•
d＝4γ COSθ ／P
（17-3）
• 式中d为孔径，γ 为液体的表面张力，θ 为液体与膜间的接 触角，P为泡点压力。
• 孔径和孔径分布也可直接用电子显微镜观察得到，特别是微 孔膜，其孔隙大小在电镜的分辨范围内。
膜过程的一些术语完整性实验
• 本法用于试验膜和组件是 否完整或渗漏。 • 将微、超滤器保留液出口 封闭，透过液出口接上一 倒置的滴定管。自料液进 口处通入一定压力的压缩 空气，当达到稳态时，测 定气泡逸出速度，如大于 规定值，表示膜不合格。
气体透过橡胶膜的研究 发现了扩散定律，至今用于通过膜的扩散； 制备了早期的人工半渗透膜
发现气体通过橡皮有不同的的渗透率，发现 渗析（Dialysis）现象
1860～ Van‘t Hoff， 渗透压定律 1977 Tranbe，Preffer 1906 Kahlenbery 观察到烃/乙醇溶液选择透过橡胶薄膜
× 保留液 出口封闭
压缩空气
膜过程的一些术语浓差极化
1 2 3
浓差极化：在膜分
离过程中，一部分溶质 被截留，在膜表面及靠 近膜表面区域的浓度越 来越高，造成从膜表面 到本体溶液之间产生浓 度梯度，这一现象称为 “浓差极化”。
Cf Cm
Cp
浓差 极化层
膜层
渗透侧 极化层
克服浓差极化的方法
浓差极化的减少
1961年，米切利斯（A. S. Michealis）等人用各种
比例的酸性和碱性的高分子电介质混合物以水—
丙酮—溴化钠为溶剂，制成了可截留不同分子量
的膜，这种膜是真正的超过滤膜。美国Amicon公
司首先将这种膜商品化。
膜工业的发展史
分离过程 微滤 年代 1925 目前主要厂商 应用 Millipore Corp，Pall corp.，Asahi 微电子、医学、 Chemical 食品、化工等 Oonics Ins.，Tokuyama Soda， Asahi Glass 苦咸水脱盐、水 分解、氯碱工业
膜过程的一些术语

错流过滤的优点：
(1)便于连续化操作过程中控制循环比； (2)流体流动平行于过滤表面，产生的表面剪切力带走 膜表面的沉积物，防止污染层积累，使之处于动态 平衡，从而有效地改善液体分离过程，使过滤操作 可以在较长的时间内连续进行； (3)错流过滤所产生的流体剪切力和惯性举力能促进膜 表面的溶质向流体主体的反向运动，提高过滤速度。
• 1960年Loeb和Sourirajan以相转化法制备出 第一张具有高透水性和高脱盐率的不对称 膜（醋酸纤维素反渗透膜），是膜分离技 术发展的一个里程碑。它不仅使反渗透过 程从实验室走向工业应用，而且这种新的 制膜工艺引起科技和工业界的广泛重视； 推动了膜分离技术进入了实用和装置的研 制阶段。
天津工业大学（膜天公司）
3）无机膜（陶瓷膜）：南京工业大学（久吾高科）
国内膜分离技术发展概况
1967年上海化工厂聚乙烯异相离子交换膜正式投 产，开始全国海水淡化大会战。 20世纪80年代，开发膜技术列入科技攻关和发展 计划，形成了一定规模的膜产业。 1995年中国膜工业协会成立，进入规模发展的新 阶段。
膜分离工程参考教材
教材 材 安树林主编 膜科学技术实用教程 天津市“十五”重点建设教 化学工业出版社 2005
参考书 邵刚编著. 膜法水处理技术. 冶金工业出版社. 2000 时钧,袁权,高从堦主编. 膜技术手册. 化学工业出版社. 2001
膜分离概述
定义： 具有选择性分离的功能薄膜 材料。
美国官方文件 “18世纪电器改变了整个 工业进程，而20世纪膜技术将改变整个 世界的面貌”，“目前没有一种技术， 能像膜技术这么广泛地被应用”
具有分离选择性的人造液膜是马丁（Martin）在
60年代初研究反渗透时发现的，这种液膜是覆盖在
固体膜之上的，为支撑液膜。
60年代中期，美籍华人黎念之博士发现含有表面
活性剂的水和油能形成界面膜，从而发明了不带有
固体膜支撑的新型液膜。
70年代初，卡斯勒（Cussler）又研制成功含流动
载体的液膜，使液膜分离技术具有更高的选择性。
膜的种类
根据 膜的 材质
根据 材料 来源
根据 膜的 结构
根据 膜的 功能
固 体 膜
液 体 膜
天 然 膜
合 成 膜
多 孔 膜
致 密 膜
离 子 交 换 膜
渗 析 膜
微 孔 过 滤 膜
超 过 滤 膜
反 渗 透 膜
渗 透 汽 化 膜
气 体 渗 透 膜
பைடு நூலகம்
无机材料膜
有机高分子膜
固体膜
对称膜
根据膜断面 的物理形态
由Jw的数值可了解膜是否污染和清洗是否彻底。
膜过程的一些术语孔道特征-孔径
孔径常用泡点法（bubble-point method）测定，对微孔膜尤 为适用。 将膜表面复盖一层溶剂（通常为水），从下面通入空气，逐渐 增大空气压力，当有稳定气泡冒出时的压力，称为泡点压力 • 根据下式，即可计算出孔径：
膜分离发展过程和趋势
反 渗 透 超 滤 微 透 滤 析
低增长
电 渗 控析 制 气释 体放 渗分 透离 汽 双化 极 液膜 膜
高增长
活 化 传 递
闸 膜
膜 反 应 器
可用？
我国膜技术发展史
• 我国1958年开始研究离子交换膜和电渗析，1966年开始 研究RO、UF、MF、液膜、气体分离等膜分离过程应用与 开发研究。80年代后期又陆续开展了渗透汽化、膜萃取、 膜蒸馏和膜反应等新膜过程的研究，并着手进行膜技术 的推广应用工作。 • 国内主要的膜研究和推广单位： 1）气体分离：大连化学物理研究所（天邦膜公司） 2）液体分离：杭州水处理技术中心（西斗门公司）
截断曲线
得到的截留率与分子量之间的关系称为截断曲线。 质量好的膜应有陡直的截断曲线,可使不同分子量的溶质分离完全；
反之，斜坦的截断曲线会导致分离不完全。
水通量
水通量：纯水在一定压力，温度(0.35MPa，25℃)下试
验，透过水的速度L / hm2。 JW = W / A t
同类膜，孔径，水通量Jw。 水通量Jw不能代表处理大分子料液的透过速度，因为大分子 溶质会沉积在膜表面，使滤速下降（约为纯水通量的10%）
显 微 镜 下 膜 的 照 片
膜断面结构
海绵状结构
指状结构
2、膜科学的发展史
年代
1748 1827 1831 1855 1861～ 1966
科学家
Abbe Nelkt Dutrochet J.V.Mitchell Fick Graham
主要内容
水能自发地穿过猪膀胱进入酒精溶液，发生 渗透现象 名词渗透作用（Osmosis）的引入
1967年，DuPont公司研制成功了以尼龙—66为主 要组分的中空纤维反渗透膜组件。同一时期，丹 麦DDS公司研制成功平板式反渗透膜组件。反渗 透膜开始工业化。
自上世纪60年代中期以来，膜分离技术
真正实现了工业化。首先出现的分离膜是 超过滤膜（简称UF膜）、微孔过滤膜（MF 膜）和反渗透膜（RO膜）。以后又开发了 许多其它类型的分离膜。80年代气体分离 膜的研制成功，使功能膜的地位又得到了 进—步提高。
水 小分子 大分子
料液
膜
渗透液
“21世纪的多数工业中，膜技术扮演着 战略的角色”
“谁掌握了膜技术，谁就掌握了21世纪 化工的未来”
1、膜分离概述
• 概念：用半透膜作为选择障碍层，利用膜的选 择性（孔径大小），以膜的两侧存在的能量差 作为推动力，允许某些组分透过而保留混合物 中其它组分，从而达到分离目的的技术。
膜分离工程
• 第1章 绪论 • 第2章 膜材料与膜制备 • 第3章 膜分离工程学概述 • 第4章 微滤、超滤 • 第5章 纳滤、反渗透
• 第6章 渗透汽化 • 第7章 膜生物反应器MBR
• 第8章 膜过程设计
• 第9章 膜污染与控制
• 第10章 膜前沿-膜与环境
绪论
• • • • • • 1、膜的概念 2、膜科学发展史 3、膜的分类 4、膜过程的一些重要概念 5、膜的主要应用 6、膜分离其他内容
不对称膜 复合膜
平板膜
根据固体 膜的形态
管式膜
中空纤维膜
卷式膜
固体膜按结构分类
分为： 对称膜(Symmetric Membrane) 非对称膜(Asymmetric Membrane) 复合膜(Composite Membrane)
膜过程的一些术语-错流
终端过滤 污染严重
错流过滤 污染轻
膜分离的形式——错流过滤
电渗析
反渗透 渗析 超滤 气体分离 渗透汽化
1960
1965 1965 1970 1980 1990
Film Tech./DOW， 海水脱盐、饮用 Hydronautics/Nitto，Torray，Ddu 水生产、食品工 Pont 业、造纸工业等 Enka/AKZO，Gambro，Asahi Chemical Amicon Corp.，Koch Eng.Inc.， Nittl Denko Permea/Air Prod.，Ube Ind.， Hoechst/Celanese GFT GmbH 血液渗析、工业 废液等 制药工业、乳品 工业等 医疗、燃烧过程 等 无水乙醇生产
降低压力
降低膜表面的浓度
降低溶质在料液中的浓度 排除膜表面 的浓集物 边界层减薄 机械清洗
垂直于膜 的混合 桨式混合器 静态混合器
提高膜面粒子 反向传递
增加流速
增加扩散
细的通道
短的液流周期
• 膜使用中最大的问题是膜污染
膜过程的一些术语 膜污染 膜污染
• 膜污染：指处理物料中的微粒、胶体粒子或溶质大分子