表2
膜过程 推动力 微滤 超滤 压力差 压力差
几种主要分离膜的分离过程
透过物 截留物
水、溶剂溶解物 悬浮物颗粒 水、溶剂小分子 胶体和超过截留 分子量的分子
纳滤
压力差
水、一价离子、 有机物 多价离子 水、溶剂 溶质、盐
反渗的材料包括天然的与人工合成的有 机高分子材料和无机材料。
欧洲膜学会(EMS) www.ems.cict.fr/ 联合国教科文组织膜科学技术中心 .au/ 美国过滤与分离学会(AFS) /
国际水协会(IWA) /
国际脱盐协会(IDA) /
2. 按膜的分离原理及适用范围分类
根据分离膜的分离原理和推动力的不同，可将
其分为微孔膜、超过滤膜、反渗透膜、纳滤膜、渗
析膜、电渗析膜、渗透蒸发膜等。
3. 按膜的形态分类 按膜的形状分为平板膜(Flat Membrane)、管 式膜(Tubular Membrane)和中空纤维膜(Hollow Fiber membrane)。
于膜的形状,工业上应用的膜组件主要有中空纤维式、
管式、螺旋卷式、板框式等四种型式。管式和中空纤
维式组件也可以分为内压式和外压式两种。
膜分离技术应用中需注意的几个问题
膜材料的选择 膜孔径或截留分子量的选择
膜结构选择
组件结构选择
溶液pH 控制
溶液温度影响
溶质浓度，料液流速与压力的控制
4 典型的膜分离技术及应用领域
11
1.2 膜分离技术发展简史
高分子膜的分离功能很早就已发现。1748年，耐克特（A.
Nelkt）发现水能自动地扩散到装有酒精的猪膀胱内，开创了
膜渗透的研究。 1861年，施密特（A. Schmidt）首先提出了超过滤的概念。 他提出，用比滤纸孔径更小的棉胶膜过滤时，若在溶液侧施 加压力，使膜的两侧产生压力差，即可分离溶液中的细菌、 蛋白质、胶体等微小粒子，其精度比滤纸高得多。这种过滤 可称为超过滤。按现代观点看，这种过滤应称为微孔过滤。
50年代初，为从海水中获取淡水，开始了反渗透膜的 研究。
真正意义上的分离膜出现在20世纪60年代。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。 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。
膜种类:
阳离子膜 离子膜 阴离子膜 微滤膜MF
高分子膜 膜 液体膜 生物膜
非离子过 滤膜
超滤膜UF
纳米滤膜NF
反渗透膜RO
微滤膜(MF)，超滤膜(UF)，纳诺滤膜(NF)和反渗 透膜(RO)。MF膜孔径0.05um以上，以去除胶体 、高分子有机物为对象。NF膜孔径为100～1000 分子量。它去除的物质在UF与RO之间，以去除 三卤甲烷、异味、色度、农药、可溶性有机物、 Ca、Mg等。 RO 膜孔径0.0001微米，是最精细 的一种膜分离产品，只允许水分子通过。RO渗透 水的压力比其渗透压力要多1～2倍。除以上四种 以外，还有离子交换膜和气体渗透膜。MF、UF 、NF和RO以压力驱动使固液分离。离子交换膜 则以电力驱动使盐类分子分离，促成海水淡化等 。气体渗透膜是最近研究出来通过气体的新型膜 ，能使乙醇浓缩和海水淡化。
微孔膜的缺点： ① 颗粒容量较小，易被堵塞； ② 使用时必须有前道过滤的配合，否则
无法正常工作。
2. 微孔过滤技术应用领域
（1）微粒和细菌的过滤。可用于水的高度净化、食品 和饮料的除菌、药液的过滤、发酵工业的空气净化 和除菌等。
（2）微粒和细菌的检测。微孔膜可作为微粒和细菌的 富集器，从而进行微粒和细菌含量的测定。 （3）气体、溶液和水的净化。大气中悬浮的尘埃、纤 维、花粉、细菌、病毒等；溶液和水中存在的微小 固体颗粒和微生物，都可借助微孔膜去除。
新型单元操作简介
主讲人：连锦花
1
单元操作:
在不同的化工产品生产过程中，发生同样 的物理变化，遵循共同的物理学规律，使 用相似的设备，具有相同功能的基本物理 操作，称为单元操作。
2
已经熟知的单元操作有流体输送、传热、 蒸馏、吸收、结晶、萃取、干燥、沉降、 过滤、离心分离、静电除尘、湿法除尘。
3
（4）在医药和生化工业中用于处理热敏性物质。分 离浓缩生物活性物质，从生物中提取药物等。 （5）汽车、家具等制品电泳涂装淋洗水的处理。汽 车、家具等制品的电泳涂装淋洗水中常含有1％～2 ％的涂料（高分子物质），用超滤装置可分离出清 水重复用于清洗，同时又使涂料得到浓缩重新用于 电泳涂装。 （6）造纸厂的废水处理。
内容
膜技术概述 膜分离装置
典型的膜分离技术及应用领域
1.膜技术概述
1.1 基本概念
膜(Membrane)是什么？有何特性？
膜，是指在一种流体相内或是在两种流体相之间
有一层薄的凝聚相，它把流体相分隔为互不相通的两 部分，并能使这两部分之间产生传质作用。
膜的特性：
不管膜多薄 , 它必须有两个界面。这两个界面分别
新型单元操作简介
1、膜分离技术 2、吸附 3、色谱分离技术
4
膜分离技术
相关官方网站：
中国膜工业协会 /
美国膜技术协会(AMTA) /
北美膜学会(NAMS) /nams/NAMSHP.html
水解。冷冻会使膜膨胀而破坏膜的结构。
膜的收缩主要发生在湿态保存时的失水。
收缩变形使膜孔径大幅度下降，孔径分布不均 匀，严重时还会造成膜的破裂。当膜与高浓度 溶液接触时，由于膜中水分急剧地向溶液中扩 散而失水，也会造成膜的变形收缩。
2 膜分离装置
膜组件(Membrane Module)
将膜、固定膜的支撑材料、间隔物或管式外壳等组装 成的一个单元称为膜组件。膜组件的结构及型式取决
被用于工业和实验室中。以日本为例，纤维素酯类 膜占53％，聚砜膜占33.3％，聚酰胺膜占11.7％，其 他材料的膜占2％，可见纤维素酯类材料在膜材料中 占主要地位。
醋酸纤维素膜
显 微 镜 下 膜 的 照 片
2. 非纤维素酯类膜材料
常用于制备分离膜的合成高分子材料有聚
砜、聚酰胺、芳香杂环聚合物和离子聚合
（4）食糖与酒类的精制。微孔膜对食糖溶液和啤、黄酒等酒类 进行过滤，可除去食糖中的杂质、酒类中的酵母、霉菌和其他微 生物，提高食糖的纯度和酒类产品的清澈度，延长存放期。由于 是常温操作，不会使酒类产品变味。
（5）药物的除菌和除微粒。以前药物的灭菌主要采用热压法。 但是热压法灭菌时，细菌的尸体仍留在药品中。而且对于热敏性 药物，如胰岛素、血清蛋白等不能采用热压法灭菌。对于这类情 况，微孔膜有突出的优点，经过微孔膜过滤后，细菌被截留，无 细菌尸体残留在药物中。常温操作也不会引起药物的受热破坏和 变性。 许多液态药物，如注射液、眼药水等，用常规的过滤技术难 以达到要求，必须采用微滤技术。
微孔过滤（Microfiltration，MF） 超滤（Ultrafiltration，UF） 反渗透（Reverse osmosis，RO） 纳滤（Nanofiltration，NF） 渗析（Dialysis，D） 电渗析（Electrodialysis，ED） 液膜（Liquid membrane，LM） 渗透蒸发（Pervaporation， PV）
4.1 微孔过滤技术
1. 微孔过滤和微孔膜的特点
微孔膜是均匀的多孔薄膜，厚度在90～150 m左右，
过滤粒径在0.025～10m之间，操作压在0.01～0.2MPa。 到目前为止，国内外商品化的微孔膜约有13类，总计 400多种。
微孔膜的主要优点：
① 孔径均匀，过滤精度高。能将液体中所有大于制定 孔径的微粒全部截留； ② 孔隙大，流速快。一般微孔膜的孔密度为107孔 /cm2，微孔体积占膜总体积的70％～80％。由于膜很 薄，阻力小，其过滤速度较常规过滤介质快几十倍； ③ 无吸附或少吸附。微孔膜厚度一般在90～150m之 间，因而吸附量很少，可忽略不计。 ④ 无介质脱落。微孔膜为均一的高分子材料，过滤时 没有纤维或碎屑脱落，因此能得到高纯度的滤液。
原则上讲，凡能成膜的高分子材料和无机材料
均可用于制备分离膜。但实际上，真正成为工业化
膜的膜材料并不多。这主要决定于膜的一些特定要
求，如分离效率、分离速度等。此外，也取决于膜
的制备技术。
3
目前，实用的有机高分子膜材料有：纤维素酯
类、聚砜类、聚酰胺类及其他材料。从品种来说，
已有成百种以上的膜被制备出来，其中约40多种已
1.4 膜过滤的基础理论
通透量理论：一种基于粒子悬浊液在毛细管内流动 的毛细管理论。 水通量（Jw）和截留率（R）：
W Jw At
c1 c2 R c1
W—透水量，A—膜的有效面积，t—时间 c1—料液中溶质浓度， c2—透过液中溶质浓度
膜分离基本原理
1.5 膜分离过程的类型
分离膜的基本功能是从物质群中有选择地透过或输送特定的物 质，如颗粒、分子、离子等。或者说，物质的分离是通过膜的选择 性透过实现的。几种主要的膜分离过程及其传递机理如表2所示。
膜材料
纤维素衍生物类 醋酸纤维素，硝酸纤维素，乙基纤维素等 聚砜类 聚酰(亚)胺类 聚砜，聚醚砜，聚芳醚砜，磺化聚砜等 聚砜酰胺，芳香族聚酰胺，含氟聚酰亚胺等 涤纶，聚碳酸酯，聚乙烯，聚丙烯腈等 聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯，聚二甲基硅氧烷 壳聚糖，聚电解质等
非纤维素酯 类
聚酯、烯烃类 含氟(硅)类 其他
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（简称MF膜）和反渗透膜（简 称RO膜）。以后又开发了许多其它类型的分离膜。 在此期间，上述三大膜，获得很大的发展。