶出。 (6)(6)核径迹法核径迹法 高能粒子流辐射高分子膜，径迹用碱液刻蚀高能粒子流辐射高分子膜，径迹用碱液刻蚀 PCPC微孔滤膜微

12、孔滤膜、复合膜的制备、复合膜的制备(1)(1)支撑膜加涂层支撑膜加涂层(2)(2)支撑膜加水面扩展连续超薄膜支撑膜加水面扩展连续超薄膜(3)(3)界面缩聚法在位制备复合膜界面缩聚法在位制备复合膜 一、膜分离机理一、膜分离机理 分离膜对某些物质可以透过，而对另外一些分离膜对某些物质可以透过，而对另外一些物质不能透过或透过性较差的性质物质不能透过或透过性较差的性质半透性半透性选择透过性选择透过性 膜分离机理：膜分离机理：1 1、筛分机理：、筛分机理：被分离物质穿过聚合物分子间的被分离物质穿过聚合物分子间的空隙，即分离膜的孔洞。空隙，即分离膜的孔洞。多孔膜的分离机理多孔膜的分离机理 与常见的筛网材料

13、相比，膜的孔径要小的多与常见的筛网材料相比，膜的孔径要小的多 微滤微滤2 2、溶解、溶解- -扩散机理：扩散机理：被分离物质的分子通过在聚被分离物质的分子通过在聚合物中的扩散运动穿过分离膜。合物中的扩散运动穿过分离膜。致密膜的分离机理致密膜的分离机理 溶解溶解- -扩散作用扩散作用是指膜材料对被分离物质具是指膜材料对被分离物质具有一定溶解能力，在膜的一侧被溶解，然后从膜有一定溶解能力，在膜的一侧被溶解，然后从膜的一侧扩散到另一侧，再离开膜。的一侧扩散到另一侧，再离开膜。 反渗透、气体分离反渗透、气体分离 二、二、 膜过程及其应用膜过程及其应用典典型型膜膜分分离离过过程程微滤微滤超滤超滤纳滤纳滤

14、反渗透反渗透 电渗析电渗析气体分离气体分离渗透蒸发渗透蒸发新新型型膜膜分分离离过过程程膜萃取膜萃取膜蒸馏膜蒸馏膜吸收膜吸收膜反应器膜反应器umumA A过滤对象分子量0.0010.00110100.010.011001000.10.1100010001.01.010104 4101010105 51001001000100010106 610107 7100200 5,00020,000 150,000500,000盐份金属离子蔗糖过滤方法病毒胶体蛋白质细菌碳黑颜料色素酵母面粉海滩沙砾花粉反渗透超滤微滤纳滤一般过滤过程过程推动力推动力分离机理分离机理透过物透过物截留物截留物微滤微滤MF压力差压

15、力差0.1MPa筛分筛分水、溶剂、溶水、溶剂、溶解物解物悬浮微粒悬浮微粒超滤超滤UF压力差压力差0.11MPa筛分筛分溶剂、离子、溶剂、离子、小分子小分子胶体及各胶体及各类大分子类大分子反渗透反渗透RO压力差压力差210MPa溶解溶解-扩散扩散水、溶剂水、溶剂悬浮物、悬浮物、溶解物、溶解物、胶体胶体气体分气体分离离GS压力差压力差115MPa溶解溶解-扩散扩散易渗透气体易渗透气体难渗透气难渗透气体体渗透汽渗透汽化化PV浓度差浓度差分压差分压差溶解溶解-扩散扩散易溶解或易挥易溶解或易挥发组分发组分不易溶解不易溶解或难挥发或难挥发组分组分 新新型型膜膜分分离离过过程程膜蒸馏膜蒸馏膜萃取膜萃取膜吸收

16、膜吸收膜反应器膜反应器 1 1、微滤、微滤 微滤膜是指孔径范围为微滤膜是指孔径范围为0.01-100.01-10m m的多孔膜，的多孔膜，它可以把细菌、胶体以及气溶胶等微小粒子从流它可以把细菌、胶体以及气溶胶等微小粒子从流体中比较彻底地分离除去。体中比较彻底地分离除去。 流体中含有粒子的浓度不同，微滤膜的使用流体中含有粒子的浓度不同，微滤膜的使用方式也不同。当浓度较低时，常常使用一次性滤方式也不同。当浓度较低时，常常使用一次性滤膜；当浓度较高时，需要选择可以反复使用的膜。膜；当浓度较高时，需要选择可以反复使用的膜。 (1) (1) 微孔膜的特点：微孔膜的特点： 孔径均匀，过滤精度高。孔径均匀，

17、过滤精度高。 孔隙大，流速快。孔隙大，流速快。 无吸附或少吸附。无吸附或少吸附。 无介质脱落。无介质脱落。 颗粒容量较小，易被堵塞。颗粒容量较小，易被堵塞。 （2 2） 微滤技术应用领域微滤技术应用领域 微粒和细菌的过滤。微粒和细菌的过滤。 可用于水的高度净化、食品和饮料的除菌、可用于水的高度净化、食品和饮料的除菌、药液的过滤、发酵工业的空气净化和除菌等。药液的过滤、发酵工业的空气净化和除菌等。 微粒和细菌的检测。微粒和细菌的检测。 微虑膜可作为微粒和细菌的富集器，从而进微虑膜可作为微粒和细菌的富集器，从而进行微粒和细菌含量的测定。行微粒和细菌含量的测定。 气体、溶液和水的净化气体、溶液和水的

18、净化 大气中悬浮的尘埃、纤维、花粉、细菌、大气中悬浮的尘埃、纤维、花粉、细菌、病毒等；溶液和水中存在的微小固体颗粒和微病毒等；溶液和水中存在的微小固体颗粒和微生物，都可通过微虑去除。生物，都可通过微虑去除。食糖与酒类的精制食糖与酒类的精制 微虑膜对食糖溶液和啤、黄酒等酒类进行微虑膜对食糖溶液和啤、黄酒等酒类进行过滤，可除去食糖中的杂质、酒类中的酵母、过滤，可除去食糖中的杂质、酒类中的酵母、霉菌和其他微生物，提高食糖的纯度和酒类产霉菌和其他微生物，提高食糖的纯度和酒类产品的清澈度，延长存放期。品的清澈度，延长存放期。药物的除菌和除微粒药物的除菌和除微粒 微滤在啤酒啤酒生产中的应用：微滤在啤酒啤酒

19、生产中的应用：熟啤的过滤熟啤的过滤 3 3m m膜、膜、1 1m m膜过滤膜过滤生啤的过滤生啤的过滤气体无菌过滤气体无菌过滤生产用水的过滤生产用水的过滤0.220.22m m膜终端过滤膜终端过滤 2 2、 超滤超滤 超滤膜是指具有从超滤膜是指具有从1-20nm1-20nm细孔的多孔膜，它几细孔的多孔膜，它几乎可以完全将含于溶液中的病毒、高分子胶体等微乎可以完全将含于溶液中的病毒、高分子胶体等微粒子截留分离。粒子截留分离。 超滤膜均为不对称膜，有平板式、卷式、管式超滤膜均为不对称膜，有平板式、卷式、管式和中空纤维状等。和中空纤维状等。 超滤膜的结构一般由超滤膜的结构一般由三层结构组成三层结构组成

20、最上层的最上层的表面活性层表面活性层，厚度，厚度0.1-1.50.1-1.5 m m 中间的中间的过渡层过渡层； 最下面的最下面的支撑层，支撑层，呈多孔状呈多孔状。 支撑层的作用为起支撑作用，提高膜的机械强支撑层的作用为起支撑作用，提高膜的机械强度。膜的分离性能主要取决于表面活性层和过渡层。度。膜的分离性能主要取决于表面活性层和过渡层。 中空纤维状超滤膜的特点中空纤维状超滤膜的特点: :直径小，强度高，直径小，强度高，不需要支撑结构，管内外能承受较大的压力差。不需要支撑结构，管内外能承受较大的压力差。 制备超滤膜的材料主要有聚砜、聚酰胺、聚制备超滤膜的材料主要有聚砜、聚酰胺、聚丙烯腈和醋酸纤维

21、素等。丙烯腈和醋酸纤维素等。 （2 2） 超滤技术应用领域超滤技术应用领域 超滤技术主要用于含分子量超滤技术主要用于含分子量500500500,000500,000的的微粒溶液的分离，是目前应用最广的膜分离过程微粒溶液的分离，是目前应用最广的膜分离过程之一，它的应用领域涉及化工、食品、医药、生之一，它的应用领域涉及化工、食品、医药、生化等。化等。 纯水的制备纯水的制备 超滤技术广泛用于水中的细菌、病毒和其他异超滤技术广泛用于水中的细菌、病毒和其他异物的除去，用于制备高纯饮用水、电子工业超净物的除去，用于制备高纯饮用水、电子工业超净水和医用无菌水等。水和医用无菌水等。 汽车、家具等制品电泳涂装淋

22、洗水的处理汽车、家具等制品电泳涂装淋洗水的处理 汽车、家具等制品的电泳涂装淋洗水中常含汽车、家具等制品的电泳涂装淋洗水中常含有有1 12 2的涂料（高分子物质），用超滤装置的涂料（高分子物质），用超滤装置可分离出清水重复用于清洗，同时又使涂料得到可分离出清水重复用于清洗，同时又使涂料得到浓缩重新用于电泳涂装。浓缩重新用于电泳涂装。 食品工业中的废水处理食品工业中的废水处理 在牛奶加工厂中用超滤技术可从乳清中分离在牛奶加工厂中用超滤技术可从乳清中分离蛋白和低分子量的乳糖。蛋白和低分子量的乳糖。 果汁、酒等饮料的消毒与澄清果汁、酒等饮料的消毒与澄清 应用超滤技术可除去果汁的果胶和酒中的微生应用超滤

23、技术可除去果汁的果胶和酒中的微生物等杂质，使果汁和酒在净化处理的同时保持原有物等杂质，使果汁和酒在净化处理的同时保持原有的色、香、味，操作方便，成本较低。的色、香、味，操作方便，成本较低。 在医药和生化工业中用于处理热敏性物质在医药和生化工业中用于处理热敏性物质 分离浓缩生物活性物质，从生物中提取药物等。分离浓缩生物活性物质，从生物中提取药物等。 造纸厂的废水处理造纸厂的废水处理 3 3、反渗透、反渗透(1)(1)反渗透的特点反渗透的特点 反渗透膜，反渗透膜，孔径小于孔径小于0.5nm0.5nm，可截留溶质分子，可截留溶质分子( (分子量一般小于分子量一般小于500)500)， 操作压力为操作

24、压力为 2 2100MPa100MPa。 制备反渗透膜的材料主要有：制备反渗透膜的材料主要有： 醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚苯并咪唑、醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚苯并咪唑、磺化聚苯醚、聚芳砜、聚醚酮、聚芳醚酮、聚四磺化聚苯醚、聚芳砜、聚醚酮、聚芳醚酮、聚四氟乙烯氟乙烯等。等。 （2 2）反渗透技术应用领域）反渗透技术应用领域海水、苦咸水的淡化制取生活用水，硬水软海水、苦咸水的淡化制取生活用水，硬水软化制备锅炉用水，高纯水的制备化制备锅炉用水，高纯水的制备。 海水淡化方法海水淡化方法：多级闪蒸（：多级闪蒸（MSFMSF）、多效蒸发）、多效蒸发（MEDMED）和反渗透法（）和反渗透法（RORO）。

25、）。 目前，目前，RORO海水淡化装置的年销售额达到海水淡化装置的年销售额达到100100多多亿美元，且以亿美元，且以2020左右的年增长速度持续发展供左右的年增长速度持续发展供应商主要是美国和日本，应用地区主要是中东地应商主要是美国和日本，应用地区主要是中东地区、地中海地区和加勒比海地区，其次是东南亚区、地中海地区和加勒比海地区，其次是东南亚和北非地区。和北非地区。 在医药、食品工业中用以浓缩药液、果汁、在医药、食品工业中用以浓缩药液、果汁、咖啡浸液等咖啡浸液等。 印染、食品、造纸等工业中用于处理污水，印染、食品、造纸等工业中用于处理污水，回收利用废业中有用的物质等。回收利用废业中有用的物质

26、等。 4 4、气体分离、气体分离(1)(1)气体分离膜的分离机理气体分离膜的分离机理溶解扩散机理：溶解扩散机理：气体与膜接触，分子溶解在气体与膜接触，分子溶解在膜中，溶解的分子由于浓度梯度进行扩散运动，膜中，溶解的分子由于浓度梯度进行扩散运动，分子在膜的另一侧逸出分子在膜的另一侧逸出。 (2) (2) 气体分离膜的应用领域气体分离膜的应用领域 H H2 2的分离的分离 美国美国MonsantoMonsanto公司公司19791979年首创年首创PrismPrism中空纤维复中空纤维复合气体分离膜，主要用于氢气的分离。合气体分离膜，主要用于氢气的分离。 其材料主要有其材料主要有醋酸纤维素、聚砜、

27、聚酰亚胺醋酸纤维素、聚砜、聚酰亚胺等。等。其中聚酰亚胺是近年来新开发的高效氢气分离膜材料，其中聚酰亚胺是近年来新开发的高效氢气分离膜材料，具有抗化学腐蚀、耐高温和机械性能高等优点。具有抗化学腐蚀、耐高温和机械性能高等优点。 美国美国DuPontDuPont公司用聚酯类中空纤维制成的公司用聚酯类中空纤维制成的H H2 2气体气体分离膜，对组成为分离膜，对组成为7070H H2 2，3030CHCH4 4，C C2 2H H6 6，C C3 3H H8 8的混的混合气体进行分离，可获得含合气体进行分离，可获得含9090H H2 2的分离效果。的分离效果。 O O2 2、 COCO2 2、 SOSO

28、2 2的分离富集的分离富集 制备富氧膜的材料主要两类：制备富氧膜的材料主要两类：聚二甲基硅氧聚二甲基硅氧烷（烷（PDMSPDMS）及其改性产品和含三甲基硅烷基的高）及其改性产品和含三甲基硅烷基的高分子材料。分子材料。 富氧膜大部分可作为富氧膜大部分可作为COCO2 2分离膜使用分离膜使用，若在膜，若在膜材料中引入亲材料中引入亲COCO2 2的基团，如醚键、苯环等，可大的基团，如醚键、苯环等，可大大提高大提高COCO2 2的透过性。的透过性。 若在膜材料中引入亲若在膜材料中引入亲SOSO2 2的亚砜基团（如二甲的亚砜基团（如二甲亚砜、环丁砜等），则能够大大提高亚砜、环丁砜等），则能够大大提高SO

29、SO2 2分离膜的分离膜的渗透性能和分离性能。渗透性能和分离性能。 分离分离N N2 2，COCO2 2，SOSO2 2，H H2 2S S等气体的膜，都已等气体的膜，都已有工业化的应用。有工业化的应用。例如：例如：从天然气中分离氮，从天然气中分离氮， 从合成氨尾气中回收氢，从合成氨尾气中回收氢， 从空气中分离从空气中分离N N2 2或或COCO2 2， 从烟道气中分离从烟道气中分离SOSO2 2 ， 从煤气中分离从煤气中分离H H2 2S S或或COCO2 2等。等。 水果保鲜系统：水果保鲜系统：外界气氛外界气氛% %O O2 2 2121COCO2 2 0 0N N2 2 7979硅氧烷膜

30、硅氧烷膜仓库气氛仓库气氛% %O2 23CO2 25N2 292 5 5、渗透蒸发、渗透蒸发 （ervaporationervaporation，PVPV），又称渗透汽化），又称渗透汽化 (1) (1) 渗透蒸发的特点渗透蒸发的特点 一次分离度高一次分离度高、操作简单操作简单、无污染无污染、低能耗低能耗。渗透蒸发膜的四个指标：渗透蒸发膜的四个指标： 选择性、渗透通量、机械强度、稳定性选择性、渗透通量、机械强度、稳定性 乙醇乙醇- -水水分离，采用分离，采用PVAPVA- -PANPAN- -PETPET透水复合膜透水复合膜 (2)(2)渗透蒸发应用领域渗透蒸发应用领域 渗透蒸发分离技术主要用于

31、分离渗透蒸发分离技术主要用于分离: : 分子大小近似的液体混合物分子大小近似的液体混合物（如苯（如苯- -环己烷、环己烷、苯乙烯苯乙烯- -乙苯等）；乙苯等）； 普通蒸馏难以分离的近沸、共沸混合物普通蒸馏难以分离的近沸、共沸混合物（如水（如水- -乙醇、水乙醇、水- -异丙醇、水异丙醇、水- -甲乙酮等）；甲乙酮等）； 同分异构体混合物同分异构体混合物（如邻位、对位、间位二甲（如邻位、对位、间位二甲苯等）以及旋光异构体混合物等苯等）以及旋光异构体混合物等 (2)(2)渗透蒸发应用领域渗透蒸发应用领域 无水乙醇生产；无水乙醇生产； 醇类和水的分离，醇类和水的分离，乙醇、异丙醇、正丙醇、叔丁乙醇、

32、异丙醇、正丙醇、叔丁醇、乙二醇等，可处理到含水量醇、乙二醇等，可处理到含水量0.1%0.1%； 工业废水处理中去除少量有毒有机物工业废水处理中去除少量有毒有机物( (苯、酚、苯、酚、含氯化合物等含氯化合物等) )； 从溶剂中脱除少量水或从水中除去少量有机物；从溶剂中脱除少量水或从水中除去少量有机物； 石油化工工业中用于烷烃和烯烃、脂肪烃和芳烃、石油化工工业中用于烷烃和烯烃、脂肪烃和芳烃、近沸点物、同系物、同分异构体等的分离。近沸点物、同系物、同分异构体等的分离。 20032003年年3 3月，月，我国第一套自行设计、建造，我国第一套自行设计、建造，拥有完全自主知识产权的渗透汽化系统在广州某拥有

33、完全自主知识产权的渗透汽化系统在广州某公司成功开车。公司成功开车。 年处理能力为年处理能力为20002000吨的异丙醇溶剂回收系统。吨的异丙醇溶剂回收系统。 6 6、蒸馏膜、蒸馏膜 用憎水多孔膜分割水溶液，以温差作为驱动用憎水多孔膜分割水溶液，以温差作为驱动力，可使水分子不透过膜而水蒸气分子能在蒸气力，可使水分子不透过膜而水蒸气分子能在蒸气压差驱动下透过膜冷凝而达到蒸馏的目的。压差驱动下透过膜冷凝而达到蒸馏的目的。 蒸馏不必在水的沸点进行，因而可以利用太蒸馏不必在水的沸点进行，因而可以利用太阳能、温泉、锅炉和柴油机等的冷却用水等热源。阳能、温泉、锅炉和柴油机等的冷却用水等热源。 如同时在下游侧

34、减压，则为减压膜蒸馏，可如同时在下游侧减压，则为减压膜蒸馏，可以提高产水速率。以提高产水速率。 减压膜蒸馏也可用于果汁的浓缩，避免高温减压膜蒸馏也可用于果汁的浓缩，避免高温浓缩时风味的变劣。浓缩时风味的变劣。 7 7、萃取膜、萃取膜（固定膜界面萃取（固定膜界面萃取 ） 在一般液在一般液- -液萃取过程中需要搅拌使液滴分散，液萃取过程中需要搅拌使液滴分散，增加萃取界面面积，这就增加了动力消耗。增加萃取界面面积，这就增加了动力消耗。 如在多孔膜两侧流过被萃取相和萃取相，则如在多孔膜两侧流过被萃取相和萃取相，则可以经过微孔进行萃取；可以经过微孔进行萃取； 如果将萃取相固定在多孔膜中，一侧流过被如果将

35、萃取相固定在多孔膜中，一侧流过被萃取相，另一侧流过反萃相，则萃取和反萃将可萃取相，另一侧流过反萃相，则萃取和反萃将可同时连续进行。同时连续进行。 8 8、膜反应器、膜反应器 在膜反应器中将反应和分离相结合，通过在在膜反应器中将反应和分离相结合，通过在反应的同时将反应产物或产物之一分离出去，即反应的同时将反应产物或产物之一分离出去，即可影响反应的平衡向产物方向移动，从而增加反可影响反应的平衡向产物方向移动，从而增加反应的单程收率。应的单程收率。 在反应系统中引入膜技术，实现强化反应过在反应系统中引入膜技术，实现强化反应过程的目标。程的目标。 结束语 在当代新技术革命的浪潮中，膜分离技术作为化工新

36、技术之一，已广泛应用于医疗、生物化工、制药工业、石油化工、食品工业、环保等领域。 从目前的发展趋势来看，膜科学今后通过高层次和多途径的深入研究，相信在不久的将来，定会出现划时代的突破，迎来膜科技事业空前繁荣的春天。1 1、什么是膜分离？与传统的分离操作相比，、什么是膜分离？与传统的分离操作相比，膜分离具有什么特点？膜分离具有什么特点？2 2、什么是分离膜的选择透过性？试述分离膜、什么是分离膜的选择透过性？试述分离膜的分离机理。的分离机理。3 3、渗透蒸发有什么的特点？举例说明渗透蒸、渗透蒸发有什么的特点？举例说明渗透蒸发的工业应用以及应用前景。发的工业应用以及应用前景。 膜科学的主要奠基人之一

37、膜科学的主要奠基人之一他发明的液体膜技术已形成一项重要的技术他发明的液体膜技术已形成一项重要的技术19951995年迄今任北美膜科学学会会长和恩理（年迄今任北美膜科学学会会长和恩理（NLNL）化学技术公司董事长化学技术公司董事长19901990年起任美国国家工程院院士年起任美国国家工程院院士19961996年起任台湾年起任台湾“中央研究院中央研究院”院士院士19981998年当选为中国科学院外籍院士年当选为中国科学院外籍院士20002000年获普金奖章年获普金奖章20012001年荣获世界化工大会授予的终身成就奖年荣获世界化工大会授予的终身成就奖 黎念之黎念之化学工程学家化学工程学家显微镜下膜

38、的照片显微镜下膜的照片旋涂成膜仪旋涂成膜仪 真空汽化真空汽化惰性气体吹扫惰性气体吹扫 膜器膜器加热器加热器 外界气氛外界气氛% %O O2 2 2121COCO2 2 0 0N N2 2 7979硅氧烷膜硅氧烷膜仓库气氛仓库气氛% %O2 23CO2 25N2 292水果保鲜系统水果保鲜系统不对称膜不对称膜复合膜复合膜多孔膜多孔膜致密膜致密膜对对称称膜膜( (均均质质膜膜) ) 致密皮层致密皮层多孔支撑层多孔支撑层致密皮层致密皮层多孔支撑层多孔支撑层管式膜管式膜中空纤维膜中空纤维膜平板膜平板膜聚合物溶剂添加剂均质制膜液流涎法制成平板型、圆管型；纺丝法制成中空纤维蒸出部分溶剂凝固液浸渍水洗后处理

39、非对称膜LSLS法制备分离膜法制备分离膜工艺流程框图工艺流程框图复合膜涂覆多孔支持膜形成超薄膜的溶液交联加热形成超薄膜交联剂6060年代初马丁（年代初马丁（MartinMartin）研究反渗透时发现了具）研究反渗透时发现了具有分离选择性的人造有分离选择性的人造液膜液膜，这种液膜是覆盖在固体膜，这种液膜是覆盖在固体膜之上的，为之上的，为支撑液膜支撑液膜。 6060年代中期，年代中期，黎念之博士黎念之博士发现含有表面活性剂的发现含有表面活性剂的水和油能形成界面膜，从而发明了不带有固体膜支撑水和油能形成界面膜，从而发明了不带有固体膜支撑的新型液膜，并于的新型液膜，并于19681968年获得年获得纯粹液膜纯粹液膜的第一项专利。的第一项专利。 7070年代初，卡斯勒（年代初，卡斯勒（CusslerCussler）又研制成功）又研制成功含流动含流动载体的液膜载体的液膜，使液膜分离技术具有更高的选择性。，使液膜分离技术具有更高的选择性。 8080年代中期，奥地利的年代中期，奥地利的J. J. DraxlerDraxler等科学家采用等科学家采用液膜法从粘胶废液中回收锌获得成功，液膜分离技术液膜法从粘胶废液中回收锌获得成功，液膜分离技术才进入了实用阶段。才进入了实用阶段。