常用的膜分离过程.课件.ppt
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- 常用 分离 过程 课件
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1、膜的种类膜的功能 分离驱动力 透过物质 被截流物质 微滤多孔膜、溶液的微滤、脱微粒子压力差水、溶剂和溶解物悬浮物、细菌类、微粒子、大分子有机物超滤脱除溶液中的胶体、各类大分子压力差溶剂、离子和小分子蛋白质、各类酶、细菌、病毒、胶体、微粒子反渗透和纳滤脱除溶液中的盐类及低分子物质压力差水和溶剂无机盐、糖类、氨基酸、有机物等透析脱除溶液中的盐类及低分子物质浓度差离子、低分子物、酸、碱无机盐、糖类、氨基酸、有机物等电渗析脱除溶液中的离子电位差离子无机、有机离子渗透气化溶液中的低分子及溶剂间的分离压力差、浓度差蒸汽液体、无机盐、乙醇溶液 微滤孔径范围0.02m-10m之间。微孔过滤是以静压差为推动力,
2、利用膜的“筛分”作用进行分离的膜过程。微孔滤膜具有比较整齐、均匀的多孔结构,在静压差的作用下,小于膜孔的粒子通过滤膜,比膜孔大的粒子则被阻拦在滤膜面上,使大小不同的组分得以分离,其作用相当于“过滤”。由于每平方厘米滤膜中约包含1千万至1亿个小孔,孔隙率占总体积的70-80,故阻力很小,过滤速度较快。 微滤主要从气相和液相物质中截留微米及亚微米级的细小悬浮物、微生物、微粒、细菌、酵母、红血球、污染物等以达到净化,分离和浓缩的目的、其操作压差为0.01-0.2MPa,被分离粒子直径的范围为0.1-10m。 目前,以MF的应用最广,经济价值最大,它是现代大工业,尤其是尖端技术工业中确保产品质量的必要
3、手段。微滤(MF)二、微滤分离原理四、微滤膜制备方法五、主要的微孔滤膜材料六、微滤设备和应用 微孔滤膜由于本身性脆易碎,机械强度较差,因而在实际使用时,必须把它衬贴在平滑的多孔支撑体上,最常用的支撑体是以烧结不锈钢或烧结镍等制成的,其他还有尼龙布或丝绸等均可,但需以密孔筛板作支撑。 工业用做滤的组件有板框式、管式、螺旋卷式、中空纤维、普通筒式及折叠筒式等多种结构。 微孔滤膜具有孔径均匀、孔隙率高、滤材薄等特点,因此主要用来对一些只含微量悬浮粒子的液体进行精密过滤,以得到澄清度极高的液体;或用来检测、分离某些液体中残存的微量不溶性物质,以及对气体进行类似的处理。简而言之,微孔滤膜主要用于分离流体
4、中尺寸为0.1-10 m的微生物和微粒子。七、微滤膜的应用现状及前景 超滤膜属于压力驱动型膜分离过程,它是利用孔径在1100nm左右的膜,通过筛分原理分离,选择性透过溶剂和某些小分子溶质的性质,对料液侧施加压力(操作压差范围大约在0.9MPa1.0MPa),使大分子溶质或细微粒子从溶液中分离出来的过程。超滤是一种机械分离方法,只有小于0.002m粒子、水、盐糖和芳香物等能够通过超滤膜,超滤膜空隙尺寸在151000埃,过滤粒子尺寸范围0.0020.2m。采用的滤膜较反渗透膜粗,类似盐、糖的溶质能够通过滤膜,蛋白质等大分子的溶质被隔在膜外,超滤的滤膜分子量吸收限制值在500至几十万道尔顿,直径大于
5、0.1m的溶质,如蛋白质、果胶、脂肪及所有微生物,尤其是酵母菌、霉菌,不能通过超滤膜。超滤(UF) 超滤膜一般由构成膜骨架的有机高分子材料或无机材料以及溶剂和添加剂三部分组成。 膜的结构有两种,一种是指状结构,一种是类似海绵状的开放式网络结构。一、超滤膜的结构 一般认为,超滤膜的结构与形成机理是溶胶-凝胶的相互转化。制膜后,溶剂首先从膜与空气的界面处开始蒸发,由于表面溶剂的蒸发速度比溶剂从膜内向溶剂表面迁移的速度快,因此形成了表面层。 常用的超滤膜材料有醋酸纤维超滤膜、聚砜超滤膜、聚砜酰胺超滤膜等。二、超滤膜材料和制备非对称平板膜、管状膜采用溶液浇注法中空纤维膜采用纺丝法 超滤膜装置一般由若干
6、超滤组件构成。超滤过程的膜形式包括管式、板框式、卷简式个字纤维式、薄层流道式以及平行叶片式。各种膜组件的特征及优缺点见表。三、超滤膜设备 在实际使用中,究竟采用哪种组件形式,要针对膜材料和被处理液的性能而定。一般来说,当原水含有易产生凝胶的溶质或存在一定量悬浊物时,采用管式和板式组件为宜。不过,不论采用哪种形式的组件,对待超滤的原水最好都进行一定的前处理,特别是对一些水质较差、浊度较高的原水,均需要采取严格的前处理措施。例如加入某些乳化剂以防止沉淀聚结;加入络合剂把可能形成污染的物质络合起来,防止它们形成沉淀;调节溶液的pH值使聚电解质处于比较稳定的状态等。管式平行叶片式四、超滤膜的应用 1电
7、泳漆回收 在金属电泳涂漆过程中,带电荷的金属物件浸入一个装有带相反电荷的涂料池内。由于异电相吸,涂料使能在金属表面形成一层均匀的涂层,金属物件从池内捞出井水洗除去随带出的涂料。为达到保护环境,节能闭合循环的目的,可采用超滤过程将聚合物树脂及颜料颗粒阻留下来,而允许无机盐、水及溶剂穿过超滤膜出去。阻留下来的组分再回至电泳漆贮罐中去,滤液用于淋洗刚从电泳漆中取出的新上漆的制件,以回收制件夹带的多余的漆。 2含油废水的回收 油水乳浊液在金属机械加工过程中被广泛用作工具和工件反复冷拔操作及金属滚轧成形,切削操作的润滑和冷却,但出在使用过程中易混入金属碎屑、菌体及清洗金属加工表面的冲洗用水,导致其使用寿
8、命非常短。单独的油分子就其分子量而言小得可通过超滤膜,而对这些含油废水超滤则能成功地分离出其油相,这是因为油水界面张力足够使油滴不能透过已被水浸湿的膜,经过超滤后渗透液中的油浓度通常低于10g/m3,已达排放标准可排入阴沟,而浓缩液中最终含油达30-60可用来燃烧或它用。 3胶束强化超滤(MEUF)用于合重金属废水的处理 胶束强化超滤是最近发展起来的与表面活性剂技术相结合的一种超滤法。其原理如图。在工业废水中注入浓度高于临界胶束浓度的表面活性剂,其疏水端向内缠结,而带负电的亲水端排列在表面,因而使得该胶束表面带有负电荷。废水中的金属阳离子由于静电作用而吸附在上面,采用截留分子景小于胶束分子量的
9、超滤膜,则可使金属离子被截留。 4乳品工业的应用 乳品工业奶酪生产过程中将产生大量的乳清,据统计,仅美国每年就有2500万m3乳清产生,因而该领域成为超滤应用的最大领域。如图所示,通过超滤,可得到含蛋白质10的浓缩液,若将其通过喷雾干燥,可得到含蛋白质65的乳清粉,在面包含品中可代替脱脂奶粉。若将其进一步脱盐,则可得到蛋白质含量高于80的产品,可用于婴儿食品。而含乳糖的渗透液经浓缩十燥后可用作动物饲料。 5果汁 从苹果中榨取的新鲜果汁,出于含有丹宁、果胶和苯酚等化合物而呈现混浊状。传统方法采用酶、皂土和明胶使其沉淀,然后取上清液过滤而获得澄清的果汁。通过超滤或微滤来澄清果汁,只需先部分脱除果胶
10、。可减少酶的用量,省去皂上和明胶,节约了原材料,并且省工省时,同时果汁回收率也有所提高,达98-99。此外,经超滤处理的果汁质量也有所提高,浊度仅0.4-0.6NTU(传统工艺为1.5-3.0 NTU)。又因超滤可无热除去果汁中的茵体,因而可延长果汁的保质期。 6中药 目前,我国卫生部已将膜分离技术列入中药的分离精制方法之一。超滤技术主要用于制备中药注射液(如复方丹参注射液,茵桅黄注射液,五昧消毒饮注射液等),提取有效成分和制备药浸膏等方面。超滤法单独或与活性炭、反渗透相结合还用以有效地除去细菌和热原;制取中药口服液(人参精口服液),医药用纯水制备,保健饮料。 此外,超滤膜还可用于超纯水制备,
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