传质与分离设备操作与控制 学习情境3：净化处理石油工业污水 膜分离技术及其应用.ppt

膜分离技术及其应用 主要内容 一、膜技术简介 膜分离基本概念 膜分离特点 膜分离发展过程和趋势 膜的分类、原理、制备 二、典型的膜分离技术 微滤、 超滤、反渗透、钠滤、电渗析 三、膜分离装置 四、膜技术的应用 1.1 膜(Membrane)的定义 1.3 膜分离技术发展简史 高分子膜的分离功能很早就已发现。1748年，耐克特（A. Nelkt）发现水能自动地扩散到装有酒精的猪膀胱内，开创了膜渗透的研究。 1.4 膜的分类 (1). 按物理性质 固相膜、液相膜、气相膜 (2). 按材料 天然膜：生物膜（生命膜）、天然物质改性、再 生制成的膜 合成膜：无机膜、有机高分子聚合物膜 (3). 按外形 管式膜、卷式膜、平板膜、中空纤维膜 多孔膜、单孔膜、无孔膜 1.4 膜的分类 (4). 按膜的结构分类 对称膜(Symmetric Membrane) 非对称膜(Asymmetric Membrane) 复合膜(Composite Membrane) 1.4 膜的分类 (5). 按孔径大小 微孔膜：0.1-10μm、超滤膜：0.002-0.1μm 纳滤膜：0.001μm、反渗透：0.0005-0.001μm (6).按用途 液体分离膜 气体渗透膜 气液分离膜 汽化渗透膜 催化反应膜 分子筛膜 液膜 生物膜 缓释膜 膜反应器 电渗析膜 树脂交换膜 1.5 膜分离技术分类以及分离范围 1.5 膜分离技术分类以及分离范围 1.6 膜的制备 分离膜制备工艺类型 膜的制备工艺对分离膜的性能十分重要。 目前，国内外的制膜方法最实用的是相转化法（流涎法和纺丝法）和复合膜化法。 1.6 膜的制备—相转化制膜工艺 相转化是指将均质的制膜液通过溶剂的挥发或向溶液加入非溶剂或加热制膜液，使液相转变为固相的过程。相转化制膜工艺中最重要的方法是L—S型制膜法。 相转化制膜工艺 1.6 膜的制备—复合制膜工艺 由L—S法制的膜较厚，而起分离作用的仅是接触空气的极薄一层，称为表面致密层。理论研究表明可知，膜的透过速率与膜的厚度成反比。为此，发展了复合制膜工艺，其方框图如图所示。 1.6 膜的制备—复合制膜工艺 1.7 膜分离技术分类 1.7 膜分离原理—膜筛分分离机理 1.8 电荷作用膜分离机理 1.8 渗透气化分离原理 典型的膜分离过程 微 滤 (micro-filtration, MF) 超 滤 (untra-filtration, UF) 反渗透 (reverse osmosis, RO) 钠 滤 (nanofiltration ，NF) 透 析 (dialysis, DS) 电透析 (electro-dialysis, ED) 2.2 微滤MF分离原理 利用筛分原理，分离、截留直径为 0.05 ?m 到 10 ?m 大小的粒子，即微滤膜的孔径为 0.05 ?m 到 10?m。采用0.05～ 0.5MPa。 2.3 超滤UF分离原理 2.4 反渗透RO分离原理 图4 渗透与反渗透原理示意图 2.4 RO反渗透的由来 1950年美国科学家DR.S.Sourirajan发现海鸥从海面啜起一大口海水,隔几秒后吐出。 2.5 优先吸附毛细孔流动模型 2.6 纳 滤 纳滤 (NF，Nanofiltration)是一种介于反渗透和超滤之间的压力驱动膜分离过程。 膜组器于80年代中期商品化。纳滤膜大多从反渗透膜衍化而来。在过去的很长一段时间里，纳滤膜被称为超低压反渗透膜（LPRO：Low Pressure Reverse Osmosis），或称选择性反渗透膜或松散反渗透膜（Loose RO：Loose Reverse Osmosis)。它在较低操作压力下运行，降低了处理成本。 纳滤分离范围介于反渗透和超滤之间。日本学者大谷敏郎曾对纳滤膜的分离性能进行了具体的定义：操作压力≤1.50mPa，截留分子量200～1000，NaCl的截留率≤90％的膜可以认为是纳滤膜。能截留透过超滤膜的那部分有机小分子，透过无机盐和水。 纳米膜的分离机理 1. 筛分： 对Na+和Cl- 等单价离子的截留率较低，但对Ca2+、M