【文章內容簡介】 獲得廣泛應用， 10多個品種。 44 超濾的基本原理 ? 開始一般認為超濾是一種篩孔分離過程。在靜壓差為推動力的作用下，原料液中溶劑和小溶質粒子從高壓的料液側透過膜到低壓側，一般稱為濾出液或透過液，而大粒子組分被膜所阻攔，使它們在濾剩液中濃度增大。按照這樣的分離機理，超濾膜具有選擇性表面層的主要因素是形成具有一定大小和形狀的孔，聚合物的化學性質對膜的分離特性影響不大。 45 ? 許多年后，發(fā)現(xiàn)情況并非如此。除了機械篩分作用外，還有兩個因素決定膜的分離特性： ? 其一，溶質、溶劑和膜材質之間的相互作用，這些作用力包括范德華力、靜電力、氫鍵作用力等，溶質分子在膜表面或膜孔壁上受到吸引或排斥都會影響膜對溶質的分離效果。 ? 其二，膜的平均孔徑和孔徑分布影響膜的分離特性 。 46 ? 超濾過程實際上同時存在三方面的情形： ? ①溶質在過濾膜表面以及膜孔中產(chǎn)生吸附； ? ②溶質的粒徑大小與膜孔徑相仿，溶質在孔中停留，引起阻塞； ? ③溶質的粒徑大于膜孔徑，溶質在膜表面被機械截留，實現(xiàn)篩分。 47 ? 超濾對去除水中的微粒、膠體、細菌、熱源和各種有機物有較好的效果，但它幾乎不能截留無機離子。 UF的分離機理為篩孔分離過程，但膜表面的化學性質也是影響超濾分離的重要因素。 ? 在超濾中 ， 大分子溶質等之所以不能像溶劑那樣容易通過膜 ， 主要是因為下列原因： ? （ 1） 超濾過程中溶質機械地被截留在過濾膜表面上 (篩分 )； ? （ 2） 被吸附在過濾膜表面及膜孔中 (基本吸附 )； ? （ 3） 被保留在膜孔中而被除去 (阻塞 )等 3種方式 48 ? 超濾主要用于從液相物質中分離大分子化合物，膠體分散液，乳液。也可以用來分離低分子量溶質，從而可達到某些含有各種小分子量可溶性溶質和高分子物質等溶液的濃縮、分離、提純和凈化。 ? 其操作靜壓差一般為 ～ 1MPa，被分離組分的直徑大約為 ～ ，這相當于光學顯微鏡的分辨極限，一般為分子量大于 500～ 1000000的大分子和膠體粒子，這種液體的滲透壓很小，可以忽略。 ? 所用膜常為非對稱膜，膜孔徑為 103~101μm ，膜表面有效截留層厚度較小 (~10μm) ，操作壓力一般為 ～(2～ 4kg／ cm2)，膜的透過速率為 ～ 5m3／(m2d) 。 49 超濾與反滲透的異同 共同點： ? 推動力均是壓力差，在溶液的壓力下，溶劑等小分子通過薄膜，而較大的溶解物質被阻滯在膜表面上。 區(qū)別： ? 膜不同 ? 機理不同 ? 工作壓力不同 50 ① 膜不同 ? 超濾膜較疏松 ， 透水量大 ， 除鹽率低；一般用超濾分離大分子和膠體 ， 能夠分離的溶質分子至少要比溶劑的分子大 10倍 。 ? 反滲透膜致密 ， 透水量低 ， 除鹽率高 ， 具有選擇透過能力 ， 用以分離分子大小大致相同的溶劑和溶質 。 51 簡單的透過和截留示意圖 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 膜 RO反滲透 UF超濾 MF微濾 各種滲透膜對不同物質的截留功能示意圖 1. 溶劑； 2. 小分子； ； 52 ② 機理不同 ? 超濾的去除機理主要是篩濾作用； ? 在反滲透膜上分離過程伴隨有半透膜、溶解物質和溶劑之間復雜的物理化學作用。 ③ 工作壓力不同 ? 超過濾的工作壓力低 (～ MPa)； ? 反滲透所需的工作壓力高 (1～ 100 MPa)。 53 超濾膜的制備方法及特性 ? 超濾膜材料 一般用于制備反滲透膜的材料也可用于制備超濾膜，只是制膜液的組分配比和成膜工藝不同。超濾膜有多種，最常用的是：醋酸纖維素膜、芳香聚酰胺膜、聚砜膜和聚砜酰胺膜和無機膜。 54 超過濾膜的結構 ? 超濾膜可分為對稱膜和非對稱膜。 ? 對稱膜，又稱各向同性膜，指各向均質的致密或多孔膜，物質在膜中各處的滲透速率相同。 ? 非對稱膜，又稱各向異性膜，是由一個極薄的致密皮層 (決定分離效果和傳遞速率 )和一個多孔支撐層 (主要起支撐作用 )組成。 ? 不對稱膜又分為兩類：一類為整體不對稱膜 (膜的皮層和支撐層為同一種材料 )；另一類為復合膜 (膜的皮層和支撐層為不同種材料 )。 55 超濾膜的制備 ? 1)各向同性膜的制備 。 首先將高分子膜材料用溶劑直接溶解 ， 所得料液經(jīng)脫泡后 ， 采取普通的流延法將其刮成薄層 ， 并使溶劑蒸發(fā)即可得到均質薄膜 。 ? 2)各向異性膜的制備。首先將高分子膜材料、溶劑和添加劑按一定比例配料，待完全溶解后進行真空脫泡。其次以流延法將料液傾倒在玻璃板上，以刮刀刮成一定厚度的薄層，并在適當條件下，控制蒸發(fā)速度，另一部分溶劑蒸發(fā)掉．最后，連同玻璃板一起，將膜置于冰水中凝膠定型。 56 ? 3）不同孔徑超濾膜的制備 ? 在控制溫度、濕度、蒸發(fā)時間、冷浸溫度等條件不變的情況下，改變膜材料、溶劑和添加劑的配料比，即可制成不同孔徑的膜。 57 超濾膜的特性 ? 超過濾膜的基本性能主要包括：水通量；截留率；化學物理穩(wěn)定性 (包括機械強度 )。 ? 一般的要求是有較大的水通量 ， 較高的截留率和較好的化學物理穩(wěn)定性 。 ? 超過濾膜若使用恰當，能連續(xù)運轉 1~2年。暫時不用時，可保存在 1％甲醛水溶液或者 50％甘油水溶液中。 58 超濾裝置 ? 超濾膜組件：有板式、管式、卷式和中空纖維式四種 。 59 板框式超濾裝置 優(yōu)點： 裝置牢固，適合在廣泛的壓力范圍內工作；流道間隙大小可調，原水流道不易被雜物堵塞；具有可拆性，清洗方便；通過增減膜及支撐板的數(shù)量可處理不同水量。 缺點： 裝置較笨重；單位體積內的有效膜面積較??；膜的強度要求較高，一般做在無紡布上，以增強膜的機械性能。 60 管式超濾裝置 優(yōu)點 ： 原液流道截留面積較大，不易堵塞；膜面的清洗比較容易，可化學清洗或擦洗。 缺點 ： 單位體積內膜的充填密度較低，占地面積大；膜管的彎頭及連接件多，設備安裝費時。 61 卷式超濾裝置 優(yōu)點 ： 單位體積內的有效膜面積較大，水在膜表面流動狀態(tài)比較好，結構緊湊，占地面積較小。 缺點 ： 進水預處理要求嚴格，對所用的膜強度要求較高，使用過程中，一旦發(fā)現(xiàn)膜破損須更換新的膜元件。 62 中空纖維式超濾裝置 優(yōu)點 ： 單位體積內有效膜面積最大，工作效率最高，占地面積小。中空纖維無須支撐物。 缺點 ： 膜的清洗較困難，只能用水力沖洗或化學清洗，不能用機械清洗，另外，中空纖維膜損壞后要更換整個組件。 63 超濾基本工藝流程 超濾的操作模式可分為 重過濾 和 錯流過濾 兩大類。 重過濾 常用于蛋白質、酶等大分子的分離。 錯流過濾 廣泛應用于生產(chǎn) 64 ? 設備簡單、小型 ? 能耗低 ? 可克服高濃度料液滲透流率低的缺點 ? 能更好的去除滲透組分 ? 濃差極化和膜污染嚴重 ? 要求膜對大分子的截留率高 重過濾 優(yōu)點 缺點 65 ? 間歇操作：常用于小規(guī)模生產(chǎn)。這種方式效率最高，因為膜始終可保證在最佳濃度范圍內進行操作。 ? 連續(xù)操作：常用于大規(guī)模生產(chǎn)。分離物料的生產(chǎn)量常比控制濃差極化所需的最小流量還小，因此采用部分循環(huán)方式 66 錯流過濾 ?