A
10
100
1000
10 4
10 5
10 6
10 7
Molecular weight
分子量
100
200 5,000 20,000 150,000
500,000
Relative size of common material
过滤对象
Filtration Technology
Aqueous salts 中水盐份
得到了进一步提高。
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， 并于1968年获得纯粹液膜的第一项专利。
浓差极化特性
它是一个可逆过程。只有在膜过程运行中产生存在，
停止运行，浓差极化逐渐消失。
它与操作条件相关，可通过降低膜两侧压差，减小料
液中溶质浓度，改善膜面流体力学条件，来减轻浓差
极化程度，提高膜的透过流量。

凝胶极化模型：膜表面附近 浓度升高，增大了膜两侧的 渗透压差，使有效压差减小， 透过通量降低。当膜表面附 近的浓度超过溶质的溶解度 时，溶质会析出，形成凝胶 层。即使分离含有菌体、细 胞和其他固形成分的料液时， 也会在膜表面形成凝胶层。 这种现象谓之凝胶极化(gel

以静压力差为推动力的过程：
A微滤(microfiltration) B超滤(untrafiltration) C反渗透(reverse osmosis)

以蒸气压差为推动力的过程：
A膜蒸馏 B渗透蒸馏
1.4 分离膜种类 c.以分离应用领域过程分类 微滤(micro-filtration, MF) 超滤(untra-filtration, UF) 反渗透(reverse osmosis, RO) 透析(Dialysis, DS) 电透析(electro-dialysis, ED) 纳米膜分离(NF) 亲和过滤(affinity filtration, AF) 渗透气化(pervaporation, PV
* * * * * * * * * * * * * *
气体分离 电渗析 渗析 控制释放 渗透蒸发 液膜
*
* *
技术原理
1.压力特征
压力特征

2.浓差极化
膜两侧溶液间的传递方程
浓差极化模型(concen-tration
polarization）
适应范围：反渗透、超滤和微滤。 定义：在膜分离操作中，所有溶质 均被透过液传送到膜表面，不能 完全透过膜的溶质受到膜的截留 作用，在膜表面附近浓度升高， 见图。这种在膜表面附近浓度高 于主体浓度的现象谓之浓度极化 或浓差极化)。

定义：指截流率达90%以上的最小被截流物质 的相对分子质量
一般选用额定截留值应稍低于所分离或浓缩的溶 质分子值
B流动速率

溶质的分子性质

Байду номын сангаас
相对密度大的纤维状分子扩散性差。
溶质浓度 稀溶液比浓溶液的流速高。


压力
增压加速流速。 搅拌 破坏溶质表面的浓度梯度，加速溶质的扩散，提高 流速。 温度 通常升温提高流速。
与两侧的流体相接触。 膜传质有选择性，它可以使流体相中的一种或几种 物质透过，而不允许其它物质透过。
Membrane Nomenclature
Retentate (residue) （截留液） Feed
Permeate 透过液 膜分离过程原理：以选择性膜为分离介质，通过在膜两边施加一个推动力 （如浓度差、压力差或电位差等）时，使原料侧组分选择性地透过膜，以 达到分离提纯的目的。通常膜原料侧称为膜上游，透过侧称为膜下游。
RO
过滤方法
反渗透
NF 纳滤
Microfiltration 微滤 Ultrafiltration 超滤
Particle filtration 一般过滤
1.4 分离膜种类
b.以推动力或传送机制分类

以浓度差为推动力的过程：
透析技术(Dialysis, DS)

以电位差为推动力的过程：
A电透析 B离子交换电透析
1.4 分离膜种类
e.按膜的形态（组件）分类
膜组件 由膜、固定膜的支撑体、间隔物以及容纳这些部件 的容器构成的一个单元称为膜组件。 膜组件的种类

管式膜组件
中空纤维式
平板膜组件 卷式膜组件
管式膜组件
特点：
结构简单、适应性强、 压力损失小、透过量大，清洗、 安装方便、可耐高压，适宜处 理高粘度及稠厚液体。但比表 面积小。适于微滤和超滤。
1.4 分离膜种类
d.按膜的材料分类 表1
类别 纤维素酯类 膜材料
膜材料的分类
举 例
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
平板膜组件
特点：
较管式组件比 表面积大得多， 易于更换膜， 适于微滤、超 滤。
螺旋卷式膜组件
特点：
膜面积大，湍流情 况好，但制造装配要求 高、清洗检修不方便， 不能处理悬浮液浓度较 高的料液。可用于微滤、 超滤和反渗透。
各种膜组件的传质特性和综合性能比较：
1.4 分离膜种类
f. 按膜的结构分类
C其他
操作温度
化学耐受性
膜的吸附性能 膜的无菌措施 保存
1.2 膜分离技术发展简史

50年代初，为从海水或苦咸水中获取淡水，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
压力
4.膜的截留能力
截留率和截断分子量
截留率:膜对溶质的截留能力以截留率R来表示。
R 1
cp cb
截断分子量(MWCO)
定义为相当于一定截留率(90%或95%）的分子量，用以估 计孔径的大小。
孔道特征
包括孔径，孔径分布，空隙度。
完整性试验 用于试验膜和组件是否完整或渗漏。
5膜的污染
膜污染(membrane fouling)---最大问题


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
（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，除上述三大膜外，其他类型的膜也获得很大
的发展。80年代气体分离膜的研制成功，使功能膜的地位又
膜形态 推 动 力 膜 过 程 反渗透 超 压力差 微 纳 电位差 浓度差 浓度差 浓度差（分压差） 浓度差＋化学反应 滤 滤 滤
应 用 实 例
对称
海水淡化 超纯水/白蛋白浓缩 前处理/终端过滤 医药/啤酒 气体/蒸汽分离 海水淡化/废水 人工肾 医用/农药 无水乙醇 金属分离/废水
非对称
复合 * *
E 、预防：膜的预处理 ( 用乙醇浸泡聚 砜 膜 ) ， 料 液 预 处 理 ( 调 pH ， 预 过 滤 ) ，开发抗污染膜，临界压力操 作等。
6.膜组件的选择
1造价 2抗污染能力 3膜材料 4组建的结构 5反渗透 中空纤维式 卷式 6超滤一般不用中空纤维式
7.膜的选择及使用
A截留相对分子质量
polarization)。
3.膜分离理论

17.5 影响膜过滤的各种因素

A 、 当 p 小 , 无浓度极化层 , Jv与p成正比, 此时用： B 、当 p 大 , 有浓差极化 , Jv 的增长速率减慢, 此时用 C、当p继续增加时，形成凝 胶层，且厚度随压力的增 大 而 增 大 ， 所 以 Jv 不 再 随 p 的增加。此时的 Jv 为此 流速下的极限值 (Jlim) ，用 方程： D 、 Jlim 随料液浓度 而 ，随 流速(搅拌速度) 而。
按膜的结构分为：
对称膜(Symmetric Membrane)
非对称膜(Asymmetric Membrane)
复合膜(Composite Membrane)
不对称结构是膜制造的一种突破， 因为活性层很薄，流体阻力较小。 且不易使孔道阻塞，颗粒被截留在 膜的表面。此后膜过滤法逐渐走向 工业化，20世纪70年代以后发展比 较迅速．应用范围涉及到海水淡化、 纯水制造、食品和乳品工业、污水 处理和生物工程等领域。在此期间， 世界膜销售额迅速增长。
1.4 分离膜种类
阳离子膜 带电膜 阴离子膜 过滤膜
高分子膜
分 离 膜
精密过滤膜
液体膜 生物膜
非带电膜
超滤膜 纳米滤膜 反渗透膜
1.4 分离膜种类
a.分离粒子或分子大小分类
THE FILTRATION SPECTRUM 过滤谱图
m 0.001 0.01 0.1 1.0 10 100 1000
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。
1.3 膜分离技术的特点
优点: 1)能耗低。膜分离不涉及相变，对能量要求低，与蒸馏、结 晶和蒸发相比有较大的差异； 2)分离条件温和，对于热敏感物质的分离很重要； 3)操作方便，结构紧凑、维修成本低、易于自动化。 缺点 1)膜面易发生污染，膜分离性能降低，故需采用与工艺相适 应的膜面清洗方法； 2)稳定性、耐药性、耐热性、耐溶剂能力有限，故使用范围 有限； 3)单独的膜分离技术功能有限，需与其他分离技术连用。