Cg
C
u
CbRm RiRgRc膜污染阻力的概念模型
22
膜过程的一些术语
• 膜污染：指处理物料中的微粒、胶体粒子或溶质大分子 由于与膜存在物理化学相互作用或机械作用而引起的在 膜表面或膜孔内吸附、沉积造成膜孔径变小或堵塞，使 膜产生渗透通量与分离特性的不可逆变化现象。
• 物理污染包括膜表面的沉积，膜孔内的阻塞，这与膜孔结构、膜表 面的粗糙度、溶质的尺寸和形状等有关。
• 1748年Abble Nelkt 发现水能自然地扩散到装有酒精的猪膀胱内，首 次揭示了膜分离现象；
• 1827年Dutrochet引入名词渗透（Osmosis）； • 1861年Schmidt提出超滤概念； • 1864年Traube成功研制了人类历史上第一张人造膜（亚铁氰化铜膜） • 1918年Zsigmondy提出了商品微滤膜的制备方法，并将其应用于微生
3
膜的简介
定义： 具有选择性分离的功能 薄膜材料。
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世纪的未来”
4
报告内容
• 膜技术简介
发展历史 专业术语 应用实例
• 典型膜过程
反渗透 超滤 微滤
• 陶瓷膜技术
5
膜的发展历史
物、微粒等方面的分离和富集； • 1950年W.Juda成功研制了第一张具有实用价值的离子交换膜； • 1960年Loeb 和Sourirajan研制出第一张不对称的醋酸纤维素反渗透
膜，导致了膜分离技术进入了实用和装置的研制阶段； • 1967年以后在美国、丹麦、日本等国出现了多家膜及其组件的生产厂
天津纺织工学院（膜天公司） 3）无机膜：南京工业大学（久吾高科）
中国科技大学
7
膜的发展历史
膜过程 国家
年代
微滤
德国
1920
超滤
德国
1930
血液渗析 荷兰
电渗析 美国
反渗透 美国
超滤
美国
气体分离 美国
1950 1955 1960 1960 1979 1981
膜蒸馏 德国
1982
全蒸发 德国/荷兰
/荷兰 19 301950 195519 601960 197919 8
传递阻力：
1）膜阻Rm:与膜本身的结构有关，包含膜层到支撑层的 传递阻力；
2）浓差极化阻力Rc：由于被截留组分在膜面浓度的增大 而引起的；
3）推动力的损失：进料侧和渗透侧的压力损失； 4）膜污染阻力：由于物料中的成分对膜产生吸附、堵塞、
以及沉积等现象而引起的。
21
膜污染
• Rm 膜管本身阻力 • Ri 膜孔内污染阻力 • Rg 凝胶层阻力 • Rc 浓差极化阻力
2）对致密膜而言，推动力为膜两侧的化学势之差。
19
膜过程的一些术语
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”。
1
2
3
Cf
Cm
Cp
浓差 膜层 渗透侧
极化层
极化层
20
膜过程的一些术语
进料液
9
膜的分类
10
膜的适用范围
• 分离对象的粒径分布
11
膜元件
12
膜元件
13
膜过程的一些术语
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
14
膜过程的一些术语
错流过滤
P1
F eed
Permeate P3
C ro ssflo w m em b ran e m o d u le
17
膜过程的一些术语
• 通量衰减系数m：由于过程的浓差极化、膜的压密、膜污 染等的影响，使得通量随时间的变化
18
膜过程的一些术语
• 推动力： 1）对多孔膜而言，在对流流动的情况下，传质推动力是膜两侧的压 力差。
P2 P1
P3 膜压降：P1P-P＝2，（是P由1＋于P流2体）流/2动－引P起3的。
家，逐渐开始了膜分离技术的规模应用。
6
膜的发展历史
• 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）
应用
实验室用（细菌过滤器） 实验室用 人工肾 脱盐 海水脱盐 大分子物质浓缩 氢回收 水溶液浓缩 有机溶液脱水
8
膜的简介
特征：具有选择性分离的功
能薄膜材料，以及以其为核心
浓缩液
的装置、过程、工艺的集成与
应用
特点：
渗 透
无相变、低能耗
液
高效率、污染小
工艺简单、操作方便 便于与其它技术集成
16
膜过程的一些术语
• 通量：在一定操作条件下，单位时间通过单位面积膜的体积流量。单 位L/m2.h
• 选择性：将混合物总的组分分离开来的能力。 1）液体分离的选择性常用截留率表示：
R＝1－Cp/Cf 2）气体分离或有机溶剂混合物的分离常用分离因子表示选择性：A/B＝
(yA/yB)/(xA/xB)，其中y表示渗透侧各组分的浓度，x表示原料侧的浓 度。当A/B等于1，表示无法实现分离目的，大于1表示A组分通过膜 的速度大于B组分。
P2
R eten tate
R ecircu latio n lo o p
15
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，提高了过滤速度。
膜分离技术及其应用
山东格瑞水务有限公司
膜分离发展过程和趋势
反 超 微透 渗 滤 滤析 透
膜 反 活闸 应 化膜 器 传 递
电 渗 控析 制 气释 体放 渗分 透离 双极汽化 液膜 膜
低增长 高增长 可用？
2
膜的适用范围
微滤 0.1-10m： 细菌、煤灰、发酵细胞、颜料、 蛋白等 超滤 0.005-0.1m： 蛋白、颜料、多糖、大分子 纳滤 0.0005-0.005m： 低聚糖、染料、多价离子 反渗透0.0001-0.001m： 电解质、大于100Da的有机溶质 水、小于100Da的有机溶质