纯化：除去杂质；
分离：将混合物分成两种或多种目的产 物；
反应促进：把化学反应或生化反应的产 物连续取出，能提高反应速率或提高产 品质量。
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膜的应用
海水淡化 工业废水处理 城市废水资源化
天然气
生物质利用
燃料电池
水资源
膜
传统工业
能源 生态环境
冶金
制药
食 品 化工与石化 电 子
CO2 控制
除尘
洁净燃烧
有选择作用的膜，此沉积层与溶液处于动态平衡。
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图1 对称膜
图2 非对称膜
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图3 对称膜
图4 非对称膜
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二、膜分离过程的类型
膜分离过程的实质是物质透过或被截留 于膜的过程，近似于筛分过程，依据滤 膜孔径大小而达到物质分离的目的，故 而可以按分离粒子大小进行分类。
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膜分离过程的类型
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反渗透：
定义：在溶质浓度高的 一侧施加超过渗透压的 压力，使溶剂透过膜的 操作。
▪ 是一种以压力差为推动 力，从溶液中分离出溶 剂的膜分离操作，孔径 范围在0. 1~1 nm之间。
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▪ 其基本原理为溶解扩散。在高于溶液渗透压 的压力作用下，只有溶液中的水透过膜，而 所有溶液中的大分子、小分子有机物及无机 物全被截留住。
▪ 主要用于海水脱盐，纯水制造以及小分子产 品如乙醇、糖及氨基酸浓缩等。
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膜法海水淡化
几种分离方法能耗比较
分离方法 反渗透 低温多效 多级闪蒸
能耗 (kWh/m3)
3.5
>7
>10
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嵊泗1000吨/日反渗透海水淡化装置
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巴黎瓦兹河梅 里市14万立 方米/天的纳 滤厂，每天为 巴黎附近50 万居民提供 14万吨饮用 水
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蛋白质透析
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透析袋透析简单装置。
A:透析夹，B:透析，C:透析示意图
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2.微滤（Microfiltration,MF） ：
以多孔细小薄膜为过滤介质，压力为推动 力，使不溶性物质得以分离的操作。
孔径分布范围在0.025~14μm之间，截留 直径为0.02μm ~ 10μm大小的粒子。
超滤原理的示意图
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A
B
常规过滤(A)和超滤(B)的示意图
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4.反渗透（Reverse osmosis,RO）:
渗透和渗透压：
渗透：膜（不能透过溶质） 两侧压力相等时，在浓度差 作用下，溶剂从溶质浓度低 的一侧向溶质浓度高的一侧 透过的现象。 渗透压：渗透现象中，促使 水分子透过的推动力。
(3)复合膜：选择性膜层(活性膜层)沉积于具有微孔的底膜(支撑层)表 面上，表层与底层是不同的材料，膜的性能不仅取决于有选择性的 表面薄层而且受微孔支撑层的影响。
(4)荷电膜：离交膜，含有高度的溶胀胶载着固定电荷的对称膜。 (5)液膜：将在有关章节中讨论。 (6)微孔膜：孔径为0.05—20微米的膜。 (7)动态膜：在多孔介质(如陶瓷管)上沉积一层颗粒物(如氧化锆)作为
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膜分离的特点： 浓缩液 无相变、低能耗
高效率、污染小
渗
工艺简单、操作方便
透 液
浓缩与纯化同时进行
进料液
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膜的分类
(1)对称膜：结构与方向无关的膜，孔经可一致，结构可不规则； (2)非对称膜：分离层很薄，较致密，为活性膜，孔径的大小和表皮的
性质决定分离特性，厚度决定传递速度，朝向待分离浓缩液；多孔 的支持层只起支撑作用，使膜具有必要的机械强度。
可应用于消毒、澄清、细胞收集等。如培 养基液菌体分离与浓缩，产品消毒。
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微滤 (Microfiltration，MF)
一种静态过滤，随过滤时 间延长，膜面上截流沉积不 溶物，引起水流阻力增大， 透水速率下降，直至微孔全 被堵塞；
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原 料 液
渗 透 液 无 流 动 操 作
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3.超滤（ Ultrafiltration, UF） ：
1-半透膜 2-搅拌器 3-溶液 4-铂电极 5,6-进出水管
电渗析的应用：海水和苦水的淡化、废水处理， 氨基酸和有机酸等小分子的分离纯化
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6.气体渗透：
气体膜分离是利用膜对某些气体组分具有选择 性渗透和扩散的特性，以达到气体分离和纯化 的目的。
其渗透机理为：气体分子在压力作用下，首先 在膜的高压侧接触，然后是吸附、溶解、扩散、 脱溶、逸出。
分离介质同上，但孔径更小，为0.001-0.02 μm，分离推动力仍为压力差，截断分子量可 变化。
适合于酶、蛋白质等生物大分子物质的分离、 浓缩，超滤亲和纯化，血浆分离，脱盐，去热 原，在生物工程中应用最广。
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一种动态过程，由泵提供推动力，在膜表 面产生两个分力：一个是垂直于膜面的法向分 力，使水分子透过膜面，另一个是于膜面平行 的切向力，把膜面截流物冲掉。
应用:空气中各种气体在透过膜壁时具有不同的
1.透析：用具有一定孔径大小的、高分子溶质不能
透过的亲水膜将溶质溶液与纯水分隔，在浓差的作 用下，小分子溶质透向水侧，水透向溶液一侧。 ▪ 透析膜：孔径5-10nm,实验室中常用透析袋 ▪ 应用：脱盐，血液透析
特点：以浓差为推动力，膜透 过通量很小，不适于大规模生物 分离过程，多在实验室中应用。
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微滤
超滤
反渗透
○:微粒子 ●:大分子 ＋:小分子 ……..：水
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5.电渗析：以电位差为推动力，利用离子 交换膜的选择透过性，从溶液中脱除或 富集电解质的膜分离操作。
在直流电场的作用下，由于离子交换膜 的阻隔作用，实现溶液的淡化和浓缩， 分离推动力是静电引力。
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一、膜的简介
定义： 在流体相之间有一层薄的 凝聚相物质，把流体相分 隔开来成为两部分，这一 薄层物质称为膜。
水 小分子 大分子 料液
膜渗Biblioteka 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世纪的未来”
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膜的用途
浓缩：目的产物以低浓度形式存在，因 此需要除去溶剂；（截留物为产物）
第六章 膜分离过程
Membrane separation
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膜分离技术
膜分离的概念：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，由于溶液中各组分透过膜的迁 移率不同而实现分离的一种技术。 用半透膜作为选择障碍层，允许某些组 分透过而保留混合物中其它组份，从而 达到分离目的的技术。