浙江大学本科生课程化工原理 第十三章 其他分离过程 1/24
幻灯片 2目录
§ 13.2 膜分离一、概述 五、反渗透二、微滤 六、渗透汽化三、超滤 七、气体分离四,纳滤 八、电渗析浙江大学本科生课程化工原理 第十三章 其他分离过程 2/24
§ 13.2 膜分离一、概述膜分离技术是指在分子水平上,不同粒径的混合物在通过 半渗透膜 时,实现选择性分离的技术 。
半透膜又称 分离膜,分离膜的特点是膜壁遍布微小孔洞,根据孔径的大小可分为 微滤膜,超滤膜,纳滤膜,反渗透膜 等 。
膜,两相之间的一个不连续区间，简单地说，膜是分隔开两种流体的一个薄的阻挡层。
浙江大学本科生课程化工原理 第十三章 其他分离过程 3/24
§ 13.2 膜分离膜分离技术由于具有常温下操作,无相态变化,高效节能,在生产过程中不产生污染等特点,因此在 饮用水净化,工业用水处理,食品,饮料用水净化,除菌,生物活性物质回收,精制 等方面得到广泛应用,并迅速推广到纺织,化工,电力,食品,冶金,石油,机械,生物,制药,
发酵等各个领域 。 分离膜因其独特的结构和性能,在环境保护和水资源再生方面异军突起,在环境工程,特别是废水处理方面有着广泛的应用前景 。
膜 分离技术 是近 30年发展很快的一门新型的分离、浓缩、
提纯及净化技术。
浙江大学本科生课程化工原理 第十三章 其他分离过程 4/24
常规分离方法不能经济、
合理地进行分离。
§ 13.2 膜分离膜 分离技术适用场合：
（ 1） 化学性质及物理性质相似的化合物的混合物 。
（ 2） 结构的或取代基位置相似的异构物混合物 。
（ 3） 含有热敏性组分的混合物 。
浙江大学本科生课程化工原理 第十三章 其他分离过程 5/24
乳状液膜带支撑层的液膜
无孔膜—不对称膜
荷电膜不荷电膜
复合膜转相膜
复合膜转相膜多孔膜
不对称膜对称膜
不对称膜对称膜
§ 13.2 膜分离生物膜 （ 原生质,细胞膜 ）
膜合成膜液膜固膜有机膜无机膜 —多孔膜按膜的来源形态和结构分：
浙江大学本科生课程化工原理 第十三章 其他分离过程 6/24
§ 13.2 膜分离微滤 MF,渗析,
超滤 UF,电渗析,
纳滤 NF,膜电解,
反渗透 RO,膜蒸馏气体分离,
渗透蒸发；
膜 分离技术种类：
压力驱动膜过程浙江大学本科生课程化工原理 第十三章 其他分离过程 7/24md p?微粒或分子的大小
1 00 01 001011.001.00 01.00 00 1.0
01.0
1.0
0.1
0.10
0.20
MPa
p?
差压反 渗 透纳 滤超 滤微 滤普 通 过 滤含水盐溶液 炭黑 颜 料 人 发合成色素白蛋白 海沙烟 草 灰 酵 母 菌金属离子 病 毒细 菌活性灰内毒素 /热精靛 蓝红血球 花粉粒糖 明 胶胶 乳 / 乳 浊 液原子半径 石 棉 谷物 -面粉离 子 分 子 大分子 小微粒 大颗粒浙江大学本科生课程化工原理 第十三章 其他分离过程 8/24
微孔膜过滤（ MF）是世界上开发应用最早的膜过滤技术。
二、微 滤 MF
膜品种扩大到
聚酰胺聚偏二氟乙烯（ PVDF）
聚丙烯腈（ PAN）
聚碳酸酯或磷脂酰胆碱（ PC）
聚醚砜（ PES）
聚苯乙烯（ PS）
聚丙烯（ PP）
聚乙烯（ PE）
聚四氟乙烯（ PTFE）
……
浙江大学本科生课程化工原理 第十三章 其他分离过程 9/24
应用实验室的微生物检测制药 医疗 饮料生物工程超纯水饮用水石化环保废水处理分析检测二、微 滤 MF
应用,主要从气相和液相物质中截留微米及亚米级的细小悬浮物、微生物、微粒、细菌、酵母、红血球、污染物等以达到净化，分离和浓缩的目的。
浙江大学本科生课程化工原理 第十三章 其他分离过程 10/24
微滤原理微滤操作压差为 0.01~0.2MPa，被分离粒子直径的范围为 0.08~10?m。
二、微 滤 MF
在静压差的作用下，小于膜孔的粒子通过滤膜，比膜孔大的粒子则被阻拦在滤膜面上，使大小不同的组分得以分离，其作用相当于“过滤”。
一般认为 MF的分离机理为 筛分机理,膜的物理结构起决定性作用。
此外，吸附和电性能等因素对截留也有影响。
由于每平方厘米滤膜中约包含 1千万至 1亿个小孔，孔隙率占总体积的
70%~80%，故阻力很小，过滤速度较快。
浙江大学本科生课程化工原理 第十三章 其他分离过程 11/24
三、超 滤 UF
超滤 (UF)是一种应用最广泛的膜分离技术,属分子级、几乎能截留溶液中细菌、热源、病毒以及胶体蛋白质、大分子有机物。对深度降浊、澄清、除菌和有机大分子物质的分离,
浓缩、分级、提纯等具有非常卓越的效果。 在水处理领域,可用来去除水中的胶体、微粒、细菌,病毒,热源及大分子有机物,使水得到净化 。
浙江大学本科生课程化工原理 第十三章 其他分离过程 12/24
超滤原理在静压差为推动力的作用下，原料液中溶剂和小溶质粒子从高压的料液侧透过膜到低压侧，称为滤出液或透过液，而大粒子组分被膜所阻拦，使它们在滤剩液中浓度增大。
一般认为 UF的分离机理也是 筛孔分离过程,即超滤过程中溶质的截留有在膜表面的机械截留（筛分）、在膜孔中停留而被除去（阻塞）、在膜表面及膜孔内的吸附（一次吸附）等三种方式。但膜表面的化学性质也是影响超滤膜分离的重要因素。
三、超 滤 UF
浙江大学本科生课程化工原理 第十三章 其他分离过程 13/24
纳滤技术是反渗透膜过程为适应工业软化水的需求及降低成本的经济性不断发展的新膜品种。
四,纳 滤 NF
纳滤过程的应用：
主要用于饮用水和工业用水的纯化，废水净化处理，
工艺流体中有价值成分的浓缩等方面。
其操作压力差为 0.5~2.0MPa（或 0.345~1.035MPa），
截留分子量界限为 200~1000（或 200~500），分子大小约为 1nm的溶解组分的分离。
浙江大学本科生课程化工原理 第十三章 其他分离过程 14/24
分离机理：
NF 膜为无孔膜，通常认为其传质机理为 溶解 —扩散 方式。但 NF膜大多为荷电膜，其对无机盐的分离行为不仅由化学势梯度控制，同时也受电势梯度的影响，
即 NF膜的行为与其荷电性能，以及溶质荷电状态和相互作用有关。
四,纳 滤 NF
浙江大学本科生课程化工原理 第十三章 其他分离过程 15/24
反渗透是 60年代发展起来的一项高新膜分离技术，它的孔径很小，大都 ≤ 10× 10 –10（ 10A），它能去除滤液中的离子范围和分子量很小的有机物，如细菌、病毒、热源等。 它已广泛应用于各种液体的提纯与浓缩，其中最普通的应用实例是在水处理工艺中，用反渗透技术将原水中的无机离子、
细菌、病毒、有机物质及胶体等杂质去除，以获得高质量的纯净水。
五,反 渗 透 RO
目前，用于反渗透过程的半透膜主要的二种形式：一种是醋酸纤维，一种是复合膜。
浙江大学本科生课程化工原理 第十三章 其他分离过程 16/24
依靠外界压力使溶剂从高浓度侧向低浓度侧渗透的过程称为～。
反渗透是渗透的一种反向的迁移运动。 反渗透膜的膜孔径非常小，仅为 10A0左右，
因此能够有效地去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、
有机物等，去除率高达 97-
98%。
反渗透基本原理：
半透膜纯水盐溶液渗透压外压五,反 渗 透 RO
浙江大学本科生课程化工原理 第十三章 其他分离过程 17/24
分离机理：
反渗透膜的选择透过性与组分在膜中的溶解、吸附和扩散有关，因此除与膜孔的大小结构有关外，还与膜的化学、物理性质有密切关系，即与组分和膜之间的相互作用密切相关。由此可见，反渗透分离过程中化学因素（膜及其表面特性）起主导作用。
五,反 渗 透 RO
浙江大学本科生课程化工原理 第十三章 其他分离过程 18/24
反渗透膜元件：
五,反 渗 透 RO
浙江大学本科生课程化工原理 第十三章 其他分离过程 19/24
早在一百多年前，人们就发现了渗透蒸发现象，但直到上世纪 50~60年代，以 Kammermyer,Binning，
Michaels和 Long,Neel为代表的学者才开始了对渗透蒸发的系统研究。而该技术得到广泛重视是在能源危机后的 70年代至 80年代初。由于新的聚合物的合成，膜制备技术的发展，以及工业中降低能耗的实际要求，第一代渗透蒸发膜才走向工业应用。
六、渗透汽化浙江大学本科生课程化工原理 第十三章 其他分离过程 20/24
渗透蒸发（气化）原理,
渗透气化是指液体混合物在膜两侧压差的作用下，
利用膜对被分离混合物中某组分有优先选择性透过膜的特点使该组分渗透通过膜并在膜的下游侧气化去除，从而达到混合物的分离提纯的一种膜分离技术。
六、渗透汽化吸附扩散渗透气化膜浙江大学本科生课程化工原理 第十三章 其他分离过程 21/24
应用：
大量的研究表明，在某些特殊场合下，它具有极大的应用价值，如在沸点相近或恒沸物的分离（苯 -
环己烷、苯乙烯 -乙苯、二甲苯异构体等的分离；异丙醇的脱水浓缩；无水乙醇的生产）、有机物中微量水分的脱除等方面都占有优势。另外，渗透气化的操作简单，不需加入其他分离剂等物质，不存在产品和环境的污染问题。
六、渗透汽化浙江大学本科生课程化工原理 第十三章 其他分离过程 22/24
应用举例,由合成氨弛放气中回收氢气；
制取富氧空气；
由天然气中回收浓缩氦气；
以金属钯膜制取超纯氢；
水果保鲜系统；
医用富氧器根据混合原料气中各组分在压力的作用下，通过半透膜的相对传递速率不同而得以分离的原理。
七、气体分离浙江大学本科生课程化工原理 第十三章 其他分离过程 23/24
电渗析技术是
20世纪 50年代发展起来的一项水处理技术。
应用海水及苦咸水淡化放射性废水的处理海水浓缩制盐 牛奶及乳清脱盐医药制造疫苗精制血清稀溶液中的羧酸回收丙烯腈的电解还原八、电渗析浙江大学本科生课程化工原理 第十三章 其他分离过程 24/24
电渗析过程原理电渗析是利用离子交换膜在电位差推动力的作用下,从水溶液中脱除离子的一种分离技术 。
阳膜 ----只允许阳离子通过阴膜 ----只允许阴离子通过八、电渗析
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§ 13.2 膜分离一、概述 五、反渗透二、微滤 六、渗透汽化三、超滤 七、气体分离四,纳滤 八、电渗析浙江大学本科生课程化工原理 第十三章 其他分离过程 2/24
§ 13.2 膜分离一、概述膜分离技术是指在分子水平上,不同粒径的混合物在通过 半渗透膜 时,实现选择性分离的技术 。
半透膜又称 分离膜,分离膜的特点是膜壁遍布微小孔洞,根据孔径的大小可分为 微滤膜,超滤膜,纳滤膜,反渗透膜 等 。
膜,两相之间的一个不连续区间，简单地说，膜是分隔开两种流体的一个薄的阻挡层。
浙江大学本科生课程化工原理 第十三章 其他分离过程 3/24
§ 13.2 膜分离膜分离技术由于具有常温下操作,无相态变化,高效节能,在生产过程中不产生污染等特点,因此在 饮用水净化,工业用水处理,食品,饮料用水净化,除菌,生物活性物质回收,精制 等方面得到广泛应用,并迅速推广到纺织,化工,电力,食品,冶金,石油,机械,生物,制药,
发酵等各个领域 。 分离膜因其独特的结构和性能,在环境保护和水资源再生方面异军突起,在环境工程,特别是废水处理方面有着广泛的应用前景 。
膜 分离技术 是近 30年发展很快的一门新型的分离、浓缩、
提纯及净化技术。
浙江大学本科生课程化工原理 第十三章 其他分离过程 4/24
常规分离方法不能经济、
合理地进行分离。
§ 13.2 膜分离膜 分离技术适用场合：
（ 1） 化学性质及物理性质相似的化合物的混合物 。
（ 2） 结构的或取代基位置相似的异构物混合物 。
（ 3） 含有热敏性组分的混合物 。
浙江大学本科生课程化工原理 第十三章 其他分离过程 5/24
乳状液膜带支撑层的液膜
无孔膜—不对称膜
荷电膜不荷电膜
复合膜转相膜
复合膜转相膜多孔膜
不对称膜对称膜
不对称膜对称膜
§ 13.2 膜分离生物膜 （ 原生质,细胞膜 ）
膜合成膜液膜固膜有机膜无机膜 —多孔膜按膜的来源形态和结构分：
浙江大学本科生课程化工原理 第十三章 其他分离过程 6/24
§ 13.2 膜分离微滤 MF,渗析,
超滤 UF,电渗析,
纳滤 NF,膜电解,
反渗透 RO,膜蒸馏气体分离,
渗透蒸发；
膜 分离技术种类：
压力驱动膜过程浙江大学本科生课程化工原理 第十三章 其他分离过程 7/24md p?微粒或分子的大小
1 00 01 001011.001.00 01.00 00 1.0
01.0
1.0
0.1
0.10
0.20
MPa
p?
差压反 渗 透纳 滤超 滤微 滤普 通 过 滤含水盐溶液 炭黑 颜 料 人 发合成色素白蛋白 海沙烟 草 灰 酵 母 菌金属离子 病 毒细 菌活性灰内毒素 /热精靛 蓝红血球 花粉粒糖 明 胶胶 乳 / 乳 浊 液原子半径 石 棉 谷物 -面粉离 子 分 子 大分子 小微粒 大颗粒浙江大学本科生课程化工原理 第十三章 其他分离过程 8/24
微孔膜过滤（ MF）是世界上开发应用最早的膜过滤技术。
二、微 滤 MF
膜品种扩大到
聚酰胺聚偏二氟乙烯（ PVDF）
聚丙烯腈（ PAN）
聚碳酸酯或磷脂酰胆碱（ PC）
聚醚砜（ PES）
聚苯乙烯（ PS）
聚丙烯（ PP）
聚乙烯（ PE）
聚四氟乙烯（ PTFE）
……
浙江大学本科生课程化工原理 第十三章 其他分离过程 9/24
应用实验室的微生物检测制药 医疗 饮料生物工程超纯水饮用水石化环保废水处理分析检测二、微 滤 MF
应用,主要从气相和液相物质中截留微米及亚米级的细小悬浮物、微生物、微粒、细菌、酵母、红血球、污染物等以达到净化，分离和浓缩的目的。
浙江大学本科生课程化工原理 第十三章 其他分离过程 10/24
微滤原理微滤操作压差为 0.01~0.2MPa，被分离粒子直径的范围为 0.08~10?m。
二、微 滤 MF
在静压差的作用下，小于膜孔的粒子通过滤膜，比膜孔大的粒子则被阻拦在滤膜面上，使大小不同的组分得以分离，其作用相当于“过滤”。
一般认为 MF的分离机理为 筛分机理,膜的物理结构起决定性作用。
此外，吸附和电性能等因素对截留也有影响。
由于每平方厘米滤膜中约包含 1千万至 1亿个小孔，孔隙率占总体积的
70%~80%，故阻力很小，过滤速度较快。
浙江大学本科生课程化工原理 第十三章 其他分离过程 11/24
三、超 滤 UF
超滤 (UF)是一种应用最广泛的膜分离技术,属分子级、几乎能截留溶液中细菌、热源、病毒以及胶体蛋白质、大分子有机物。对深度降浊、澄清、除菌和有机大分子物质的分离,
浓缩、分级、提纯等具有非常卓越的效果。 在水处理领域,可用来去除水中的胶体、微粒、细菌,病毒,热源及大分子有机物,使水得到净化 。
浙江大学本科生课程化工原理 第十三章 其他分离过程 12/24
超滤原理在静压差为推动力的作用下，原料液中溶剂和小溶质粒子从高压的料液侧透过膜到低压侧，称为滤出液或透过液，而大粒子组分被膜所阻拦，使它们在滤剩液中浓度增大。
一般认为 UF的分离机理也是 筛孔分离过程,即超滤过程中溶质的截留有在膜表面的机械截留（筛分）、在膜孔中停留而被除去（阻塞）、在膜表面及膜孔内的吸附（一次吸附）等三种方式。但膜表面的化学性质也是影响超滤膜分离的重要因素。
三、超 滤 UF
浙江大学本科生课程化工原理 第十三章 其他分离过程 13/24
纳滤技术是反渗透膜过程为适应工业软化水的需求及降低成本的经济性不断发展的新膜品种。
四,纳 滤 NF
纳滤过程的应用：
主要用于饮用水和工业用水的纯化，废水净化处理，
工艺流体中有价值成分的浓缩等方面。
其操作压力差为 0.5~2.0MPa（或 0.345~1.035MPa），
截留分子量界限为 200~1000（或 200~500），分子大小约为 1nm的溶解组分的分离。
浙江大学本科生课程化工原理 第十三章 其他分离过程 14/24
分离机理：
NF 膜为无孔膜，通常认为其传质机理为 溶解 —扩散 方式。但 NF膜大多为荷电膜，其对无机盐的分离行为不仅由化学势梯度控制，同时也受电势梯度的影响，
即 NF膜的行为与其荷电性能，以及溶质荷电状态和相互作用有关。
四,纳 滤 NF
浙江大学本科生课程化工原理 第十三章 其他分离过程 15/24
反渗透是 60年代发展起来的一项高新膜分离技术，它的孔径很小，大都 ≤ 10× 10 –10（ 10A），它能去除滤液中的离子范围和分子量很小的有机物，如细菌、病毒、热源等。 它已广泛应用于各种液体的提纯与浓缩，其中最普通的应用实例是在水处理工艺中，用反渗透技术将原水中的无机离子、
细菌、病毒、有机物质及胶体等杂质去除，以获得高质量的纯净水。
五,反 渗 透 RO
目前，用于反渗透过程的半透膜主要的二种形式：一种是醋酸纤维，一种是复合膜。
浙江大学本科生课程化工原理 第十三章 其他分离过程 16/24
依靠外界压力使溶剂从高浓度侧向低浓度侧渗透的过程称为～。
反渗透是渗透的一种反向的迁移运动。 反渗透膜的膜孔径非常小，仅为 10A0左右，
因此能够有效地去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、
有机物等，去除率高达 97-
98%。
反渗透基本原理：
半透膜纯水盐溶液渗透压外压五,反 渗 透 RO
浙江大学本科生课程化工原理 第十三章 其他分离过程 17/24
分离机理：
反渗透膜的选择透过性与组分在膜中的溶解、吸附和扩散有关，因此除与膜孔的大小结构有关外，还与膜的化学、物理性质有密切关系，即与组分和膜之间的相互作用密切相关。由此可见，反渗透分离过程中化学因素（膜及其表面特性）起主导作用。
五,反 渗 透 RO
浙江大学本科生课程化工原理 第十三章 其他分离过程 18/24
反渗透膜元件：
五,反 渗 透 RO
浙江大学本科生课程化工原理 第十三章 其他分离过程 19/24
早在一百多年前，人们就发现了渗透蒸发现象，但直到上世纪 50~60年代，以 Kammermyer,Binning，
Michaels和 Long,Neel为代表的学者才开始了对渗透蒸发的系统研究。而该技术得到广泛重视是在能源危机后的 70年代至 80年代初。由于新的聚合物的合成，膜制备技术的发展，以及工业中降低能耗的实际要求，第一代渗透蒸发膜才走向工业应用。
六、渗透汽化浙江大学本科生课程化工原理 第十三章 其他分离过程 20/24
渗透蒸发（气化）原理,
渗透气化是指液体混合物在膜两侧压差的作用下，
利用膜对被分离混合物中某组分有优先选择性透过膜的特点使该组分渗透通过膜并在膜的下游侧气化去除，从而达到混合物的分离提纯的一种膜分离技术。
六、渗透汽化吸附扩散渗透气化膜浙江大学本科生课程化工原理 第十三章 其他分离过程 21/24
应用：
大量的研究表明，在某些特殊场合下，它具有极大的应用价值，如在沸点相近或恒沸物的分离（苯 -
环己烷、苯乙烯 -乙苯、二甲苯异构体等的分离；异丙醇的脱水浓缩；无水乙醇的生产）、有机物中微量水分的脱除等方面都占有优势。另外，渗透气化的操作简单，不需加入其他分离剂等物质，不存在产品和环境的污染问题。
六、渗透汽化浙江大学本科生课程化工原理 第十三章 其他分离过程 22/24
应用举例,由合成氨弛放气中回收氢气；
制取富氧空气；
由天然气中回收浓缩氦气；
以金属钯膜制取超纯氢；
水果保鲜系统；
医用富氧器根据混合原料气中各组分在压力的作用下，通过半透膜的相对传递速率不同而得以分离的原理。
七、气体分离浙江大学本科生课程化工原理 第十三章 其他分离过程 23/24
电渗析技术是
20世纪 50年代发展起来的一项水处理技术。
应用海水及苦咸水淡化放射性废水的处理海水浓缩制盐 牛奶及乳清脱盐医药制造疫苗精制血清稀溶液中的羧酸回收丙烯腈的电解还原八、电渗析浙江大学本科生课程化工原理 第十三章 其他分离过程 24/24
电渗析过程原理电渗析是利用离子交换膜在电位差推动力的作用下,从水溶液中脱除离子的一种分离技术 。
阳膜 ----只允许阳离子通过阴膜 ----只允许阴离子通过八、电渗析
