（優選）膜分離技術課件當前1頁，總共25頁。目錄發展簡史基礎知識常用技術設備簡介特點展望致謝當前2頁，總共25頁。

人類對于膜現象的研究源于1748年，然而認識到膜的功能并用于為人類服務，卻經歷了200多年的漫長過程。大致歷程（20世紀）：

30年代：微孔過濾

40年代：透析

50年代：電滲析

60年代：反滲透

70年代：超濾和液膜

80年代：氣體分離

90年代：滲透汽化一、發展簡史當前3頁，總共25頁。國內研究歷程1958年開始研究離子交換膜；1965年開始對反滲透膜進行探索；1966年上海化工廠聚乙烯異相離子交換膜正式投產，為電滲析工業應用奠定了基礎；70年代相繼對電滲析、反滲透、超濾和微濾膜及組件進行研究開發，進而進入推廣應用階段；80年代中期我國氣體分離膜的研究取得長足進步；90年代國家科技部對無機陶瓷微濾膜的工業化技術組織了科技攻關，推進了陶瓷微濾膜的工業化進程。

當前4頁，總共25頁。二、基礎知識1.膜（membrane）（1）定義：在一定流動相（液體or氣體）中，有一薄層凝聚相物質，把流動相分隔成兩部分，這一薄層即為膜。其厚度在0.5mm以下。（2）分類：按孔徑不同（or截留分子量）:可分為微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜按材料不同：無機膜(微濾膜，如：陶瓷膜和金屬膜)

有機膜（高分子材料做成，如醋酸纖維素CA、聚醚砜PES、芳香族聚酰胺、聚氟聚合物等）。當前5頁，總共25頁。按結構分對稱膜（均相膜）：結構與方向無關不對稱膜（非均相膜）：結構與方向有關活性層：過濾作用（0.1--1um）支持層：支持作用(100—200um)(3)膜性能參數

MWCO,通量，抗壓能力，PH適用范圍，對熱和溫度的穩定性等。（4）膜的污染與清洗

污染：膜在使用過程中，盡管操作條件不變，但通量仍逐漸降低的現象。不可逆，必須清洗后才能消除。

濃差極化：可逆，改變操作條件可消除；

當前6頁，總共25頁。清洗：

●NaOH:水解蛋白質，皂化脂肪，溶解某些生物大分子

●酸：HNO3，H3PO4，HCl（去除無機物）

●表面活性劑：SDS（乳化，濕潤，分散生物大分子等

●氧化劑：NaClO(強氧化能力)

●酶：一般不用，但如要去除某些多糖，淀粉酶有一定作用。

●有機溶劑：20%--50%的乙醇可用于膜裝置的滅菌和去除油脂等。但系統必須符合防爆要求。當前7頁，總共25頁。2.

原理：膜分離技術是以選擇性多孔薄膜為分離介質，使分離的溶液借助某種推動力（如：壓力差、濃度差、電位差等）通過膜，低分子溶質透過膜，大分子溶質被截留，以此來分離溶液中不同分子量的物質，從而達到分離、濃縮、純化目的。

示意圖當前8頁，總共25頁。3.膜分離過程類型推動力過程孔徑機制靜壓力差MF，UF，NF，RO<1000dalton---10um篩分濃度差滲析（透析）1—3nm篩分+擴散蒸氣分壓差膜蒸餾（MD）微孔擴散滲透蒸發（PV）無孔電位差電滲析<200dalton離子遷移當前9頁，總共25頁。4.膜過濾方式：終端過濾(deadendfiltration

)

以壓力作為推動力，料液流動方向與濾膜表面垂直，并且透過液方向與料液一致。錯流過濾（crossflowfiltration）

透過液方向垂直于進料的方向，而料液流動方向與濾膜表面平行，進料以一定流速沖刷膜表面,減小濃差極化效應。

★以微濾為例，主要根據料液中固形物的含量多少來確定，<0.1%時，選用終端過濾，

>0.5%則基本采用錯流過濾。當前10頁，總共25頁。三、常用技術分類壓力推動膜過程和各自分離特征當前11頁，總共25頁。1.微濾（Microfiltration,MF）

微濾的應用范圍主要是從氣相和液相中截留微粒、細菌以及其他污染物，以達到凈化、分離、濃縮的目的。

特別適用于微生物、細胞碎片、微細沉淀物和其他在“微米級”范圍的粒子。當前12頁，總共25頁。2.超濾(Ultrafiltration,UF)

原理：以膜兩側的壓力差為驅動力，以超濾膜為過濾介質。在一定的壓力下，當水流過膜表面時，只允許水及比膜孔徑小的小分子物質通過，達到溶液的凈化、分離、濃縮的目的。

分類：一般分為板框式（板式）、中空纖維式、管式、卷式等多種結構。

應用：濃縮，脫鹽，分離，純化，去熱原，緩沖液置換等。當前13頁，總共25頁。★兩種壓力差△p=p進-p出（回流液的循環動力）

一般10psi左右調節方式：泵速，回流閥

△pt=[(p進-p0)+(p出-p0)]*1/2=(p進+p出)*1/2-p0

(膜過濾推動力)軸向、側向壓力差△pt對通量的影響壓力較低：通量隨△pt成正比增加，如a壓力增大：形成濃差極化層，趨勢變緩，如b壓力繼續增大：濃差極化層達凝膠層濃度，通量不隨△pt改變，如c膜兩側平均壓力差當前14頁，總共25頁。3.納濾(Nanofiltration,NF)

介于反滲透和超濾之間的壓力驅動膜分離過程，孔徑范圍在幾個納米左右。與其他壓力驅動型膜分離過程相比，出現較晚。與反滲透相比，其操作壓力更低，因此納濾又被稱作“低壓反滲透”或“疏松反滲透”(LooseRO)。應用：食品工業、植物深加工、飲料工業、農產品深加工、生物醫藥、生物發酵、精細化工、環保工業……

納濾膜（陶氏）當前15頁，總共25頁。納濾膜三大特點MWCO介于反滲透膜和超濾膜之間，一般為150～1000dalton；科學家推測其表面分離層可能擁有1nm左右的微孔結構，故被稱之為“納濾”。納濾膜對無機鹽有一定的截留率，因為它的表面分離層是由聚電解質所構成，對離子有靜電相互作用。超低壓大通量，即在超低壓下（0.1Mpa≈14.7psi）仍能工作，并有較大的通量。當前16頁，總共25頁。4.反滲透(ReverseOsmosis,RO)

原理：依靠反滲透膜在壓力下使溶液中的溶劑與溶質進行分離的過程。

應用:美國最早用于將航天員的尿液回收為純水。醫學界還以反滲透法的技術用來洗腎（血液透析）。工業上已應用于海水脫鹽，超純水制備，從發酵液中分離溶劑等。

特點：不需添加任何殺菌劑和化學物質，故不會發生化學相變。當前17頁，總共25頁。

示意圖

當前18頁，總共25頁。

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陶瓷膜實驗設備當前20頁，總共25頁。五、膜分離技術特點高效的分離過程低能耗接近室溫的工作溫度純物理過程，品質穩定性好連續化操作靈活性強環保，無污染投資少

當前21頁，總共25頁。分離技術對比比較點傳統技術膜分離技術耗能多少分離效果較差好成本高/低首次投資高維護費用低舉例篩分、離心、沉淀、過濾、蒸餾、結晶、吸附、離子交換等MF、UF、NF、RO等當前22頁，總共25頁。六、問題與展望膜材料研究薄弱，不少原材料需要進口膜組件性能低，品種少膜技術種類少，當前膜多為化學制劑，易造成二次污染產業規模小，應用領域窄技術成果產業化轉化過程緩慢當前23頁，總共25頁。

★研究新的膜材料，開發研究新的聚合膜材料。★研究開發新的成膜工藝，進一步制備超薄、高度均勻、無缺陷的非對稱膜。

★將新興的膜分離技術與傳統的工藝技術有機的結合起來，不斷將膜技術的研究成果從實驗室推向產業化應用。★將無機膜的發展推向前。無機