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膜分离技术——反渗透、超滤与微滤
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[原创]
膜分离技术——反渗透、超滤与微滤
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逍遥小鱼儿
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发表于 2008-9-3 21:28
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反渗透法的问世最早是在1953年,由美国里德(Reid)研究发明的,其后在1960年,洛布(Loeb)与索里拉(Sourirajan)对其共同改进和提高,于同年制成了世界上第一张具有高脱盐率、高透水量的非对称性醋酸纤维半透膜,并首次用于海水和苦咸水的淡化工作,1971年开始有工业性反渗透装置在电厂投入运行,现在反渗透技术已有大范围的应用。
工作原理
用一张透溶剂而不透溶质的理想半透膜把盐水和水隔开,会出现水分子从纯水侧透过膜向盐水侧扩散的现象,此即渗透现象;如在盐水侧加压,就会使水分子从盐水侧透过膜向纯水侧扩散,这就是反渗透。很明显,只有盐水侧的压力大于渗透压时,水才可能从盐水向纯水方向流动。由于反渗透膜是致密膜,阻力很大,在实际的反渗透过程中,为增加透水速度,所加外压常为渗透压的若干倍。
膜材料
醋酸纤维素、聚酰亚胺、改性聚丙烯晴、芳香聚酰胺等。
工业应用
1) 盐水(海水、苦盐水)淡化;
2) 超纯水制备;
3) 工业废水处理。
据预测,2030年中国人口将达到16亿,届时人均水资源量仅有1750立方米,预计用水总量为7000亿-8000亿立方米,要求供水能力比现在增长1300亿-2300亿立方米,全国实际可利用水资源量接近合理利用水量上限,因此开发新的水资源如进行海水淡化势在必行,而目前采用反渗透膜进行海水淡化是最经济而又清洁的方法。
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本帖最后由 逍遥小鱼儿 于 2008-9-3 21:32 编辑
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发表于 2008-9-3 21:31
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膜分离技术——超滤
1960年,在Loeb-Sourirajan试制成功不对称RO CA膜的影响下,1963年Michaels开发了不同孔径的不对称CA超滤膜,基于CA膜物化性质的限制,1965年开始,不断有新品种的高聚物超滤膜问世,并很快商品化,1965-1975年是UF大发展的阶段,膜材料有无机材料(如氧化铝、二氧化锆等),合成高分子材料:聚砜、聚酰胺、醋酸纤维素、聚醚砜、聚丙烯晴等。
工作原理
利用膜表面孔径机械筛分作用,膜孔阻塞、阻滞作用和膜表面及膜孔对杂质的吸附作用,去除废水中的大分子物质和微粒。一般认为主要是筛分作用,其有效分离范围为0.005-0.1μm的粒子或大分子,操作静压差为0.2-1MPa。
说明:在外力的作用下,被分离的溶液以一定的流速沿着超滤膜表面流动,溶液中的溶剂和低分子量物质、无机离子,从高压侧透过超滤膜进人低压侧,并作为滤液而排出;而溶液中高分子物质、胶体微粒及微生物等被超滤膜截留,溶液被浓缩并以浓缩液形式排出。
工业应用
1) 食品工业,如乳制品工业,果汁饮料和酒类的加工;
2) 生物工程,如酶的精制,生物活性物质的浓缩分离;
3) 环境工程,如在纺织、造纸、金属加工中废水的处理;
4) 医疗卫生,如血液、腹水的超滤净化,人体生长激素提取等。
超滤膜组件
超滤膜:常用的有,醋酸纤维素膜和聚砜膜
超滤的膜组件(同反渗透组件):分为,板式、管式、卷式和中空纤维组件
浓差极化
1.概念:溶液在膜的高压侧,由于溶剂和低分子物质不断透过超滤膜,结果在膜表面溶质(或大分子物质)的浓度不断上升,产生膜表面浓度与主体流浓度的浓度差,这种现象称为膜的浓差极化。
2.影响:发生浓差极化时,由于高分子物质和胶体物质在膜表面截留会形成一个凝胶层。有凝胶层时,超滤的阻力增加,因为除了膜阻力外,又有凝胶层的阻力,在给定的压力下,凝胶层势必影响水透过超滤膜的通量。
3.减缓措施:一是提高料液的流速,控制料液的流动状态,使其处于紊流状态,让膜面处的液体与主流更x好地混合;二是对膜面不断地进行清洗,消除已形成的凝胶层。
影响因素
料液流速、操作压力、温度、运行周期、进料浓度、料液的预处理、膜的清洗
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发表于 2008-9-3 21:35
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膜分离技术——微滤
微滤膜若从1907年Bechhold制得系列化多孔火棉胶膜问世算起,至今有近百年历史。而微孔膜的广泛应用是从二战之后开始的,最初只有CN膜,随着聚合物材料的开发,成膜机理的研究和制膜技术的进步。
我国MF研究始于70年代初,开始以CA-CN膜片为主,于80年代相继开发成功CA、CA-CTA、PS、PAN、PVDF、尼龙等膜片,并进而开发出褶筒式滤芯;开发了控制拉伸致孔的PP、PE和PTFE 膜;也开发出聚酯和聚碳酸酯的核径迹微孔膜,多通道无机微孔膜也实现产业化 。并在医药、饮料、饮用水、食品、电子、石油化工、分析检测和环保等领域有较广泛的应用。
膜材料
1) 烧结金属微孔滤膜(如不锈钢);
2) 无机微孔滤膜(如氧化铝、玻璃、二氧化硅等);
3) 有机高分子微孔滤膜(如聚乙烯、聚砜、聚酰胺、醋酸纤维素等)。
工作原理
一般认为MF的分离机理为筛分机理,膜的物理结构起决定作用。此外,吸附和电性能等因素对截留率也有影响。其有效分离范围为0.1-10μm的粒子,操作静压差为0.01-0.2MPa。微孔滤膜的截留机理因其结构上的差异而不尽相同。如图
微孔膜各种截留作用的示意图
(a)在膜的表面层截留; (b)在膜内部的网络中截留
微滤能截留0.1~1微米之间的颗粒,微滤膜允许大分子有机物和溶解性固体(无机盐)等通过,但能阻挡住悬浮物、细菌、部分病毒及大尺度的胶体的透过,微滤膜两侧的运行压差(有效推动力)一般为0.7bar。
典型超滤和微滤通量特性
工业应用
1) 除去水中的细菌和其它微粒;
2) 除去组织液、抗菌素、血清、血浆蛋白质等多种溶液中的菌体;
3) 除去饮料、酒类、酱油、醋等食品中的悬浊物、微生物和异味杂质。
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