膜分离过程中?膜分离技术都有哪些种类各类膜分离技术的分离原理是什么

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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。错流膜工艺中各种膜的分离与截留性能以膜的孔径和截留分子量来加以区别。

在生物化工过程中常用的膜分离技术有微滤(MF)、超滤(UF)、反渗透(RO)、纳滤(NF)、电渗析(ED)、液膜(LM)等。

微滤

微滤是以多孔细小的薄膜作为过滤的介质,以筛分原理为根据的薄膜过滤。在压力作为推动力的作用下,溶剂、水、盐类及大分子物质均能透过薄膜,而微细颗粒和超大分子等颗粒直径大于膜孔径的物质均被滞留下来,以达到分离的目的,进一步使溶液净化。微滤是目前膜分离技术中应用最广且经济价值最大的技术,主要应用于生物化工中的制药行业。

超滤

超滤是根据筛分原理,以一定的压力差为推动力,从溶液中分离出溶剂的操作。同微滤过程相比,超滤过程受膜表面孔的化学性质影响较大,在一定的压力差下溶剂或小分子量的物质可以透过膜孔,而大分子物质及微细颗粒却被截留,以达到分离目的。超滤膜通常为不对称膜,膜孔径的大小和膜表面的性质分别起着不同的截留作用。超滤主要应用于浓缩大分子溶液的净化等.在生物化工过程中应用最广。

反渗透

反渗透过程主要是根据溶液的溶解、扩散原理,以压力差为推动力的膜分离过程。它与自然的渗透过程刚好相反。渗透和反渗透均是通过半透膜来完成的。在浓溶液一侧,当施加压力高于自然渗透压力时,就会迫使溶液中溶剂反向透过膜层,流向稀溶液一侧,从而达到分离提纯的目的。反渗透过程主要应用于低分子量组分的浓缩,如氨基酸浓缩(甘氨酸HGB

3075—79)、乙醇浓缩(GB 679-65)等。其渗透压的大小与膜的种类无关,而与溶液的性质有关。

纳滤

纳滤也是根据吸附、扩散原理,以压力差为推动力的膜分离过程。它除了有本身的工作原理外,还具有反渗透和超滤的工作原理。纳滤又可以称为低压反渗透,是一种新型的膜分离技术,这种膜过程,拓宽了液相膜分离的应用,分离性能介于超滤和反渗透之间,其截断分子量约为200~2000。纳米膜属于复合膜,允许一些无机盐和某些溶剂透过膜。纳滤过程所需压力比反渗透低得多,具有节约动力的优点。它能截断易透过超滤膜的那部分溶质,同时又可能被反渗透膜所截断的溶质透过,其特有功能是反渗透和超滤无法取代的。纳滤膜具有良好的热稳定性、pH

稳定性和对有机溶剂的稳定性,因此现已广泛应用于各个工业领域,尤其是医药、生物化工行业的分离提纯过程。纳滤膜是现今最先进的膜分离技术。微滤、超滤、反渗透、纳滤4种分离技术没有太明显的分界线,均是以压力作为推动力,被截断的溶质的直径大小在某些范围内相互重叠。

电渗析

电渗析是以电位差为推动力,在直流电作用下利用离子交换膜的选择透过性,把电解质从溶液中分离出来,从而实现溶液的淡化、精制或纯化目的。

液膜

液膜是悬浮在液体中的一层乳液微粒,形成液相膜。依据溶解、扩散原理,通过这层液相膜可以将两个组成不同而又互溶的溶液分开,并通过渗透的现象起到分离、提纯的效果,它克服了固体膜存在的选择性低和通量小的特点。液膜一般由溶剂、表面活性剂和添加剂构成。

膜分离技术原理是依靠膜孔道的大小、形状和化学性质的不同,使溶液中的不同成分经过膜时发生选择性的传输,从而实现分离和纯化。

一、膜的种类

1、超滤膜:该膜一般用于大分子的去除。分离限制约为1000Da以上。超滤膜的分级宽度、截留效率和通量等指标与分子质量、形状、电荷密度和环境有关。

2、微滤膜:该膜一般用于细胞、胶体和悬浮物的去除。分离限制约为0.1-10μm左右。

3、纳滤膜:该膜一般用于小分子的去除。分离限制约为50Da至1000Da之间。

4、反渗透膜:该膜一般用于水、离子和小分子的去除,特别适用于海水淡化和废水处理。分离限制约为0.1-10nm左右。

二、传递机理

1、膜分离技术是一个复杂的传质与反应过程,其主要传递机理包括压力驱动、电势驱动和浓度梯度驱动。

2、压力驱动是利用外部压力差将溶液强制通过膜暴露在膜孔道的两侧,当溶质分子尺寸小于膜孔径时,会通过膜而大分子则被保留在膜层中。

3、电势驱动是利用外界电场的作用,使有电荷的分子或离子带电穿过膜层,实现离子或低电荷物质的分离;浓度梯度驱动是指在膜过程中通过维持膜的两侧溶液的浓度差,从而推动分子向低浓度区域传递。

三、应用领域

1、膜分离技术广泛应用于化工、制药、生物工程、食品加工等各个领域。如:在食品工业中,利用超滤膜去除乳制品中的脂质、细胞和乳清。

2、在化工工业中,使用反渗透膜进行水的淡化和除盐;在生物技术工业中,利用纳滤膜实现分离纯化蛋白质等。

4种。

原理:反渗透亦称逆渗透(RO)。是用一定的压力使溶液中的溶剂通过反渗透膜(或称半透膜)分离出来。因为它和自然渗透的方向相反,故称反渗透。根据各种物料的不同渗透压,就可以使大于渗透压的反渗透法达到分离、提取、纯化和浓缩的目的。

1、以静压力差为推动力的过程:微滤、超滤、反渗透、纳滤。

2、以气体分压差为推动力的过程:气体膜分离、渗透汽化。

3、以浓度梯度差为推动力的过程——透析。

4、以电位差为推动力的过程——电渗析。

反渗透RO膜应用范围:6686体育app苹果下载

太空水、纯净水、蒸馏水等制备;酒类制造及降度用水;医药、电子等行业用水的前期制备;化工工艺的浓缩、分离、提纯及配水制备;锅炉补给水除盐软水;海水、苦咸水淡化;造纸、电镀、印染等行业用水及废水处理。

反渗透是六十年代发展起来的一项高新膜分离技术。它的孔径很小,能去除滤液中的离子范围和分子量很小的有机物,如细菌、病毒等。

膜分离技术种类有:微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(UF)、反渗透(RO)、膜生物反应器(MBR)、膜集成技术等。

膜分离技术的分离原理: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。错流膜工艺中各种膜的分离与截留性能以膜的孔径和截留分子量来加以区别。

常规膜分离技术有微滤、超滤、纳滤、反渗析,以及结合电化学技术的电渗析、连续电除盐等。

1.1

微滤技术

微滤(MF)

又称微孔过滤,根据筛分原理以压力差作为推动力的膜分离过程。膜的孔径范围通常在0.1~20

μm,能从气相或液相中截留大直径的菌体、悬浮固体及其他污染物。微滤膜一般由陶瓷、金属等无机材料,或醋酸纤维素、聚丙烯、聚碳酸酯、聚砜、聚酰胺等有机材料制造。

1.2

超滤技术

超滤分离技术(UF)

也是由压力驱动的膜分离过程,膜的孔径在0.001

5~0.02

μm

之间,推动压力在100~1000

kPa。通常截留相对分子质量在1

000~300

000,股超滤膜能对大分子有机物(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,是替代活性炭过滤器和多介质过滤器的优良产品。

1.3

纳滤技术

纳滤(NF)

是介于超滤与反渗透之间的一种膜分离技术,其截留相对分子质量在100~1

000,孔径为几纳米,故称为纳滤。纳滤膜的截留特征是以对标准NaCl、MgSO4、CaCl2溶液的截留率来表征,对小分子有机物等与水、无机元素进行分离,实现脱盐与浓缩的同时进行。

1.4

反渗透技术

反渗透膜(RO)

的截留对象是除水以外的所有离子、小分子,如可溶性的金属盐、有机物、细菌、胶体粒子、发热物质等。以膜两侧静压为推动力实现对水的净化提纯,获得高质量纯水。广泛应用于生产纯净水、软化水、无离子水、产品浓缩、废水处理等生产环节。

1.5

电渗析与连续电除盐技术

电渗析分离技术(ED)6686体育官网下载

是一种利用电能的膜分离技术,在直流电场的作用下,以电位差为推动力,利用阴、阳离子交换膜对水中阴、阳离子的选择透过性,使某种离子通过膜转移到另一侧,从而实现溶液的浓缩、淡化、精制和提纯。

将电渗析技术与离子交换技术有机结合而成的连续电除盐(EDI)

技术是在电场的作用下进行水的电解,通过离子交换膜的离子选择通过功能,结合阴阳树脂的加速离子迁移能力,去除进水中大部分的离子,以使产水达到电导率低于0.2

μs

/cm,符合锅炉补给水的要求。既克服了电渗析不能深度脱盐的缺点,又弥补了离子交换不能连续工作、需消耗酸碱再生的不足。

2

新型膜分离技术

在传统膜分离技术广泛用于工业生产的同时,越来越多的新工艺对膜分离技术提出更高的要求:一方面要提高膜的工作性能,增加膜通量、减轻膜污染、降低压力驱动消耗等;

另一方面力求尽力降低成本,简化膜的制造技术,延长单膜使用时间。由此诞生了渗透汽化膜、液膜和动态膜等新型膜分离技术。

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