,10.2膜分離10.2.1膜的定義和分類定義：膜是分離兩相的中間相。有分離作用的膜稱之為分離膜，通常亦簡稱為膜。,膜分離過程：分離膜以特定的方式限制兩相間的物質傳遞，使不同的物質以不同的速率透過膜，實現物質的分離。,1,物質透過膜的主要三種方式：,被動傳遞,促進傳遞,主動傳遞,被動傳遞：物質由高化學位相向低化學位相傳遞，這一化學位的差就是膜分離過程的推動力。,壓力差濃度差電位差溫度差,推動力,2,促進傳遞：膜內有載體，在高化學位一側，載體同被傳遞的物質發生反應，而在低化學位一側又將被傳遞的物質釋放，這種傳遞過程有很高的選擇性。,主動傳遞：膜中的載體同被傳遞物質在低化學位側發生反應并釋放能量，使被傳遞物質由低化學位一側被傳遞到高化學位一側，物質的傳遞方向為逆化學位梯度方向。,3,膜的分離性質,選擇性：不同物質在兩相中的濃度變化比,透過性：單位推動力下，物質在單位時間內,膜的分類：,透過單位面積膜的量,4,10.2.2膜分離過程在一定傳質推動力下，利用膜對不同物質的透過性差異，對混合物進行分離的過程。,機理模型：,不可逆熱力學模型,傳遞機理模型,膜分離過程：氣體膜分離、滲透蒸發、滲析、電滲析、反滲透、納濾、超濾、微濾、膜萃取、膜吸收、膜精餾、促進傳遞、液膜、氣膜等過程。其中：滲析、電滲析、反滲透、納濾、超濾、微濾技術已很成熟，應用也廣泛。,5,10.2.3膜的形態結構,(1)膜的形態結構：主要研究膜的斷面與表面。,均相膜和異相膜均相膜：均勻地呈單相存在；異相膜：不是呈單相存在。,致密膜和多孔膜致密膜：結構最緊密的膜；多孔膜：結構較疏松的膜。,對稱膜和非對稱膜對稱膜：膜的厚度方向結構均一、同性；非對稱膜：同種材料，沿膜的厚度方向上呈不同結構。,6,(2)膜的孔,膜孔的結構,具有多樣性，不同的膜具有不同的孔結構，同一張膜也會具有不同的孔結構。,復合膜：在對稱或非對稱的底膜上，復合上一層很薄的、致密的、有特殊功能的另一種材料的膜層。,7,膜的孔徑、孔徑分布、孔密度和空隙率膜的孔徑:膜內孔的直徑,有最大孔徑和平均孔徑之分；孔徑分布:某一孔徑的孔體積占整個孔體積的百分數；孔密度:單位膜面積上孔的數目；空隙率:所有孔體積占整個膜體積的百分數。,膜的厚度整個膜厚、膜的某個層次厚度之分。均質膜一般較厚，透量較小；復合膜可使致密層厚度極薄。,8,10.2.4反滲透與納濾,(1)反滲透的基本原理,溶解-擴散理論：溶劑和溶質被吸附溶解于膜表面；溶劑和溶質在膜中擴散傳遞，最終透過膜。,9,（2）濃度極化,改變操作條件控制濃度極化：增加原料液的流速；適當提高操作溫度,10,（3）膜的污染操作一定時間后，膜表面被不溶的沉積物所覆蓋，使膜的性能下降。主要原因：原料液處理不當所造成的。如：懸浮顆粒；膜表面結垢；細菌污染；金屬氧化物、有機物、淤泥等。,（4）納濾納濾過程與反滲透過程極為相近，納濾膜能夠攔截納米數量級的分子。與反滲透相比，納濾水透量大、操作壓力低、成本低納濾可以用于脫除水溶液中的雜質和有機物，如印染水的脫色、飲用水的預處理等。,11,10.2.5超過濾與微孔過濾,以壓力為推動力的膜分離過程。超濾：截留大分子溶質，而允許低分子溶質和溶劑通過，從而將大分子與小分子分開。,12,超濾和微濾的截留機理主要是物質在膜表面及微孔內的吸附、在孔內的停留（阻塞）、膜表面的機械截留（篩分）、架橋截留和膜內部網絡截留。,13,10.2.6滲析和電滲析,（1）滲析的基本原理膜兩側溶液中的溶質或溶劑在濃度差的推動下透過膜。,典型過程：血液透析,14,（2）電滲析的基本原理,溶液中的離子在電位差的推動下，通過荷電膜而同其他不帶電的組分分開。電滲析過程的基本原理：陽膜：帶負電的陽離子傳遞膜陰膜：帶正電的陰離子傳遞膜,電滲析廣泛地應用于苦鹽水脫鹽，是世界上某些地區生產淡水的主要方法。,電滲吸過程原理,15,10.2.7氣體膜分離過程（1）氣體膜分離的機理氣體混合物在膜兩側分壓差的作用下，各組分氣體以不同滲透速率透過膜，使混合氣體得以分離或濃縮的過程。描述氣體通過高分子膜的主要參數：滲透率P：描述膜的氣體透過性；滲透系數J：單位時間、單位膜面積、單位推動力作用下所透過氣體的量；分離系數：描述氣體分離膜的選擇性，一般將其定義為兩種氣體i，j滲透系數之比。,16,（2）氣體膜分離的主要應用氫氣的回收利用；從空氣中制取富氮氣體和富氧氣體。,10.2.8滲透蒸發過程在膜的原料側是液體混合物，膜的另一側為氣相真空或負壓操作，混合物的各組分在分壓差作用下，以不同速率從膜的一側蒸發并滲透到膜的另一側，從而達到分離濃縮的目的。區別于其他膜過程的重要特點是有相變。假設過程分兩步完成：進料液體在膜進料側蒸發形成飽和蒸汽，飽和蒸汽透過膜到達膜的滲透側。主要應用：有機溶劑脫水、水的凈化、有機混合物分離。,17,10.2.9其他膜過程（1）控制釋放指：用分離膜控制藥物的釋放速度和作用時間，被應用于醫療和農業等方面。,兩種不同給藥方式的對比,18,（2）膜反應器膜反應器中，可以利用