膜的分类
2. 膜的分类
膜材料
3. 膜材料和制备 固体分离膜大多数是高分子聚合物膜， 近年来开发了无机材料分离膜。
高聚物膜通常是用纤维素类CA、聚砜类 PSF、聚酰胺类PI、聚酯类、含氟高聚物 PTEF等材料制成。
无机分离膜包括陶瓷膜、玻璃膜、金属 膜和分子筛炭膜等。
膜材料
高分子膜制备有相转化法和热致相分离法。 L-S法 （1）高分子材料溶于溶剂中并加入添加剂
第八章 膜分离 （Membrane Separation）
(4)经济性 分离膜的价格要合理。价格取决于材料和 制造工艺两方面。不少高聚物很具特色， 但价格太贵，无法作为商品。
分离膜要求:具有分离作用的膜越薄越好， (30nm)；膜如果属于多孔性的，则膜上的 孔要求越多越好，孔径相差不大，只有这 样，膜的透过量才能大，分离物的纯度才 高。
第八章 膜分离 （Membrane Separation）
促进传递：膜内有载体，在高化学位一 侧，载体同被传递的物质发生反应，而在 低化学位一侧又将被传递的化学物质释放， 这种传递过程有很高的选择性。
主动传递：膜中的载体同被传递物质在 低化学位侧发生反应并释放出能量，使被 传递物质由低化学位一侧被传递到高化学 位一侧，物质的传递方向为逆化学位梯度 方向。主动传递尚未用于工业过程。
(2)溶解一扩散机理 假设溶质和溶剂都能溶解于膜中，然后各 自在浓度差或压力差造成的化学位差推动 下扩散通过膜，再从膜下游解吸。溶质和 溶剂在膜相中溶解度和扩散性的差异影响 着它们的通量大小。
(3)孔流模型 流体通过膜孔的流动为毛细管内的层流
第八章 膜分离 （Membrane Separation）
溶质的表观分离率
RE

cb
cp cb
100%
cb、 cw、c-p分别为主体溶液浓度、高压侧 膜处溶液的界面浓度和膜的透过液浓度。
分离系数
yA (1 xA )
四、分离膜应具备四个基本条件： (1)分离性——三个要点 ①分离膜必须对被分离的混合物具有选 择透过的能力(具有分离作用)。
②分离能力要适度。根据被分离混合物 的原始状态和分离后要达到的目标来合理 确定。因为膜的分离性能和渗透性能是相 互关联的，分离性能提高，渗透量下降， 这样就提高操作费用。
第八章 膜分离 （Membrane Separation）
（2）过程不发生相变化，能耗较低；
（3）在常温下进行，适合处理热敏性物料；
（4）设备没有运动的部件，可靠性高，操作、 维护方便。
第八章 膜分离 （Membrane Separation） 三、膜分离过程的传递机理
物质透过膜的三种传递方式：被动传递、 促进传递和主动传递。
被动传递：物质由高化学位相侧向低化学 位相侧传递，化学位差是膜分离传递过程 的推动力，它可以是压力差、浓度差、电 位差、温度差等。
第八章 膜分离 （Membrane Separation）
(3)物理、化学稳定性 分离膜材料：高聚物，需要定期更换。 高聚物的“老化”问题 压密现象：高聚物膜长期处于高压下会发 生被压密，使膜在长期使用中渗透量慢慢 减小，最终不能使用的现象。
膜污染：在使用过程中与混合物接触的表 面会被各种各样的杂质所污染，减少了膜 的有效使用面积。
③膜分离能力主要取决于膜材料的化学特 性、膜的形态结构和操作条件。
(2)透过性
能够对被分离的混合物进行有选择的透 过。不需要通过的物质透过速度要低，需 要通过的物质透过速率要高。
分离膜的透过性能是它处理能力的主要标 志。工业上，透过量不能过低，否则经济 上不合算。膜的透过性能与膜材料的化学 特性、分离膜的形态结构和操作因素有关。
膜过程的分离范围
膜过程的现状与发展趋势
• D一透析；
• MF一微D一电渗析； CR一控制释放； GS一气体分离；
• PV一渗透汽化； MD一膜蒸馏； LM一液膜； MR一膜反应器； NF一纳滤；
• GM一闸膜；
• AT～主动传递
第八章 膜分离 （Membrane Separation） 二、膜分离特点 （1）无需外加物质，可实现高纯度的分离；
反渗透、超过滤．微粒过滤的比较
第八章 膜分离 （Membrane Separation） 2）纳滤膜孔径为2～5nm，能截留部分离
子及有机物，操作压力为0.7～3 MPa；
3）超滤膜孔径为2～20nm，能截留小胶体 粒子、大分子物质，操作压力为0.1～1 MPa；
4）微滤膜孔径为0.05～10μ m，能截留胶 体颗粒、微生物及悬浮粒子，操作压力 为0.05～0.5 MPa。
推动力:膜两侧的压力差、浓度差、电位 差、温度差等。推动力→膜分离分为多种 过程。
压力推动的膜过程有反渗透、纳滤、超 滤、微滤 。在压力的作用下，小分子通过 膜，大分子和微粒等被截留，其截留程度 取决于膜结构。
1）反渗透膜几乎无孔，可以截留大多数 溶质（离子）而使溶剂通过，操作压力较 高，一般为2～10MPa；
第八章 膜分离 （Membrane Separation） 膜分离过程的机理
(1)筛分机理：膜的表面具有无数微孔， 膜的孔径分布比较均一，大于膜孔径的分 子被截留，而小于膜孔径的分子可以穿过 膜达到分离的目的。
分离机理依据分子大小的差异，如超滤、 微滤过程。
第八章 膜分离 （Membrane Separation）
配制成膜液。 （2）成型。 （3）膜中的溶剂部分蒸发。 （4）膜浸渍 在水中。 （5）膜的预压处理。
膜的分离特性
4．膜的分离特性
分离效率、渗透通量和通量衰减系数。
1) 分离效率。对于溶液脱盐和某些高分子
物质的脱除等可以用脱除率（截留率）R表
示。
R cw c p 100%
cw
膜的分离特性
第八章 膜分离 （Membrane Separation） 8.1 总论
一、膜分离过程 膜分离:以选择性透过膜为分离介质，膜 两侧在一定推动力的作用下，使原料中的 某组分选择性地透过膜，使混合物得以分 离，以达到提纯、浓缩等目的的过程。
膜:固相、液相和气相膜。
第八章 膜分离 （Membrane Separation）