【正文】 傳遞機(jī)理 透過物 截留物 膜類型 滲析 濃度差 溶質(zhì)的擴(kuò)散傳遞 低分子量物、離子 溶劑 非對稱性膜 電滲析 電位差 電解質(zhì)離子的 選擇傳遞 電解質(zhì)離子 非電解質(zhì)， 大分子物質(zhì) 離子交換膜 氣體分離 壓力差 氣體和蒸汽的 擴(kuò)散滲透 氣體或蒸汽 難滲透性氣 體或蒸汽 均相膜、復(fù)合 膜，非對稱膜 滲透蒸發(fā) 壓力差 選擇傳遞 易滲溶質(zhì)或溶劑 難滲透性溶 質(zhì)或溶劑 均相膜、復(fù)合 膜，非對稱膜 液膜分離 濃度差 反應(yīng)促進(jìn)和 擴(kuò)散傳遞 雜質(zhì) 溶劑 乳狀液膜、支 撐液膜 續(xù)上表 17 第二章高分子分離膜與膜分離技術(shù) 目前，實(shí)用的有機(jī)高分子膜材料有： 纖維素酯 類、聚砜類、聚酰胺類及其他材料 。以日本為例，纖維素酯類 膜占 53％，聚砜膜占 ％，聚酰胺膜占 ％，其 他材料的膜占 2％，可見纖維素酯類材料在膜材料中 占主要地位。 微孔過濾技術(shù) 1. 微孔過濾和微孔膜的特點(diǎn) 微孔過濾技術(shù)始于十九世紀(jì)中葉，是以 靜壓差為 推動(dòng)力 ，利用篩網(wǎng)狀過濾介質(zhì)膜的“篩分”作用進(jìn)行分 離的膜過程。 19 第二章高分子分離膜與膜分離技術(shù) 微孔膜是均勻的多孔薄膜， 厚度在 90～ 150μm 左右，過濾粒徑在 ～ 10μm之間，操作壓在 ～ 。 微孔膜的主要優(yōu)點(diǎn)為： ① 孔徑均勻，過濾精度高。一般微孔膜的孔密度為 107孔 /cm2，微孔體積占膜總體積的 70％～ 80％。微孔膜厚度一般在 90～ 150μm之間，因而吸附量很少，可忽略不計(jì)。微孔膜為均一的高分子材料， 過濾時(shí)沒有纖維或碎屑脫落，因此能得到高純度的 濾液。 21 第二章高分子分離膜與膜分離技術(shù) 2. 微孔過濾技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域 微孔過濾技術(shù)目前主要在以下方面得到應(yīng)用： （ 1）微粒和細(xì)菌的過濾。 （ 2）微粒和細(xì)菌的檢測。 22 第二章高分子分離膜與膜分離技術(shù) （ 3）氣體、溶液和水的凈化。 （ 4）食糖與酒類的精制。由于是常溫操 作，不會(huì)使酒類產(chǎn)品變味。 以前藥物的滅菌主要采 用熱壓法。而且對于熱敏性藥物，如胰島素、血清蛋 白等不能采用熱壓法滅菌。常溫操作也不會(huì)引起藥 物的受熱破壞和變性。 24 第二章高分子分離膜與膜分離技術(shù) 超濾技術(shù) 1. 超濾和超濾膜的特點(diǎn) 超濾技術(shù)始于 1861 年，其 過濾粒徑介于微濾和 反滲透之間，約 5～ 10 nm，在 ～ MPa 的靜壓 差推動(dòng)下截留各種可溶性大分子 ，如多糖、蛋白質(zhì) 、酶等相對分子質(zhì)量大于 500的大分子及膠體，形成 濃縮液，達(dá)到溶液的凈化、分離及濃縮目的。膜上微孔的尺寸 和形狀決定膜的分離效率。超濾膜的結(jié)構(gòu)一般由 三層結(jié)構(gòu) 組成 。支撐層的作用為起支撐作用， 提高膜的機(jī)械強(qiáng)度。 26 第二章高分子分離膜與膜分離技術(shù) 中空纖維狀超濾膜的外徑為 ～ 2μm。此外，單位體積中空纖維狀超濾膜 的內(nèi)表面積很大，能有效提高滲透通量。超濾膜的工作條件取決于膜的 材質(zhì)，如醋酸纖維素超濾膜適用于 pH = 3～ 8，三醋 酸纖維素超濾膜適用于 pH = 2～ 9，芳香聚酰胺超濾 膜適用于 pH = 5～ 9，溫度 0～ 40℃ ，而聚醚砜超濾 膜的使用溫度則可超過 100℃ 。 超濾技術(shù)主要用于含分子量 500～ 500,000的微粒 溶液的分離，是目前應(yīng)用最廣的膜分離過程之一， 它的應(yīng)用領(lǐng)域涉及化工、食品、醫(yī)藥、生化等。 28 第二章高分子分離膜與膜分離技術(shù) （ 1）純水的制備。 （ 2）汽車、家具等制品電泳涂裝淋洗水的處理。 （ 3）食品工業(yè)中的廢水處理。 29 第二章高分子分離膜與膜分離技術(shù) （ 4）果汁、酒等飲料的消毒與澄清。 （ 5）在醫(yī)藥和生化工業(yè)中用于處理熱敏性物質(zhì)， 分 離濃縮生物活性物質(zhì)，從生物中提取藥物等。 30 第二章高分子分離膜與膜分離技術(shù) 反滲透技術(shù) 1. 反滲透原理及反滲透膜的特點(diǎn) 滲透是自然界一種常見的現(xiàn)象。目前，反滲透技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為一種普遍使用 的現(xiàn)代分離技術(shù)。 31 第二章高分子分離膜與膜分離技術(shù) 滲透和反滲透的原理如 圖 2— 4所示。這一過程的推動(dòng)力是低濃度溶 液中水的化學(xué)位與高濃度溶液中水的化學(xué)位之差， 表現(xiàn)為水的滲透壓。當(dāng)液面升高至 H時(shí)， 滲透達(dá)到平衡，兩側(cè)的壓力差就稱為滲透壓 （圖 2— 4b） 。 32 第二章高分子分離膜與膜分離技術(shù) 圖 2— 4 滲透與反滲透原理示意圖 33 第二章高分子分離膜與膜分離技術(shù) 如果在高濃度水溶液一側(cè)加壓，使高濃度水溶液 側(cè)與低濃度水溶液側(cè)的壓差大于滲透壓，則高濃度 水溶液中的水將通過半透膜流向低濃度水溶液側(cè)， 這一過程就稱為反滲透（圖 2— 4c）。 用于實(shí)施反滲透操作的膜為 反滲透膜 。 34 第二章高分子分離膜與膜分離技術(shù) 制備反滲透膜的材料主要有 醋酸纖維素、芳香 族聚酰胺、聚苯并咪唑、磺化聚苯醚、聚芳砜、聚 醚酮、聚芳醚酮、聚四氟乙烯 等。 35 第二章高分子分離膜與膜分離技術(shù) 2. 反滲透與超濾、微孔過濾的比較 反滲透、超濾和微孔過濾都是以壓力差為推動(dòng) 力使溶劑通過膜的分離過程，它們組成了分離溶液 中的離子、分子到固體微粒的三級膜分離過程。以上 關(guān)于反滲透膜、超濾膜和微孔膜之間的分界并不是 十分嚴(yán)格、明確的，它們之間可能存在一定的相互 重疊。 表 2— 3 反滲透、超濾和微孔過濾技術(shù)的原理和操作特點(diǎn)比較 分離技術(shù)類型 反滲透 超濾 微孔過濾 膜的形式 表面致密的非對稱膜、復(fù)合膜等 非對稱膜，表面有微孔 微孔膜 膜材料 纖維素、聚酰胺等 聚丙烯腈、聚砜等 纖維素、 PVC等 操作壓力 /MPa 2～ 100 ～ ～ 分離的物質(zhì) 分子量小于 500的小分子物質(zhì) 分子量大于 500的大分子和細(xì)小膠體微粒 ～ 10μm的粒子 分離機(jī)理 非簡單篩分，膜的物化性能對分離起主要作用 篩分，膜的物化性能對分離起一定作用 篩分，膜的物理結(jié)構(gòu)對分離起決定作用 水的滲透通量 /() ～ ～ 5 20～ 200 37 第二章高分子分離膜與膜分離技術(shù) 3. 反滲透膜技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域 反滲透膜最早應(yīng)用于苦咸水淡化。反滲透過程主要是從水溶液中分離出水，分離 過程無相變化，不消耗化學(xué)藥品，這些基本特征決 定了它以下的應(yīng)用范圍。近年來，反滲透技 術(shù)在家用飲水機(jī)及直飲水給水系統(tǒng)中的應(yīng)用更體現(xiàn) 了其優(yōu)越性。與常用的冷凍干燥和蒸發(fā)脫水濃縮等工 藝比較，反滲透法脫水濃縮成本較低，而且產(chǎn)品的 療效、風(fēng)味和營養(yǎng)等均不受影響。 39 第二章高分子分離膜與膜分離技術(shù) 納濾技術(shù) 1. 納濾膜的特點(diǎn) 納濾膜是八十年代在反滲透復(fù)合膜基礎(chǔ)上開發(fā) 出來的，是超低壓反滲透技術(shù)的延續(xù)和發(fā)展分支， 早期被稱作 低壓反滲透膜 或 松散反滲透膜 。 40 第二章高分子分離膜與膜分離技術(shù) 納濾膜主要用于 截留粒徑在 ～ 1nm，分子量 為 1000左右的物質(zhì)，可以使一價(jià)鹽和小分子物質(zhì)透 過，具有較小的操作壓（ ～ 1MPa） 。 目前關(guān)于納濾膜的研究多集中在應(yīng)用方面，而有 關(guān)納濾膜的制備、性能表征、傳質(zhì)機(jī)理等的研究還 不夠系統(tǒng)、全面。 41 第二章高分子分離膜與膜分離技術(shù) 2. 納濾膜及其技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域 納濾技術(shù)最早也是應(yīng)用于 海水及苦咸水的淡化 方面。 42 第二章高分子分離膜與膜分離技術(shù) 離子交換膜 （ 1）按可交換離子性質(zhì)分類 與離子交換樹脂類似，離子交換膜按其可交換 離子的性能可分為 陽離子交換膜、陰離子交換膜和 雙極離子交換膜 。 43 第二章高分子分離膜與膜分離技術(shù) （ 2）按膜的結(jié)構(gòu)和功能分類 按膜的結(jié)構(gòu)與功能可將離子交換膜分為 普通離 子交換膜、雙極離子交換膜和鑲嵌膜 三種。 44 第二章高分子分離膜與膜分離技術(shù) 2. 離子交換膜的工作原理 （ 1）電滲析 在鹽的水溶液（如氯化鈉溶液）中置入陰、陽 兩個(gè)電極，并施加電場，則溶液中的陽離子將移向 陰極，陰離子則移向陽極，這一過程稱為 電泳 。 45 第二章高分子分離膜與膜分離技術(shù) 電滲析的核心是離子交換膜 。 圖 2— 5為用于 食鹽生產(chǎn)的電滲析器的示意圖。在兩個(gè)電極之間加上一定電壓，則陰極生 成氯氣，陽極生成氫氣和氫氧化鈉。 如果在膜的一面涂上一層陰極的催化劑，在另 一面涂一層陽極催化在這兩個(gè)電極上加上一定的電 壓，則可電解水，在陽極產(chǎn)生氫氣，而在陰極產(chǎn)生 氧氣。 隨著電滲析理論和技術(shù)研究的深入，我國在電 滲析主要裝置部件及結(jié)構(gòu)方面都有巨大的創(chuàng)新，僅 離子交換膜產(chǎn)量就占到了世界的 1/3。 50 第二章高分子分離膜與膜分離技術(shù) 電滲析技術(shù)在 食品工業(yè)、化工及工業(yè)廢水 的處 理方面也發(fā)揮著重要的作用。 此外，離子交換膜還大量應(yīng)用于 氯堿工業(yè) 。 51 第二章高分子分離膜與膜分離技術(shù) 全氟磺酸膜還可用作燃料電池的重要部件。經(jīng)多年研制， Nafion膜已被證明是氫氧燃料電池的實(shí)用性質(zhì)子交 換膜，并已有燃料電池樣機(jī)在運(yùn)行。 52 第二章高分子分離膜與膜分離技術(shù) 滲透蒸發(fā)技術(shù) 1. 滲透蒸發(fā)技術(shù)和滲透蒸發(fā)膜的特點(diǎn) 滲透蒸發(fā)是近十幾年中頗受人們關(guān)注的膜分離 技術(shù)?？捎糜趥鹘y(tǒng)分離手 段較難處理的恒沸物及近沸點(diǎn)物系的分離。 53 第二章高分子分離膜與膜分離技術(shù) 滲透蒸發(fā)的實(shí)質(zhì)是利用高分子膜的選擇性透過 來分離液體混合物。由高分 子膜將裝置分為兩個(gè)室，上側(cè)為存放待分離混合物 的液相室，下側(cè)是與真空系統(tǒng)相連接或用惰性氣體 吹掃的氣相室。由于在氣相室中 該組分的蒸氣分壓小于其飽和蒸氣壓，因而在膜表 面汽化。滲透蒸發(fā)過程的推動(dòng)力是 膜內(nèi)滲透組分的濃度梯度。 描述滲透蒸發(fā)過程的兩個(gè)基本參數(shù)是滲透通量 J （ g/）和分離系數(shù) α。由以上定義 可知， α代表了高分子膜的滲透選擇性?；瘜W(xué)結(jié)構(gòu)是指制備膜的 高分子的種類與 分子鏈的空間構(gòu)型 ；物理結(jié)構(gòu)則是指 膜的孔度、孔 分布、形狀、結(jié)晶度、交聯(lián)度、分子鏈的取向 等， 取決于膜的制備過程。 所以 在膜的開發(fā)中必須綜合考慮這四個(gè)因素?；谌芙鈹U(kuò)散理論，只有對所需 要分離的某組分有較好親和性的高分子物質(zhì)才可能 作為膜材料。 59 第二章高分子分離膜與膜分離技術(shù) 對于二元液體混合