膜科学与技术1.ppt

膜科学与技术Membrane Science and Technology 授课教师：王 志 工作单位：天津大学化工学院化学工程研究所 第一章 膜科学与技术的概念和特征 回答三个问题 膜是什么？ 膜的功用是什么？如何实现膜的功用？ 膜科学与技术的概念和特征是什么？ 1.1 膜的定义 膜——film, membrane film: thin coating or covering （一薄层覆盖物） 实例：镀膜、氧化膜、液膜 Membrane（本课程的“膜” ）: 膜是两相之间一个具有(选择)透过性的屏障。 A selective barrier between two phases, the term ‘selective’ being inherent to a membrane or membrane process. 1.2 膜的功用 膜的应用十分广泛，可概括为四个主要方面： 物质的分离与纯化； 物质的检测； 物质的控制释放； 反应的控制与强化。 1.3 膜的分类 1. 按膜材料: 高分子膜 无机膜 3. 按膜的截面形式: 非对称膜 对称膜 致密膜 多孔膜 复合膜 4. 按膜的形状: 平板膜 管式膜 中空纤维(0.5 mm) 细管膜(0.5mm?5mm) 管状膜(5mm) 5. 按膜的状态: 固膜 液膜 (liquid membrane) 气膜 6. 按处理的物质: 液体分离膜 , 气体分离膜 7. 按是否带电: 荷电膜, 中性膜 1.4 膜过程定义与一般特征 膜过程是组分在某种推动力的作用下，在由膜隔开的两相之间的传递。 1.5 膜过程分类 压力驱动膜过程： 微滤, 超滤, 纳滤, 反渗透 2. 浓度驱动膜过程： 渗透汽化, 液膜过程, 渗析 , 气体分离 3. 热驱动膜过程： 膜蒸馏 4. 膜接触 器： 气-液, 液-液 特点：（1）使用微孔或大孔膜。（2）膜主要起着固定两种互不相溶流体相界面的作用。（3）这两种流体在膜孔内或在膜/流体相边界处相互直接接触。 5. 电驱动膜过程： 电渗析, 膜电解, 电去离子, 双极膜, 膜燃料电池 6. 膜反应器： 膜反应器，膜生物反应器 7. 控制释放 8. 膜电极 1.6 膜科学与技术的概念和特征 膜科学与技术是关于膜的合成、功能和应用的科学与技术。 膜科学是多学科交叉的科学 有机化学，无机化学，高分子物理，高分子化学 物理化学 流体力学，热力学，三传一反 生物，医药，食品，环境（水，气），石化，能源，电子 膜分离过程所依据的物性差别有多种 其它分离过程所依据的物性差别 精馏，蒸发，干燥——挥发性（或蒸气压）不同 吸附，吸收——亲和性不同 萃取，结晶，吸收——溶解性不同 电泳——电荷不同 过滤——颗粒大小不同 沉降——重力不同 离心分离——密度不同 膜分离过程依据的物性差别 1. 依分子大小的差别。可认为是过滤的延续，如MF，UF，及部分RO，NF，GS等。 膜分离与一般过滤的数量级比较： 一般过滤：? 1 mm；膜分离： 1 mm 2. 依电荷的差别（所用膜为荷电膜）。如ED，膜燃料电池，膜电解，双极膜过程，NF等。 3. 依与膜的亲和性或溶解性等的差别。如液膜过程，GS，PV等。 4. 蒸气压不同。如MD。 5. 依与膜的化学反应能力不同。如载体介质传递。 膜技术的优点 能耗通常较低 易与其它(分离) 过程结合（集成过程） 可在温和条件下实现分离 易于放大 膜的性能可以调节 膜技术的缺点 浓差极化和膜污染 膜寿命有限 不少情况下选择性较低 放大因子基本是线性的 膜技术是21世纪最有发展前途的高技术 1.7 膜技术应用简介 水处理（工业和生活用水） Water treatment 食品与饮料 Food and drink 石化 Petroleum and chemical 环保 Environmental protection 制药 Pharmaceutical industry 生物技术 Biotechnology 能源 Energy sources 电子工业（超纯水） Ultrapure water 1.8 膜技术的自然基础 膜在大自然中，特别是在生物体内是广泛存在的。 非生物界：多孔介质 生物界 动物：细胞，脏器，身体 植物 膜科学技术的发展史就是人类对自然界中膜的认识、利用、自至人工合成的历史。 课程参考资料 教科书或专著 2004 膜科学技术 朱长乐主编 2005 膜科学技术实用教程 安树林主编 2005 现代膜技术及其应用指南 王学松编著 1999 膜技术基本原理 (荷兰) Marcel Mulder 著 李琳译 ? 2