1、關于分離膜與膜分離組件1現在學習的是第一頁，共62頁第三節第三節 分離膜的分離特性與結構分離膜的分離特性與結構 分離效率、滲透通量、通量衰減系數分離效率、滲透通量、通量衰減系數。1、分離效率：分離效率： 脫除率或截留率脫除率或截留率R適于溶液脫鹽，高分子物質適于溶液脫鹽，高分子物質脫除。脫除。 Cb-主體濃度，主體濃度，Cp-透過液濃度透過液濃度%100bpbCCCR一、膜的分離透過特性一、膜的分離透過特性2現在學習的是第二頁，共62頁 分離系數分離系數或或混合物分離混合物分離 YA透過液中透過液中A的摩爾分率，的摩爾分率，XA原液中原液中A的摩爾分率。的摩爾分率。 2、滲透通量滲透通量： 單

2、位時間內通過單位膜面積的透過物的量。單位時間內通過單位膜面積的透過物的量。 AAAAXXYY11AAXYtSVJm3現在學習的是第三頁，共62頁 V透過液的容積或量；透過液的容積或量；S膜的有效面積；膜的有效面積； t時間；時間； 滲透通量滲透通量Jm通常以通常以mL/(cm2h) 或或 L/(m2d)為單位。為單位。 3、通量衰減系數通量衰減系數： Jt 運行運行t小時的滲透通量；小時的滲透通量； J1 運行運行1小時的滲透通小時的滲透通 量量；m - 通量衰減系數。通量衰減系數。 mttJJ14現在學習的是第四頁，共62頁二、分離膜的形態結構二、分離膜的形態結構 高分子聚合物膜的結構：高分

3、子聚合物膜的結構： 致密膜致密膜（對稱膜）（對稱膜）：均勻的致密薄膜（均質膜），物：均勻的致密薄膜（均質膜），物質在膜內各處的滲透率相同。膜厚質在膜內各處的滲透率相同。膜厚5nm5m。使。使用較少。用較少。p 微孔膜微孔膜：平均孔徑：平均孔徑0.0210m，膜孔有一較寬的分布，膜孔有一較寬的分布范圍，孔道曲折，膜厚范圍，孔道曲折，膜厚50250m，應用較普遍。，應用較普遍。p 非對稱膜非對稱膜：是使用最廣泛的一種分離膜。非對稱分離膜：是使用最廣泛的一種分離膜。非對稱分離膜一般由兩層組成，表面活性層和支撐層。一般由兩層組成，表面活性層和支撐層。5現在學習的是第五頁，共62頁 表面活性層非常薄，厚

4、度表面活性層非常薄，厚度0.11.5m。表面活表面活性層起分離作用性層起分離作用(即選擇透過作用即選擇透過作用)，其孔徑和表，其孔徑和表皮性質決定分離特性，厚度決定傳遞速率。皮性質決定分離特性，厚度決定傳遞速率。表面表面活性層可以是致密的，也可以是多孔的。下面的活性層可以是致密的，也可以是多孔的。下面的支撐層起機械支撐作用，是多孔的，對分離特性支撐層起機械支撐作用，是多孔的，對分離特性和傳遞速率影響很小，厚度和傳遞速率影響很小，厚度50250m。 表面活性層與支撐層用同一種膜材料，在表面活性層與支撐層用同一種膜材料，在制膜過程中同時形成，習慣上稱這種膜為非對稱制膜過程中同時形成，習慣上稱這種膜

5、為非對稱膜。膜。 6現在學習的是第六頁，共62頁p 復合膜復合膜（非對稱膜）：（非對稱膜）：表面活性層與支撐層分兩次表面活性層與支撐層分兩次形成，先制成支撐膜，再把皮層復合到支撐膜的表面形成，先制成支撐膜，再把皮層復合到支撐膜的表面上，用這種方法制成的非對稱膜叫做復合膜，一般復上，用這種方法制成的非對稱膜叫做復合膜，一般復合膜的表面活性層和支撐層是兩種膜材料。合膜的表面活性層和支撐層是兩種膜材料。 表面活性層厚度表面活性層厚度0.2515m。表面活性層可。表面活性層可用各種材料，應用廣泛。用各種材料，應用廣泛。p離子交換膜離子交換膜：為均質膜，膜厚為均質膜，膜厚200m，主要用于，主要用于電滲

6、析。電滲析。7現在學習的是第七頁，共62頁 1 1、表面活性層對分離膜的性能起決定性影響表面活性層對分離膜的性能起決定性影響： （1 1）表面活性層愈薄，膜的滲透通量愈大。有些膜分表面活性層愈薄，膜的滲透通量愈大。有些膜分離過程離過程( (如反滲透如反滲透) )，膜的滲透通量與表面活性層厚度呈，膜的滲透通量與表面活性層厚度呈反比；反比； （2 2）表面活性層如果屬多孔結構，則單位面積上孔數愈表面活性層如果屬多孔結構，則單位面積上孔數愈多多( (孔隙率愈大孔隙率愈大) )，膜的滲透通量愈大；，膜的滲透通量愈大； （3 3）表面活性層上孔分布愈狹，分離產品的純度就愈高，表面活性層上孔分布愈狹，分離

7、產品的純度就愈高，即除了希望得到的產品外，其他雜質愈少。即除了希望得到的產品外，其他雜質愈少。 起分離作用的表面活性層不能存在缺陷起分離作用的表面活性層不能存在缺陷( (大孔大孔) )。否則分離。否則分離效率急劇下降，滲透通量變得異常高。效率急劇下降，滲透通量變得異常高。 三、分離膜的形態結構與性能的關系三、分離膜的形態結構與性能的關系8現在學習的是第八頁，共62頁 2、支撐層對分離膜的性能也有一定影響支撐層對分離膜的性能也有一定影響： 支撐層孔愈大、孔隙率高也能使膜的通量有所提高。支撐層孔愈大、孔隙率高也能使膜的通量有所提高。 可見，高性能的分離膜除了選擇合適的膜材料外，它應具可見，高性能的

8、分離膜除了選擇合適的膜材料外，它應具有非對稱結構，即具有致密有非對稱結構，即具有致密(或多孔或多孔)的、無缺陷的、超薄的的、無缺陷的、超薄的(幾十納米厚幾十納米厚)表面活性層和孔隙率高的多孔支撐層。對復合表面活性層和孔隙率高的多孔支撐層。對復合膜來說，支撐膜表面要有合適的孔徑。孔分布要窄，且無大膜來說，支撐膜表面要有合適的孔徑。孔分布要窄，且無大孔。孔。 在生產商品膜過程中，要制造表面活性層這樣薄而無缺陷在生產商品膜過程中，要制造表面活性層這樣薄而無缺陷的膜，技術要求相當高。的膜，技術要求相當高。9現在學習的是第九頁，共62頁第四節第四節 分離膜的污染與劣化分離膜的污染與劣化 1、膜的污染膜的

9、污染： 因為膜表面形成附著層或膜孔堵塞等外部因素導致因為膜表面形成附著層或膜孔堵塞等外部因素導致膜性能發生變化的現象。膜性能發生變化的現象。 膜污染一般導致膜的滲透通量下降，對截留率影膜污染一般導致膜的滲透通量下降，對截留率影響不定。響不定。 2、膜的劣化膜的劣化： 因為膜自身發生不可逆轉的變化等內部因素導致因為膜自身發生不可逆轉的變化等內部因素導致膜性能發生變化的現象。膜性能發生變化的現象。 膜劣化對滲透通量、截留率影響不定。膜劣化對滲透通量、截留率影響不定。10現在學習的是第十頁，共62頁3、膜劣化的原因膜劣化的原因：q化學性劣化化學性劣化：由膜材料的水解或氧化反應等化學因：由膜材料的水解

10、或氧化反應等化學因素造成的。例如素造成的。例如PH值超出允許范圍導致反應。值超出允許范圍導致反應。q物理性劣化物理性劣化：由膜結構發生不可逆轉變形等物理：由膜結構發生不可逆轉變形等物理因素造成的。例如高壓或干燥狀態下的變形。因素造成的。例如高壓或干燥狀態下的變形。q生物性劣化生物性劣化：由料液中微生物導致膜發生生物降解：由料液中微生物導致膜發生生物降解反應等生物因素造成的。反應等生物因素造成的。11現在學習的是第十一頁，共62頁4、膜污染與劣化的防止方法膜污染與劣化的防止方法：A預處理法預處理法A操作方式的優化操作方式的優化A膜組件結構改善膜組件結構改善A膜組件的清洗：實際應用非常重要，分化學

11、清膜組件的清洗：實際應用非常重要，分化學清 洗和物理清洗。洗和物理清洗。A抗劣化抗污染膜的制備抗劣化抗污染膜的制備12現在學習的是第十二頁，共62頁 1.死端操作死端操作： 料液置于分離膜的上游，在壓差作用下進行。缺料液置于分離膜的上游，在壓差作用下進行。缺點：截留物在表面形成污染層，且隨時間增厚，阻力點：截留物在表面形成污染層，且隨時間增厚，阻力增加，若操作壓力不變，通量下降。增加，若操作壓力不變，通量下降。污染層厚度污染層厚度滲透通量滲透通量時間時間 操作方式操作方式13現在學習的是第十三頁，共62頁 2. 錯流操作錯流操作： 料液以切線方向流過分離膜表面。料液流經料液以切線方向流過分離膜

12、表面。料液流經膜表面所產生的高剪切力可使沉積在膜表面的顆膜表面所產生的高剪切力可使沉積在膜表面的顆粒擴散返回膜主流體，當沉積速度與返回速度達粒擴散返回膜主流體，當沉積速度與返回速度達平衡，表面污染層不再增厚，滲透通量可較長時平衡，表面污染層不再增厚，滲透通量可較長時間保持穩定。間保持穩定。污染層厚度污染層厚度滲透通量滲透通量時間時間14現在學習的是第十四頁，共62頁第三章第三章 反滲透反滲透 第一節第一節 概概 述述 在高于溶液滲透壓的壓力作用下，只有溶液中的水在高于溶液滲透壓的壓力作用下，只有溶液中的水透過膜，而所有溶液中大分子、小分子有機物及無機透過膜，而所有溶液中大分子、小分子有機物及無

13、機鹽全被截留住。鹽全被截留住。 理想的反滲透膜應是無孔的，分離的基本原理是理想的反滲透膜應是無孔的，分離的基本原理是溶解擴散以及毛細孔流學說。溶解擴散以及毛細孔流學說。“膜孔徑膜孔徑”為為 1 到到 10埃，埃，截留物為截留物為0.11nm小分子溶質，采用壓力為小分子溶質，采用壓力為 1-10 Mpa。 反滲透主要應用領域是海水或苦咸水的淡化。反滲透主要應用領域是海水或苦咸水的淡化。15現在學習的是第十五頁，共62頁第二節第二節 反滲透基本原理反滲透基本原理一、反滲透原理一、反滲透原理(a) (b) (c) 16現在學習的是第十六頁，共62頁 稀溶液的稀溶液的Vant Hoff滲透壓公式：滲透

14、壓公式： RTCs R0.082atmL/(moLK); Cs為各溶質離子濃度為各溶質離子濃度總和總和mol/L; T為開爾文溫度為開爾文溫度K。 反滲透是滲透的一種反方向遷移運動，溶液反滲透是滲透的一種反方向遷移運動，溶液濃度越高，濃度越高，值越大。在反滲透過程中所要施加的值越大。在反滲透過程中所要施加的實際壓力必須遠大于按滲透壓公式算出的溶液的實際壓力必須遠大于按滲透壓公式算出的溶液的值。值。在系統和膜強度允許的范圍內，一般為在系統和膜強度允許的范圍內，一般為值的幾倍到值的幾倍到近十倍。近十倍。 反滲透過程必須滿足兩個條件反滲透過程必須滿足兩個條件： 1：有一種高選擇性和高透過率（一般是透

15、水）的：有一種高選擇性和高透過率（一般是透水）的選擇性透過膜；選擇性透過膜； 2：操作壓力必須高于溶液的滲透壓。：操作壓力必須高于溶液的滲透壓。17現在學習的是第十七頁，共62頁三、反滲透過程傳質機理三、反滲透過程傳質機理 1、優先吸附毛細孔流動機理優先吸附毛細孔流動機理： 1960年，年，sourirajan在在Gibbas吸附方程基礎吸附方程基礎上，提出了優先吸附上，提出了優先吸附-毛細孔流動機理，為反滲透毛細孔流動機理，為反滲透膜的研制和過程的開發奠定了基礎，而后按此機理膜的研制和過程的開發奠定了基礎，而后按此機理發展為定量表達式，即表面力發展為定量表達式，即表面力-孔流動模型。孔流動模

16、型。 下圖表示水脫鹽過程的優先吸附下圖表示水脫鹽過程的優先吸附-毛細孔流毛細孔流動機理。在這過程中，溶劑是水，溶質為氯化鈉。動機理。在這過程中，溶劑是水，溶質為氯化鈉。由于由于膜表面具有選擇性吸水而排斥鹽作用膜表面具有選擇性吸水而排斥鹽作用，水，水優先吸附在膜表面上，因此在壓力的作用下優先吸優先吸附在膜表面上，因此在壓力的作用下優先吸附的水滲透通過膜孔，就形成了脫鹽過程。附的水滲透通過膜孔，就形成了脫鹽過程。18現在學習的是第十八頁，共62頁 當水溶液與多孔膜接觸時，如果膜的物理化學性質使當水溶液與多孔膜接觸時，如果膜的物理化學性質使膜對水優先吸附，那么在膜與溶液界面附近就會形成一層被膜對水優

17、先吸附，那么在膜與溶液界面附近就會形成一層被膜吸附的純水層，純水層的厚度與溶質和膜表面的化學性質膜吸附的純水層，純水層的厚度與溶質和膜表面的化學性質有關。對于對稱電解質水溶液的純水層厚度，可用有關。對于對稱電解質水溶液的純水層厚度，可用matsuura提出的修正提出的修正Gibbas等溫吸附方程計算等溫吸附方程計算: 式中式中為溶液中溶質的活度系數；為溶液中溶質的活度系數；m 為溶液的質量摩爾濃度為溶液的質量摩爾濃度, mol/kg；CAb為氯化鈉的摩爾濃度，為氯化鈉的摩爾濃度，mol/m3 。19現在學習的是第十九頁，共62頁 膜表皮層的毛細孔接近或等于純水層厚度兩倍膜表皮層的毛細孔接近或等

18、于純水層厚度兩倍2t時，時，微孔膜能獲得最高的滲透通量和最佳的分離效果，微孔膜能獲得最高的滲透通量和最佳的分離效果，當膜的孔徑大于當膜的孔徑大于2t時，則溶質就會從毛細孔的中心通時，則溶質就會從毛細孔的中心通過，而產生溶質的泄漏，因此過，而產生溶質的泄漏，因此2t為膜的為膜的臨界孔徑臨界孔徑值。值。2. 溶解溶解-擴散模型擴散模型 20世紀世紀60年代，年代，Lonsdale和和Riley等人在假定膜是等人在假定膜是無缺陷的理想膜基礎上，提出溶解無缺陷的理想膜基礎上，提出溶解-擴散機理來描述擴散機理來描述反滲透過程。反滲透過程。20現在學習的是第二十頁，共62頁 該機理假定溶劑和溶質首先都該機

19、理假定溶劑和溶質首先都溶解溶解在均質無孔在均質無孔膜的表皮層中，然后各組分在非偶合形式的化學位梯度膜的表皮層中，然后各組分在非偶合形式的化學位梯度作用下，從膜上游側向下游側作用下，從膜上游側向下游側擴散擴散，再從下游側再從下游側解吸解吸。故溶劑和溶質在膜中的溶解度和擴散系數是該機理的主故溶劑和溶質在膜中的溶解度和擴散系數是該機理的主要參數。要參數。溶質傳遞通過膜的濃度分布溶質傳遞通過膜的濃度分布21現在學習的是第二十一頁，共62頁 Lonsdale等人通過費克定律來描述溶劑在膜內的等人通過費克定律來描述溶劑在膜內的擴散。通過膜的水的滲透通量：擴散。通過膜的水的滲透通量： Jw = A(P -

20、) A為溶劑的滲透系數為溶劑的滲透系數,P為膜兩側壓力差為膜兩側壓力差, 為膜兩側滲透壓差。為膜兩側滲透壓差。 通過膜的溶質的滲透通量：通過膜的溶質的滲透通量： DWA為溶質在膜中的有效擴散系數，為溶質在膜中的有效擴散系數，為膜厚度，為膜厚度， K為相平衡常數，為相平衡常數， CAi、CA2分別為膜的料液側表面和透過液中溶質的濃度。分別為膜的料液側表面和透過液中溶質的濃度。 A 、(DWA /)反映了溶劑和溶質透過膜的特性，與溶反映了溶劑和溶質透過膜的特性，與溶劑、溶質和膜材料的物理化學性質，膜的形態結構、劑、溶質和膜材料的物理化學性質，膜的形態結構、操作溫度、壓力等有關。操作溫度、壓力等有關

21、。)(2AAiWAACCKDJ22現在學習的是第二十二頁，共62頁第四節第四節 膜分離工藝流程膜分離工藝流程 為了達到設計所要求的處理能力和分離效果，需進行為了達到設計所要求的處理能力和分離效果，需進行多個膜組件的串聯或并聯：多個膜組件的串聯或并聯：通過組件的不同配置方式來滿足不同要求；通過組件的不同配置方式來滿足不同要求；膜元件的使用壽命與此有重要的影響；膜元件的使用壽命與此有重要的影響； 因此，在設計中應重視膜組件數量的選擇和膜組件因此，在設計中應重視膜組件數量的選擇和膜組件的合理排列組合。的合理排列組合。一、膜組件合理排列組合的意義一、膜組件合理排列組合的意義23現在學習的是第二十三頁，

22、共62頁 概念：概念：p段：段：指膜組件的濃縮液（濃水）不經泵自動流到下一組指膜組件的濃縮液（濃水）不經泵自動流到下一組膜組件處理，流經膜組件處理，流經n組膜組件，即稱為組膜組件，即稱為n段；段；p級：級：指膜組件的透過液（產品水）再經泵到下一組膜組指膜組件的透過液（產品水）再經泵到下一組膜組件處理，透過液（產品水）經件處理，透過液（產品水）經n次膜組件處理，稱為次膜組件處理，稱為n級。級。 按照按照“級級”和和“段段”的概念，反滲透的操作模式的概念，反滲透的操作模式有多種。有多種。二、膜組件的排列組合（流程）二、膜組件的排列組合（流程）24現在學習的是第二十四頁，共62頁1 1、一級一段連續

23、式、一級一段連續式透過液的透過液的回收率不回收率不高，在工高，在工業中很少業中很少采用。采用。 25現在學習的是第二十五頁，共62頁2、一級一段循環式、一級一段循環式部分濃縮液返回進料液貯槽與原有的進料液混合后，再次通過部分濃縮液返回進料液貯槽與原有的進料液混合后，再次通過組件分離。因濃縮液中溶質含量較原料液高，所以透過液的質組件分離。因濃縮液中溶質含量較原料液高，所以透過液的質量有所下降量有所下降 。26現在學習的是第二十六頁，共62頁3、一級多段連續式、一級多段連續式水的回收率提高，濃縮液的量減少，水的回收率提高，濃縮液的量減少，但濃縮液中溶質的含量增大。但濃縮液中溶質的含量增大。 27現

24、在學習的是第二十七頁，共62頁4、一級多段循環式、一級多段循環式第二段的透過水質較第一段差，這種方第二段的透過水質較第一段差，這種方法可得到較高濃度的濃縮液。法可得到較高濃度的濃縮液。 28現在學習的是第二十八頁，共62頁5、多段錐形排列、多段錐形排列這種方式得到的濃縮液由于經過多段流動，這種方式得到的濃縮液由于經過多段流動，壓力損失較大，生產率下降，為此需增設高壓力損失較大，生產率下降，為此需增設高壓泵壓泵。29現在學習的是第二十九頁，共62頁6、多級多段（實用價值高）、多級多段（實用價值高）30現在學習的是第三十頁，共62頁31現在學習的是第三十一頁，共62頁對膜的選擇更廣泛每一級膜兩側的

25、濃差減小，操作壓差可以對膜的選擇更廣泛每一級膜兩側的濃差減小，操作壓差可以降低對設備的要求降低；但各級多需要泵將料液提高到較高降低對設備的要求降低；但各級多需要泵將料液提高到較高的壓力，能耗增加。的壓力，能耗增加。 32現在學習的是第三十二頁，共62頁第五節第五節 反滲透的應用反滲透的應用1、海水和苦咸水的淡化、海水和苦咸水的淡化p反滲透過程已成功使用反滲透過程已成功使用30多年，據統計，在全世界所多年，據統計，在全世界所有淡化過程生產有淡化過程生產11.5106m3/d的飲用水中，反滲透的飲用水中，反滲透法占法占23.4%。p優點：優點：能耗和投資運行費用低，占地小，設備腐蝕輕，能耗和投資運

26、行費用低，占地小，設備腐蝕輕，易建造、操作、維修，建廠時間短。易建造、操作、維修，建廠時間短。33現在學習的是第三十三頁，共62頁 一般分三個工序：一般分三個工序： （1）預處理，去除懸浮物、雜質；）預處理，去除懸浮物、雜質； （2）脫鹽處理，一般采用）脫鹽處理，一般采用RO預脫鹽；預脫鹽； （3）后處理，最后精制，滅菌。）后處理，最后精制，滅菌。 反滲透等膜分離技術已被普遍用于電子工業反滲透等膜分離技術已被普遍用于電子工業純水及醫藥工業無菌純水等的超純水制備系統純水及醫藥工業無菌純水等的超純水制備系統中。中。 34現在學習的是第三十四頁，共62頁 初級純水處理初級純水處理 原水原水預處理預處

27、理離子交換離子交換用水點用水點 純水生產流程：純水生產流程： 超純水生產流程：超純水生產流程：35現在學習的是第三十五頁，共62頁3、廢水處理、廢水處理 反滲透膜對反滲透膜對陽離子陽離子基本上遵循感膠離子的順序攔截，基本上遵循感膠離子的順序攔截，即：即： Al3+ Fe3+ Mg2+ Ca2+ Na+ NH4+ K+對對陰離子陰離子的攔截順序為：的攔截順序為：SO42- CO32- Cl- PO43- F- = CN- NO3- B4O72-例如：電鍍廢水，電廠污水，造紙污水，放射例如：電鍍廢水，電廠污水，造紙污水，放射 性廢水處理。性廢水處理。36現在學習的是第三十六頁，共62頁 用反滲透代

28、替精餾，從水溶液中分離低分子量用反滲透代替精餾，從水溶液中分離低分子量有機組分是當前反滲透研究的一個重要領域。有機組分是當前反滲透研究的一個重要領域。 對乙醇水混合物的分離已進行了大量研究工作。對乙醇水混合物的分離已進行了大量研究工作。從乙醇水的相平衡曲線可知，用蒸餾法將從乙醇水的相平衡曲線可知，用蒸餾法將5(wt) 以下以下濃度的乙醇濃縮到濃度的乙醇濃縮到15(wt)，把，把90(wt)以上濃度的乙以上濃度的乙醇脫水，超過恒沸點制備無水乙醇是耗能非常大的過程，醇脫水，超過恒沸點制備無水乙醇是耗能非常大的過程，用用RO進行這些分離可節省大量能耗。進行這些分離可節省大量能耗。 從目前的研究看，在

29、高濃度區從目前的研究看，在高濃度區(恒沸點附近恒沸點附近)有以有以滲透蒸發膜過程代替蒸餾的趨勢。在低濃度區滲透蒸發膜過程代替蒸餾的趨勢。在低濃度區(稀乙稀乙醇醇)的濃縮則轉向反滲透。的濃縮則轉向反滲透。5、低分子量物質水溶液的濃縮、低分子量物質水溶液的濃縮37現在學習的是第三十七頁，共62頁第五章第五章 超濾與微濾超濾與微濾 第一節第一節 超濾和微濾過程原理超濾和微濾過程原理 一、超濾分離原理一、超濾分離原理 超濾的分離原理主要是超濾的分離原理主要是篩分原理篩分原理，膜的表面活，膜的表面活性層上孔的大小和形狀對截留率起主要作用，但膜性層上孔的大小和形狀對截留率起主要作用，但膜表面的化學性質也有

30、重要影響。表面的化學性質也有重要影響。 表面活性層上孔徑為表面活性層上孔徑為 10 200 埃（埃（0.001 m - 0.02 m），可截留分子量），可截留分子量500以上的可溶性大分以上的可溶性大分子物質，采用壓力為子物質，采用壓力為0.11MPa。38現在學習的是第三十八頁，共62頁 分離原理是分離原理是篩分原理篩分原理，微濾膜的孔徑為，微濾膜的孔徑為 0.02 m -10 m，截留直徑為，截留直徑為 0.05 m - 10 m 的微粒的微粒或分子量大于或分子量大于106的高分子，采用壓力為的高分子，采用壓力為 0.01- 0.2MPa。 決定膜分離效率的是膜的物理結構，孔的大小決定膜分

31、離效率的是膜的物理結構，孔的大小與形狀。與形狀。 微濾是目前應用最為廣泛的膜分離方法。微濾是目前應用最為廣泛的膜分離方法。二、微濾分離原理二、微濾分離原理39現在學習的是第三十九頁，共62頁第二節第二節 超濾膜和微濾膜超濾膜和微濾膜 一、超濾膜一、超濾膜 一般為非對稱膜，但與反滲透膜不同，超濾膜表層一般為非對稱膜，但與反滲透膜不同，超濾膜表層有孔，孔小且不規則。有孔，孔小且不規則。 常用超濾膜材料常用超濾膜材料 聚合物聚合物：聚砜、聚醚砜、醋酸纖維素；聚砜、聚醚砜、醋酸纖維素； 無機材料無機材料：氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦；氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦； 超濾過程中溶質的截留機理包括：超濾過程中溶質的截

32、留機理包括：膜表面上的機膜表面上的機械截留（篩分）、在膜孔中的停留（阻塞）、在膜械截留（篩分）、在膜孔中的停留（阻塞）、在膜表面和膜孔內的吸附表面和膜孔內的吸附三種方式。三種方式。 40現在學習的是第四十頁，共62頁 對于篩分膜，普遍認為膜表層截留是通過三種對于篩分膜，普遍認為膜表層截留是通過三種方式實現的方式實現的（1）比膜孔大的顆粒的機械截留；（比膜孔大的顆粒的機械截留；（2）顆粒之間的相互作用顆粒之間的相互作用(如聚集、吸附如聚集、吸附)及顆粒與膜表面及顆粒與膜表面的吸附；（的吸附；（3）顆粒之間的架橋作用。）顆粒之間的架橋作用。 對于對于“深層深層”膜，人們認為顆粒被截留在網絡膜，人們

33、認為顆粒被截留在網絡孔的內部，而不是在膜的表面。孔的內部，而不是在膜的表面。截留機理截留機理41現在學習的是第四十一頁，共62頁截留機理截留機理42現在學習的是第四十二頁，共62頁 第三節第三節 超濾、微濾與反滲透的比較超濾、微濾與反滲透的比較 微濾（微濾（MF)、超濾、超濾(UF)與反滲透與反滲透(RO)都是壓力驅都是壓力驅動膜分離過程，組成了分離溶液中的離子、分子到動膜分離過程，組成了分離溶液中的離子、分子到固體微粒的三級膜分離過程。固體微粒的三級膜分離過程。43現在學習的是第四十三頁，共62頁反滲透反滲透超濾超濾微濾微濾膜膜表層致密的表層致密的非對稱膜、復合膜非對稱膜、復合膜非對稱膜，非

34、對稱膜，表面有微孔表面有微孔微孔膜，多孔膜微孔膜，多孔膜操作壓力操作壓力MPa2100.10.50.010.2分離物質分離物質分子量小于分子量小于500的的小分子物質小分子物質分子量大于分子量大于500的的大分子物質和細大分子物質和細小膠體微粒小膠體微粒粒徑大于粒徑大于0.1的的微粒微粒分離機理分離機理非簡單篩分，膜物非簡單篩分，膜物化性質起主要作用化性質起主要作用篩分，膜表面的物篩分，膜表面的物化性質對分離有一化性質對分離有一定影響定影響篩分，膜的物理篩分，膜的物理結構起決定作用結構起決定作用水的滲透通量水的滲透通量0.12.5m3/m2.d0.55m3/m2.d202000m3/m2.d微

35、濾、超濾與反滲透的原理與操作性能比較微濾、超濾與反滲透的原理與操作性能比較44現在學習的是第四十四頁，共62頁45現在學習的是第四十五頁，共62頁46現在學習的是第四十六頁，共62頁第六章第六章 電滲析電滲析 第一節第一節 電滲析過程原理電滲析過程原理 電滲析是指在直流電場作用下，溶液中的電滲析是指在直流電場作用下，溶液中的 帶電離子定向遷移，選擇性地透過離子交換膜帶電離子定向遷移，選擇性地透過離子交換膜 過程，達到電解質溶液的分離、提純和濃縮的過程，達到電解質溶液的分離、提純和濃縮的 目的。目的。一、離子交換膜一、離子交換膜膜狀的離子交換樹脂，包括三個基本組成部分，膜狀的離子交換樹脂，包括三

36、個基本組成部分，即高分子骨架、固定基團及基團上可移動（可即高分子骨架、固定基團及基團上可移動（可解離）離子。解離）離子。47現在學習的是第四十七頁，共62頁1、分、分 類類p 按活性基團與骨架結合方式可分為：按活性基團與骨架結合方式可分為： 均相膜，異相膜，半均相膜。均相膜，異相膜，半均相膜。p 按活性基團種類可分為：按活性基團種類可分為： 陽離子交換膜，陰離子交換膜，陽離子交換膜，陰離子交換膜， 特殊離子交換膜。特殊離子交換膜。 v 陽離子交換膜：陽離子交換膜： 強酸型，如磺酸型強酸型，如磺酸型(-SO3H)， 中強酸型，如磷酸型中強酸型，如磷酸型(-OPO3H)， 弱酸型，如羧酸型弱酸型，

37、如羧酸型(-COOH)，酚型（，酚型（ OH)， 混合型，如苯酚磺酸型；混合型，如苯酚磺酸型；48現在學習的是第四十八頁，共62頁v陰離子交換膜：陰離子交換膜： 強堿型，如季胺型強堿型，如季胺型(N(CH3)3OH) 中等和弱型，如伯胺型中等和弱型，如伯胺型(NH2)、仲胺型、仲胺型(-NHR)、 叔胺型叔胺型(NR2) ， 混合型，如混合胺型；混合型，如混合胺型；v特殊離子交換膜：特殊離子交換膜： 表面涂層膜，雙極膜，兩性膜，鑲嵌膜，其他膜。表面涂層膜，雙極膜，兩性膜，鑲嵌膜，其他膜。49現在學習的是第四十九頁，共62頁2、離子交換膜的選擇透過性離子交換膜的選擇透過性孔隙作用孔隙作用 膜中孔

38、隙對水合離子的篩分作用。膜中孔隙對水合離子的篩分作用。靜電作用和擴散作用靜電作用和擴散作用 基膜上帶固定電荷的活性基團對離子的靜電基膜上帶固定電荷的活性基團對離子的靜電 作用。作用。 50現在學習的是第五十頁，共62頁二二 電滲析原理電滲析原理陽膜陽膜陽膜陽膜陽膜陽膜陰膜陰膜陰膜陰膜淡化室淡化室淡化室淡化室淡化室淡化室濃縮室濃縮室濃縮室濃縮室濃縮室濃縮室電解質溶液電解質溶液51現在學習的是第五十一頁，共62頁p 直流電場下陰陽離子的定向遷移；直流電場下陰陽離子的定向遷移；p 離子交換膜的選擇滲透性。離子交換膜的選擇滲透性。 在正負兩電極之間交替地平行放置陽離子和陰離在正負兩電極之間交替地平行放

39、置陽離子和陰離子交換膜，依次構成濃縮室和淡化室。子交換膜，依次構成濃縮室和淡化室。 陽離子在直流電場作用下定向遷移，通過陽膜而被陰陽離子在直流電場作用下定向遷移，通過陽膜而被陰膜阻擋；相反，陰離子通過陰膜而被陽膜阻擋。結果是膜阻擋；相反，陰離子通過陰膜而被陽膜阻擋。結果是濃縮室離子濃度增加，淡化室離子濃度下降。濃縮室離子濃度增加，淡化室離子濃度下降。1. 電滲析過程的基本條件：電滲析過程的基本條件：52現在學習的是第五十二頁，共62頁 2. 電滲析過程中的遷移過程電滲析過程中的遷移過程53現在學習的是第五十三頁，共62頁3. 電滲析中的電化學過程電滲析中的電化學過程（1）陽極陽極 H2O =

40、H+ + OH- 2OH- 2e 1/2O2 + H2O Cl- e 1/2Cl2 H+ + Cl- HCl （2）陰極陰極 H2O = H+ + OH- 2H 2e H2 Na+ + OH- = NaOH電化學反應電化學反應54現在學習的是第五十四頁，共62頁 電化學反應結果電化學反應結果： 陽極呈酸性，對電極產生腐蝕；陽極呈酸性，對電極產生腐蝕； 陰極呈堿性，易與陰極呈堿性，易與Ca2+、Mg2+生成沉淀。生成沉淀。 電極電位：電極電位： 需大于平衡電極電位，兩者之差為過電位；需大于平衡電極電位，兩者之差為過電位；v膜電位膜電位w電阻電阻 由膜兩側濃差產生，與反離子遷移方向相反；由膜兩側濃

41、差產生，與反離子遷移方向相反； 溶液電阻（極室溶液電阻（極室,濃縮室濃縮室,淡化室）和膜電阻；淡化室）和膜電阻；55現在學習的是第五十五頁，共62頁 電滲析過程所需電壓電滲析過程所需電壓為電極電位，膜電位，克為電極電位，膜電位，克服各種電阻所需電壓之和服各種電阻所需電壓之和；x電流電流 電壓隨電流大小而異。電壓隨電流大小而異。 電流增加使離子遷移量增加，同時克服各種電流增加使離子遷移量增加，同時克服各種 電阻所需電壓增加，電耗增加電阻所需電壓增加，電耗增加； 電極反應消耗電能與膜對數量無關，所以為電極反應消耗電能與膜對數量無關，所以為了降低能耗，一般采用多膜對串聯結構。了降低能耗，一般采用多膜

42、對串聯結構。56現在學習的是第五十六頁，共62頁4. 濃差極化濃差極化 電滲析器運行時，在直流電場作用下，離子做電滲析器運行時，在直流電場作用下，離子做定向遷移，傳遞一定電荷。根據膜的選擇透過性，定向遷移，傳遞一定電荷。根據膜的選擇透過性，反離子在膜中的遷移速度比在溶液中快，反離子在膜中的遷移速度比在溶液中快，當操作電當操作電流密度增大到一定程度時，離子遷移被強化，主體流密度增大到一定程度時，離子遷移被強化，主體溶液內的離子不能迅速補充到膜的界面，使膜界面溶液內的離子不能迅速補充到膜的界面，使膜界面內反離子濃度趨于零，從而迫使水分子電離產生內反離子濃度趨于零，從而迫使水分子電離產生H和和OH來負載電流來負載電流，這種現象稱為電滲析過程的這種現象稱為電滲析過程的濃濃差極化現象差極化現象。57現在學習的是第五十七頁，共62頁極限電流密度極限電流密度（膜界面內反離子濃度趨近于零）：（膜界面內反離子濃度趨近于零）：Z-陽離子陽離子A