知識點：膜分離過程的分類及定義，膜分離機理，膜分離理論，超濾速度的影響因素，超濾膜污染及再生，超濾的操作方式及設備，膜分離過程的應用實例。重點：膜分離過程的分類，概念，實質及其適用范圍。超濾膜污染的常規處理方法，膜分離機理的毛細管流動模型和溶解擴散模型，傳遞理論中過濾模型和濃差極化問題，超濾器的型式及其方式。難點：膜分離機理和傳遞理論。17膜過濾法知識點：膜分離過程的分類及定義，膜分離機理，膜分離理論，超濾1以壓力為推動力，依靠膜的選擇性，將液體中的組分進行分離的方法，包括微濾（MF）、超濾（UF）、納濾（NF）和反滲透（RO）四種過程。膜分離的優點（1）操作在常溫下進行（2）是物理過程，不需加入化學試劑（3）能耗低，無相變（4）選擇性高（5）濃縮和純化可在一個步驟內完成（6）設備易放大，可以分批或連續操作以壓力為推動力，依靠膜的選擇性，將液體中的組分進行分離的2膜分離與物質分子大小

適用范圍微濾（MF）0.02～10mm超濾（UF）

0.001～0.02mm（1000～300,000D）納濾（NF）

１nm（200～1000D）

反滲透（RO）

350D膜分離與物質分子大小適用范圍3常用膜分離技術的基本特征常用膜分離技術的基本特征4(生化工程課件)膜過濾法5

ROmembraneNFmembraneUFmembraneMFmembrane原理動漫ROmembran6(生化工程課件)膜過濾法7(生化工程課件)膜過濾法8(生化工程課件)膜過濾法917.1膜材料和膜的制造要求：（1）透過速度（2）選擇性（3）機械強度（4）穩定性17.1膜材料和膜的制造要求：1017.1.1膜材料微濾膜材料：聚偏氟乙烯，聚丙烯，硝酸纖維，醋酸纖維

超濾膜：聚醚砜，再生纖維素等反滲透膜：芳香聚酰胺天然材料：各種纖維素衍生物人造材料：各種合成高聚物特殊材料：復合膜，無機膜17.1.1膜材料微濾膜材料：聚偏氟乙烯，聚丙烯，硝酸纖維11纖維素分子纖維素分子12醋酸纖維特點：（1）透過速度大（2）截留鹽的能力強（3）易于制備（4）來源豐富（5）不耐溫（30C）(6)pH范圍窄，清洗困難(7)與氯作用，壽命降低(8)微生物侵襲（9）適合作反滲透膜醋酸纖維特點：（1）透過速度大13聚砜構造4聚砜構造414聚砜膜的特點（1）溫度范圍廣（2）pH范圍廣（3）耐氯能力強（4）孔徑范圍寬（5)操作壓力低（6）適合作超濾膜聚砜膜的特點（1）溫度范圍廣1517.1.2膜的制造不對稱膜通常用相轉變法制造①將高聚物溶于一種溶劑中②將得到溶液澆注成薄膜③將薄膜浸入沉淀劑中，均勻的高聚物溶液分離成兩相，一相為富含高聚物的凝膠，形成膜的骨架，而另一相為富含溶劑的液相，形成膜中空隙17.1.2膜的制造不對稱膜通常用相轉變法制造16膜的內部結構主要取決于產生沉淀時的動力學因素。當高聚膜溶液緩慢沉淀時，得到海綿狀結構*（RQ膜）；當快速形成凝膠時，得到的是手指狀結構*（ＵＦ膜）．當沉淀速度非常慢時，則可得到對稱膜膜的內部結構主要取決于產生沉淀時的動力學因素。17影響膜結構和性質的因素很多

主要有：所有的高聚物及其濃度；溶劑系統；沉淀劑系統；沉淀劑的形式；前處理（如蒸發）或后處理（或退火，即浸在熱水浴中）步驟等。影響膜結構和性質的因素很多18膜材料種類高分子分離膜材料纖維素衍生物類聚砜類聚酰胺類聚酰亞胺類聚酯類聚烯烴類乙烯類聚合物含硅聚合物含氟聚合物甲殼素類無機膜致密膜多孔膜致密的金屬膜致密的固體電解質膜致密的”液體充實固體化“動態原位形成的致密膜Pd膜及Pd合金膜Ag膜及Ag合金膜氧化鋯膜復合固體氧化膜多孔負載膜多孔金屬膜，多孔不銹鋼膜多孔Ni膜，多孔Ag膜，多孔Pd膜，多孔Ti膜多孔陶瓷膜，包括Al2O3膜，SiO2膜，ZrO2膜，TiO2膜（多孔玻璃膜分子篩膜，包括碳分子篩）具體分類膜材料種類高分子分離膜材料纖維素衍生物類聚砜類聚酰胺類聚酰亞19種類具體分類纖維素衍生物類再生纖維素，硝酸纖維素，二醋酸纖維素，三醋酸纖維素，乙基纖維素，其他纖維素衍生物聚砜類雙酚A型聚砜，聚芳醚酚，酚酞型聚醚酚，聚醚酮聚酰胺類脂肪族聚酰胺，聚砜酰胺，芳香族聚酰胺，交聯芳香聚酰胺聚酰亞胺類脂肪族二酸聚酰亞胺，全芳香聚酰亞胺，含氟聚酰亞胺聚酯類滌綸，聚對苯二甲酸丁二醇酯，聚碳酸酯聚烯烴類聚乙烯，聚丙烯，聚4-甲基-1-戊烯乙烯類聚合物聚丙烯腈，聚乙烯醇，聚氯乙烯，聚偏氯乙烯含硅聚合物聚二甲基硅氧烷，聚三甲基硅氧烷含氟聚合物聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯甲殼素類無種類具體分類纖維素衍生物類再生纖維素，硝酸纖維素，二醋酸纖維20(生化工程課件)膜過濾法2117.2表征膜性能的參數17.2表征膜性能的參數22截流率與分子之間的關系截斷分子量相當于一定截流率（通常為９０％或９５％）的分子量截流率與分子之間的關系截斷分子量相當于一定截流率23(生化工程課件)膜過濾法24截流率不僅決定于溶質分子的大小，還與下列因素有關截流率不僅決定于溶質分子的大小，還與下列因素有關2517．2.3孔道特征孔徑特征包括孔徑、孔徑分布和空隙度，是膜的重要性質17．2.3孔道特征孔徑特征包括孔徑、孔徑分布和空隙度，是2617．2.４

完整性試驗17．2.４完整性試驗2717.3分離機理

毛細管流動模型溶解擴散模型優先吸附模型17.3分離機理毛細管流動模型28毛細管流動模型毛細管流動模型2917.3.2

溶解擴散模型17.3.2溶解擴散模型30溶解擴散模型

具體過程包括：①溶質和溶劑在膜的料液側表面外吸附和溶解。②溶質和溶劑之間沒有相互作用，它們在各自化學位差的推動下僅以分子擴散方式（不存在溶質和溶劑的對流傳遞）通過反滲透膜的活性層。③溶質和溶劑在膜的透過液側表面解吸。溶解擴散模型具體過程包括：3117.3.3優先吸附－毛細孔流動模型

17.3.3優先吸附－毛細孔流動模型32(生化工程課件)膜過濾法33(生化工程課件)膜過濾法34(生化工程課件)膜過濾法3517.3.4納濾17.3.4納濾3617.4膜兩側溶液間的傳遞方程17.4膜兩側溶液間的傳遞方程37(生化工程課件)膜過濾法38(生化工程課件)膜過濾法39(生化工程課件)膜過濾法40(生化工程課件)膜過濾法4117.4.2阻力模型17.4.2阻力模型42(生化工程課件)膜過濾法4317.4.2管狀收縮效應的影響17.4.2管狀收縮效應的影響44１７.５影響膜過濾的各種因素１７.５影響膜過濾的各種因素45(生化工程課件)膜過濾法46(生化工程課件)膜過濾法4717.5.2

濃度17.5.2濃度48(生化工程課件)膜過濾法49(生化工程課件)膜過濾法50(生化工程課件)膜過濾法51１７.６膜的污染１７.６膜的污染5217.6.2清洗方法17.6.2清洗方法53常用的清洗劑常用的清洗劑54污染膜是否清洗的判據①根據膜分離裝置進出口壓力降的變化：②根據透水量或透水質量的變化：③定時清洗：污染膜是否清洗的判據55膜的清洗方法物理方法化學方法所用的清洗劑水力方法氣－液脈沖反沖洗滌循環洗滌酸堿液表面活性劑螯合劑氧化劑酶化學清洗液酸在去除諸如碳酸鈣和磷酸鈣等鈣基垢、氧化鐵和金屬硫化物方面是有效的。堿清洗溶液包括磷酸鹽、碳酸鹽和氫氧化物。這些溶液可使沉淀物松動、乳化和分散。當去除諸如硅酸鹽等特別難以去除的沉積物時,交替使用堿清洗劑和酸清洗劑。表面活性劑如SDS、吐溫80、Triton、X-100(一種非離子型表面活性劑)等在許多場合有很好的清洗效果，可根據實際情況加以選擇，但有些陰離子型和非離子型的表面活性劑能同膜結合造成新的污染在選用時須加以注意。除了強酸和堿外，螯合劑也用于去除污染膜的沉積物。常用的螯合劑有乙二胺四醋酸(EDTA)、磷羧基羧酸、葡萄糖酸和檸檬酸等。其中，葡萄糖酸在強堿溶液中螯合鐵離子(Fe3+)通常是有效的。EDTA常用于溶解堿土金屬硫酸鹽。當NaOH或表面活性劑不起作用時，可以用氯進行清洗，其用量為200～400mg/L活性氯(相當于400～800mg/LNaClO)，其最適pH為10～11。由醋酸纖維等材料制成的膜，由于不能耐高溫和極端pH，在膜通量難以恢復時，須采用能水解蛋白質的含酶清洗劑清洗。但使用酶清洗劑不當會造成新的污染。如采用固定化酶形式，把酶固定在載體上，用含載體液進行清洗，效果很好。內壓式中空纖維膜使用膜的清洗方法物理方法化學方法所用的清洗劑水力方法氣－液脈沖反56濃差極化與膜污染的防治方法1、預處理法2、膜表面改性3、改善膜表面的流體力學條件4、附加場的方法5、反沖6、機械方法7、其他方法濃差極化與膜污染的防治方法1、預處理法57(生化工程課件)膜過濾法5817.7膜過濾裝置的型式及其適用范圍

一個良好的模件（膜）過濾裝置應具備下列條件

①膜切面線方向的速度相當快，或有較高的剪切力，以減少濃差極化

②膜的裝卸密度，即單位體積中所含膜面積比較大

③拆洗和膜的更換比較方便

④保留體積小，且無死角17.7膜過濾裝置的型式及其適用范圍一個良好的模件（膜59市售模件市售模件60(生化工程課件)膜過濾法61(生化工程課件)膜過濾法62(生化工程課件)膜過濾法63(生化工程課件)膜過濾法64(生化工程課件)膜過濾法6517.8操作方法17.8操作方法6617.8.1分批操作17.8.1分批操作6717.8.2透析過濾17.8.2透析過濾68(生化工程課件)膜過濾法69(生化工程課件)膜過濾法7017.9應用

發酵液的過濾與細胞的收集純化濃縮去熱源緩沖液變換17.9應用發酵液的過濾與細胞的收集7117.9.1發酵液的過濾與細胞的收集17.9.1發酵液的過濾與細胞的收集72(生化工程課件)膜過濾法737、膜分離技術的應用應用水的脫鹽和凈化食品工業醫療、衛生方面石油、化工方面環境工程其他方面海水與苦咸水淡化電廠鍋爐供水脫鹽超純水制備城市家庭飲用水的凈化乳品加工酒類生產果汁加工酶制劑生產醫療、衛生用水藥品生產醫療應用中藥提煉回收有機蒸氣制取富氧空氣無水乙醇生產膜與生物技術國防上的應用交通、運輸方面脫氣膜電泳漆廢水電鍍廢水纖維工業廢水造紙工業廢水其他廢水7、膜分離技術的應用應用水的脫鹽和凈化食品工業醫療、衛生方面74膜技術在牛乳和乳清加工中的應用膜技術在牛乳和乳清加工中的應用75膜法處理乳清膜法處理乳清76抗生素的制備抗生素的制備77純凈水處理工藝流程圖純凈水處理工藝流程圖78膜分離水處理設備裝置膜分離水處理設備裝置79果汁澄清果汁澄清80電鍍廢水處理電鍍廢水處理81思考題

1理解概念：截留分子量，截留率，體積濃縮倍數2微濾，超濾，反滲透分離技術在分子尺寸上有何區別？3影響截留率的因素有哪些？4毛細管流動模型，溶解擴散模型，和優先吸附模各適用于解釋哪些膜過程?思考題1理解概念：截留分子量，截留率，體積濃縮倍數82知識點：膜分離過程的分類及定義，膜分離機理，膜分離理論，超濾速度的影響因素，超濾膜污染及再生，超濾的操作方式及設備，膜分離過程的應用實例。重點：膜分離過程的分類，概念，實質及其適用范圍。超濾膜污染的常規處理方法，膜分離機理的毛細管流動模型和溶解擴散模型，傳遞理論中過濾模型和濃差極化問題，超濾器的型式及其方式。難點：膜分離機理和傳遞理論。17膜過濾法知識點：膜分離過程的分類及定義，膜分離機理，膜分離理論，超濾83以壓力為推動力，依靠膜的選擇性，將液體中的組分進行分離的方法，包括微濾（MF）、超濾（UF）、納濾（NF）和反滲透（RO）四種過程。膜分離的優點（1）操作在常溫下進行（2）是物理過程，不需加入化學試劑（3）能耗低，無相變（4）選擇性高（5）濃縮和純化可在一個步驟內完成（6）設備易放大，可以分批或連續操作以壓力為推動力，依靠膜的選擇性，將液體中的組分進行分離的84膜分離與物質分子大小

適用范圍微濾（MF）0.02～10mm超濾（UF）

0.001～0.02mm（1000～300,000D）納濾（NF）

１nm（200～1000D）

反滲透（RO）

350D膜分離與物質分子大小適用范圍85常用膜分離技術的基本特征常用膜分離技術的基本特征86(生化工程課件)膜過濾法87

ROmembraneNFmembraneUFmembraneMFmembrane原理動漫ROmembran88(生化工程課件)膜過濾法89(生化工程課件)膜過濾法90(生化工程課件)膜過濾法9117.1膜材料和膜的制造要求：（1）透過速度（2）選擇性（3）機械強度（4）穩定性17.1膜材料和膜的制造要求：9217.1.1膜材料微濾膜材料：聚偏氟乙烯，聚丙烯，硝酸纖維，醋酸纖維

超濾膜：聚醚砜，再生纖維素等反滲透膜：芳香聚酰胺天然材料：各種纖維素衍生物人造材料：各種合成高聚物特殊材料：復合膜，無機膜17.1.1膜材料微濾膜材料：聚偏氟乙烯，聚丙烯，硝酸纖維93纖維素分子纖維素分子94醋酸纖維特點：（1）透過速度大（2）截留鹽的能力強（3）易于制備（4）來源豐富（5）不耐溫（30C）(6)pH范圍窄，清洗困難(7)與氯作用，壽命降低(8)微生物侵襲（9）適合作反滲透膜醋酸纖維特點：（1）透過速度大95聚砜構造4聚砜構造496聚砜膜的特點（1）溫度范圍廣（2）pH范圍廣（3）耐氯能力強（4）孔徑范圍寬（5)操作壓力低（6）適合作超濾膜聚砜膜的特點（1）溫度范圍廣9717.1.2膜的制造不對稱膜通常用相轉變法制造①將高聚物溶于一種溶劑中②將得到溶液澆注成薄膜③將薄膜浸入沉淀劑中，均勻的高聚物溶液分離成兩相，一相為富含高聚物的凝膠，形成膜的骨架，而另一相為富含溶劑的液相，形成膜中空隙17.1.2膜的制造不對稱膜通常用相轉變法制造98膜的內部結構主要取決于產生沉淀時的動力學因素。當高聚膜溶液緩慢沉淀時，得到海綿狀結構*（RQ膜）；當快速形成凝膠時，得到的是手指狀結構*（ＵＦ膜）．當沉淀速度非常慢時，則可得到對稱膜膜的內部結構主要取決于產生沉淀時的動力學因素。99影響膜結構和性質的因素很多

主要有：所有的高聚物及其濃度；溶劑系統；沉淀劑系統；沉淀劑的形式；前處理（如蒸發）或后處理（或退火，即浸在熱水浴中）步驟等。影響膜結構和性質的因素很多100膜材料種類高分子分離膜材料纖維素衍生物類聚砜類聚酰胺類聚酰亞胺類聚酯類聚烯烴類乙烯類聚合物含硅聚合物含氟聚合物甲殼素類無機膜致密膜多孔膜致密的金屬膜致密的固體電解質膜致密的”液體充實固體化“動態原位形成的致密膜Pd膜及Pd合金膜Ag膜及Ag合金膜氧化鋯膜復合固體氧化膜多孔負載膜多孔金屬膜，多孔不銹鋼膜多孔Ni膜，多孔Ag膜，多孔Pd膜，多孔Ti膜多孔陶瓷膜，包括Al2O3膜，SiO2膜，ZrO2膜，TiO2膜（多孔玻璃膜分子篩膜，包括碳分子篩）具體分類膜材料種類高分子分離膜材料纖維素衍生物類聚砜類聚酰胺類聚酰亞101種類具體分類纖維素衍生物類再生纖維素，硝酸纖維素，二醋酸纖維素，三醋酸纖維素，乙基纖維素，其他纖維素衍生物聚砜類雙酚A型聚砜，聚芳醚酚，酚酞型聚醚酚，聚醚酮聚酰胺類脂肪族聚酰胺，聚砜酰胺，芳香族聚酰胺，交聯芳香聚酰胺聚酰亞胺類脂肪族二酸聚酰亞胺，全芳香聚酰亞胺，含氟聚酰亞胺聚酯類滌綸，聚對苯二甲酸丁二醇酯，聚碳酸酯聚烯烴類聚乙烯，聚丙烯，聚4-甲基-1-戊烯乙烯類聚合物聚丙烯腈，聚乙烯醇，聚氯乙烯，聚偏氯乙烯含硅聚合物聚二甲基硅氧烷，聚三甲基硅氧烷含氟聚合物聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯甲殼素類無種類具體分類纖維素衍生物類再生纖維素，硝酸纖維素，二醋酸纖維102(生化工程課件)膜過濾法10317.2表征膜性能的參數17.2表征膜性能的參數104截流率與分子之間的關系截斷分子量相當于一定截流率（通常為９０％或９５％）的分子量截流率與分子之間的關系截斷分子量相當于一定截流率105(生化工程課件)膜過濾法106截流率不僅決定于溶質分子的大小，還與下列因素有關截流率不僅決定于溶質分子的大小，還與下列因素有關10717．2.3孔道特征孔徑特征包括孔徑、孔徑分布和空隙度，是膜的重要性質17．2.3孔道特征孔徑特征包括孔徑、孔徑分布和空隙度，是10817．2.４

完整性試驗17．2.４完整性試驗10917.3分離機理

毛細管流動模型溶解擴散模型優先吸附模型17.3分離機理毛細管流動模型110毛細管流動模型毛細管流動模型11117.3.2

溶解擴散模型17.3.2溶解擴散模型112溶解擴散模型

具體過程包括：①溶質和溶劑在膜的料液側表面外吸附和溶解。②溶質和溶劑之間沒有相互作用，它們在各自化學位差的推動下僅以分子擴散方式（不存在溶質和溶劑的對流傳遞）通過反滲透膜的活性層。③溶質和溶劑在膜的透過液側表面解吸。溶解擴散模型具體過程包括：11317.3.3優先吸附－毛細孔流動模型

17.3.3優先吸附－毛細孔流動模型114(生化工程課件)膜過濾法115(生化工程課件)膜過濾法116(生化工程課件)膜過濾法11717.3.4納濾17.3.4納濾11817.4膜兩側溶液間的傳遞方程17.4膜兩側溶液間的傳遞方程119(生化工程課件)膜過濾法120(生化工程課件)膜過濾法121(生化工程課件)膜過濾法122(生化工程課件)膜過濾法12317.4.2阻力模型17.4.2阻力模型124(生化工程課件)膜過濾法12517.4.2管狀收縮效應的影響17.4.2管狀收縮效應的影響126１７.５影響膜過濾的各種因素１７.５影響膜過濾的各種因素127(生化工程課件)膜過濾法128(生化工程課件)膜過濾法12917.5.2

濃度17.5.2濃度130(生化工程課件)膜過濾法131(生化工程課件)膜過濾法132(生化工程課件)膜過濾法133１７.６膜的污染１７.６膜的污染13417.6.2清洗方法17.6.2清洗方法135常用的清洗劑常用的清洗劑136污染膜是否清洗的判據①根據膜分離裝置進出口壓力降的變化：②根據透水量或透水質量的變化：③定時清洗：污染膜是否清洗的判據137膜的清洗方法物理方法化學方法所用的清洗劑水力方法氣－液脈沖反沖洗滌循環洗滌酸堿液表面活性劑螯合劑氧化劑酶化學清洗液酸在去除諸如碳酸鈣和磷酸鈣等鈣基垢、氧化鐵和金屬硫化物方面是有效的。堿清洗溶液包括磷酸鹽、碳酸鹽和氫氧化物。這些溶液可使沉淀物松動、乳化和分散。當去除諸如硅酸鹽等特別難以去除的沉積物時,交替使用堿清洗劑和酸清洗劑。表面活性劑如SDS、吐溫80、Triton、X-100(一種非離子型表面活性劑)等在許多場合有很好的清洗效果，可根據實際情況加以選擇，但有些陰離子型和非離子型的表面活性劑能同膜結合造成新的污染在選用時須加以注意。除了強酸和堿外，螯合劑也用于去除污染膜的沉積物。常用的螯合劑有乙二胺四醋酸(EDTA)、磷羧基羧酸、葡萄糖酸和檸檬酸等。其中，葡萄糖酸在強堿溶液中螯合鐵離子(Fe3+)通常是有效的。EDTA常用于溶解堿土金屬硫酸鹽。當NaOH或表面活性劑不起作用時，可以用氯進行清洗，其用量為200～400mg/L活性氯(相當于400～800mg/LNaClO)，其最適pH為10～11。由醋酸纖維等材料制成的膜，由于不能耐高溫和極端pH，在膜通量難以恢復時，須采用能水解蛋白質的含酶清洗劑清洗。但使用酶清洗劑不當會造成新的污染。如采用固定化酶形式，把酶固定在載體上，用含載體液進行清洗，效果很好。內壓式中空纖維膜使用膜的清洗方法物理方法化學方法所用的清洗劑水力方法氣－液脈沖反138濃差極化與膜污染的防治方法1、預處理法2、膜表面改性3、改善膜表面的流體力學條件4、附加場的方法5、反沖6、機械方法7、其他方法濃差極化與膜污染的防治方法1、預處理法139(生化工程課件)膜過濾法14017.7