功能2-3分离膜1.ppt

第三节 高分子分离膜Ch.3 membrane for separation 一、概述 膜是一种薄层物质，可以将两相分隔开来。膜可以是固态的，也可以是液态的，甚至是气态的；而被分隔的两相则通常为流体相，既可以是液态的，也可以是气态的。 高分子膜的主要作用类似于选择性的障碍物，它允许某一组分通过，而截留混合物中的其它组分，这样在渗透物或截留物中，就有一种或多种组分被富集。 膜的分类： 应用：石油、化工、环保、能源、电子、重工、轻工、食品、饮料、医药和生物工程等 效益：具有明显的经济效益、社会效益和环境效益 膜分离优点： 在常温下操作无相态变化，能耗低，是节能的化工分离单元操作； 无须加热，可防止热敏组分如蛋白质等的变性； 可低温操作，能抑制处理液中杂菌的繁殖； 可以对溶液中的各溶解组分进行分离； 分离精度高，选择性强； 自动化程度高；污染小等。 二、分离膜的分类 膜材料 膜断面的物理形态 膜分离机理 二、膜分离过程及机理 体积排斥：微孔膜、超滤膜、反渗透膜 溶解扩散膜：渗析膜、气体分离膜、渗透蒸发膜、膜蒸馏膜等 反应性膜 ：离子交换膜、电渗析膜、膜传感器、催化反应膜等 第一部分 问 题 膜分离的优点是什么？ 分离功能膜有哪些主要类型？其分离的机理各是什么？分离的动力是什么？ 什么是扩散？什么是渗透？什么是反渗透？溶液的渗透压如何计算？ 为什么反渗透分离过程所需压力比超滤大，超滤又比微滤大得多？ 300K时，测得某苦咸水中NaCl浓度为5.85g/L，平均分子量为10,000的胶体/大分子总量约10.0g/L。试分别计算该体系中由NaCl和胶体/大分子所产生的渗透压。 对特定的分离要求，如何设计分离膜的化学结构？ 体积排斥：——微孔膜、超滤膜、反渗透膜 基本概念与原理： 反渗透（RO） 发展历史： 1748年 Nollet发现渗透现象。 1920年 建立了稀溶液的完整理论。 1953年 发现醋酸纤维素类具有良好的半透性。 1960年 人类首次制成醋酸纤维素反渗透膜。 1970年 杜邦公司发明了芳香族聚酰胺中空纤维反渗透器。 1980年 全芳香族聚酰胺复合膜及其卷式元件问世。 1990年 中压、低压、及超低压高脱盐聚酰胺复合膜进入市场，从而为反渗透技术的发展开辟了广阔前景。 1998年 低污染膜研发成功，进一步扩大了反渗透的应用范围。 结 论 可见，水的渗透速率正比于压力差（?p-?），而膜两侧水的化学势差也正比于（?p-?）。而外加压力对离子的化学势影响很小，可以忽略。 因此，增加压力无论从热力学还是从动力学看，对水的淡化都是有利的。 在反渗透分离过程中所施加的压力，必须远大于溶液的渗透压，一般为其的几到十几倍。 反渗透膜的分类： 非荷电膜：多为含氧、氮等元素的亲水性高分子材料 荷电膜 Low Pressure (Residential) Systems 超滤(UF) 超滤（ UF）也是一个以压力差为推动力的膜分离过程，一般认为超滤是一种筛孔分离(体积排斥)过程。在压差的推动下，原料液中的溶剂和小的溶质粒子从高压的料液侧透过膜到低压侧，所得到的液体一般称为滤出液或透过液，而大的粒子组分被膜截留，使它在滤剩液中浓度增大，达到溶液的净化、分离与浓缩的目的。 超滤与反渗透的联系与区别： 联系：均以压力差为推动力 区别：膜的孔径不同，从而截留物也不同（RO截留无机盐类小分子，UF筛分出溶液中较大的溶质分子），所需压力也不等(UF所需压力小) 微滤(MF) 主要特征：膜孔径均一，过滤精度高;过滤通量大；滤材薄，滤液损失少 用途：液体精密过滤或检测、分离液体中残存的微量不容性物质 分离机理：过筛作用；吸附作用；网内截留 第二部分 问 题 电渗析过程中，如何有效地利用电能，防止电解现象？ 如何利用电渗析法从海水制备淡水和盐？它与电解食盐水制备盐酸和烧碱有何不同？ 渗析(OSMOSIS) 渗析又名透析 原理：高浓度侧的小分子溶质通过扩散作用迁至低浓度的接受液一侧，接受液侧的溶剂在渗透压作用下向原液侧迁移 透过速率影响因素：溶质分子大小、化学性质不同 电渗析(ED) 基本原理： 电渗析（ED）是在直流电场作用下，利用荷电离子膜（阴、阳离子交换膜）的反离子迁移原理从水溶液和其他不带电组分中分离带电离子的膜过程，是一个以电位差为推动力的膜分离过程。 第三部分 问题 膜上气体分离过程的机理有哪两种？ 运用均质膜对气体进行分离时，如何增加透过量？如何扩大分离系数？ 运用多孔膜进行分离时，气体的流动处于何种状态分离效果较好？分离系数的大小与哪些因素有关？