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范文一:膜分离技术论文 投稿:陆猔猕

大学

《膜分离技术》课程论文

二〇一四年十一月二日

膜分离强化过程的研究

The research of strengthening the process of membrane separation

李妍枫 10203030116

摘要:膜过程在人类的生活和生产实践中广泛应用。近些年来,膜过程不断地

得到开发和研究,如渗透汽化、膜蒸馏、支撑液膜、膜萃取、膜生物反应器、控

制释放膜、仿生膜及生物膜等过程。膜分离作为一种新型的化工分离技术,有多

方面的优点。由于浓差极化和膜污染等问题的存在,造成的渗透量衰减,阻碍了

膜技术在工业领域内的大规模应用。所以,必须采取各种有效的强化措施,减轻

或避免浓差极化和膜污染,从而提高渗透通量。

关键词:膜分离、浓差极化、膜污染、强化

Abstract: Membrane process is widely used in the human life and production

practice. In recent years, membrane process constantly get development and

research, such as the pervaporation, membrane distillation, supported liquid

membrane, membrane extraction, MBR, controlled release membrane, bionic

membrane and biological membrane and so on. As a new type of chemical

separation technology, membrane separation has a variety of advantages.

Because of the presence of concentration polarization and membrane fouling, the

causing the decay of the infiltration capacity hinder the large-scale application of

membrane technology in the industrial field. So, we must take various effective

reinforcement measures which can reduce or avoid the concentration

polarization and membrane fouling, to increase permeate flux.

Key word: membrane separation , concentration polarization , membrane

fouling , reinforcement

膜分离是在20世纪初出现,20世纪60年代后迅速崛起的一门分离新技术。

膜分离技术由于兼有分离、浓缩、纯化和精制的功能,又有高效、节能、环保、

分子级过滤及过滤过程简单、易于控制等特征,因此,目前已广泛应用于食品、

医药、生物、环保、化工、冶金、能源、石油、水处理、电子、仿生等领域,产

生了巨大的经济效益和社会效益,已成为当今分离科学中最重要的手段之一。它

有很多优点,如可以再常温下进行,过程一般较简单,经济性较好,无相变及化

学变化,节能、高效、无二次污染等。因此在现代经济发展和人民的日常生活中

也扮演着重要的角色。

1. 膜分离概念

膜分离技术是利用天然或人工制备的具有选择透过性的膜,以外界能量或化

学单位差为推动力对双组分的溶质和溶剂进行分离,分级,提纯和浓缩的方法。

2. 膜分离原理

在膜分离过程中,由于膜具有选择透过性,当膜两侧存在某种推动力(如压

力差、浓度差、电位差等),原料侧组分选择性的透过膜以达到分离提纯的目的。

其传递过程极为复杂,通过多孔型的膜有孔模型、微孔扩散模型、优先吸附-毛

细管流动模型;通过非多孔膜的主要是溶解-扩散模型等。因而不同的莫过程使

用的膜不用,推动力不同,其传递机理也不同。

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。

4. 膜技术的应用

1)细胞培养基的除菌;2)发酵液或培养液中细胞的收集和除去;3)细胞

破碎后碎片的除去;4)目标产物部分纯化后的浓缩或滤除小分子溶质;5)最终

产品的浓缩和洗滤除盐;6)蛋白质的回收、浓缩和纯化;7)制备用于调制生物

产品和清晰产品容器的无热源水。

5.常见膜分离方法及材料

透析:透析法是利用小分子物质在溶液中可通过半透膜,而大分子物质不能

通过半透膜的性质,达到分离的方法。主要用醋酸纤维、聚丙烯腈、聚酰胺。 微滤膜:膜微滤是膜分离技术的重要组成部分,占整个膜过程工业应用近40%。

在食品、化工、轻工、医药和环境治理中,存在大量高难度、需高效分离的问题,

膜微滤是解决这些难题的有效方法之一。膜微滤是一种精密过滤技术,它的孔径

为0.05 ~10μm,介于常规过滤和超滤之间。

超滤膜:超滤膜,是一种孔径规格一致,额定孔径范围为0.001-0.02微米

的微孔过滤膜。在膜的一侧施以适当压力,就能筛出小于孔径的溶质分子,以分

离分子量大于500道尔顿(原子质量单位)、粒径大于2~20纳米的颗粒。主要用

聚砜、硝酸纤维、醋酸纤维;

反渗透膜:反渗透膜是实现反渗透的核心元件,是一种模拟生物半透膜制

成的具有一定特性的人工半透膜。一般用高分子材料制成。表面微孔的直径一般

在0.5~10nm之间,透过性的大小与膜本身的化学结构有关。主要用醋酸纤维素

衍生物、聚酰胺;

纳滤膜:是允许溶剂分子或某些低分子量溶质或低价离子透过的一种功

能性的半透膜。它是一种特殊而又很有前途的分离膜品种,它因能截留物质的大

小约为纳米而得名,它截留有机物的分子量大约为150-500左右,截留溶解性

盐的能力为2-98%之间,对单价阴离子盐溶液的脱盐低于高价阴离子盐溶液。

被用于去除地表水的有机物和色度,脱除地下水的硬度,部分去除溶解性盐,浓

缩果汁以及分离药品中的有用物质等。主要用聚电解质+聚酰胺、聚醚砜;

电渗析:电渗析利用半透膜的选择透过性来分离不同的溶质粒子(如离

子)的方法。在电场作用下进行渗析时,溶液中的带电的溶质粒子(如离子)通

过膜而迁移的现象称为电渗析。主要用离子交换树脂;

渗透蒸发:是在膜的渗透边侧形成真空,以膜的前后两侧的化学位差为推动力伴随着相变,由膜选择吸附及在膜中渗透速率不同而进行分离。本质原因是料液中各组分在膜中的溶解度和扩散速度存在差异。奋力推动力是组分在膜两侧的蒸汽压差。分压差越大,推动力越大。尽可能提高膜两侧的蒸汽压差。主要用弹性态或玻璃态聚合物、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺。

但是,膜分离过程中由于浓差极化和膜污染等问题的存在,导致渗透通量衰减,即随渗透通量时间的延长而下降,严重阻碍了膜分离技术的更大规模的工业应用。另外,一旦发生浓差极化和膜污染现象,还将会对膜过程产生其他的危害,如形成沉积层或凝胶层,增加传质阻力;引起渗透压增大,从而减小传质推动力;降低膜分离的性能;增加操作过程中的能耗等。

1.膜分离过程强化的原因

浓差极化(可逆);膜污染(不可逆)

膜污染使膜产生透过流量与分离特性的不可逆变化过程。

1.1浓差极化的危害

降低水通量;降低脱盐率;导致膜表面沉积而引起膜污染,缩短膜使用寿命;增加流通阻力。

1.2浓差极化的防治

加强进料的预处理;选择合适膜组件;合理的过程设计;合适的操作参数的选择。

1.3膜污染的原因

1.3.1膜污染原因

1)膜孔堵塞:机械堵塞;架桥;吸附。2)浓差极化及凝胶层;3)溶质吸附;4)微生物污染。

1.3.2影响膜污染的因素

1)颗粒或溶质尺寸;2)膜结构:对称结构的膜耐污染不如相同孔径的不对称膜,两面双皮层的膜耐污染不如相同孔径的单皮层的膜,膜孔径分布窄膜耐污染性好,表面光滑的膜耐污染性好;3)膜、溶质和溶剂直接的相互作用:静电作用力,范德华力,溶剂化作用,空间立体作用;4)膜的性质。

1.3.3膜污染程度判定

1)分离过程;2)所用膜的类型;3)溶液的物理和化学参数。

1.3.4污染物

有机沉淀;无机沉淀;颗粒。

1.3.5膜劣化:指膜自身发生了不可逆转的变化等内部因素导致了膜性能的变化。包括:1)化学劣化:水解反应;氧化反应。2)物理劣化:致密化;干燥。

3)微生物劣化:降解。

1.4膜污染的控制

1)膜材料的选择、注意材料的亲水性和荷电性等;2)选择合适结构的膜,包括膜的对称性,皮层结构,孔径大小及其分布,膜表面粗糙度等;3)选择合适的膜组件,合适的操作参数,如压力、流速、回收率等;4)选择合适的进料的浓度,pH,温度,离子强度等。

2.膜分离强化过程技术

2.1一般措施:

(1)增高流速—加大流体流过膜表面的线速度;(2)搅拌法;(3)膜器和系统的条件。

2.2原料液预处理:预处理是指在原料液过滤前向其中加入一种或几种物质,使原料液的性质或溶质的特性发生变化,如进行絮凝或混凝、预过滤、或改变溶液的pH值等方法,以脱除一些与膜相互作用的物质,从而提高过滤通量。恰当的预处理有助于降低膜污染,提高渗透通量和膜的截留性能。

2.3膜的清洗

2.3.1膜清洗的必要性:消除污染物,使水通量恢复,使膜寿命延长,能耗降低等。

2.3.2膜清洗的注意事项:1)膜的物化特性,如耐温,耐酸、碱,耐氧化性等;2)污染物特性,如种类,可溶解性,可氧化性,可酶解性等。

2.3.3膜清洗的方法

物理法:是利用高流速的水或空气和水的混合体冲洗膜表面具有不引入新污染物、清洗步骤简单等特点,但是该法仅对污染初期的膜有效,清洗效果不能持久。主要有告诉流水冲洗,气水反冲洗,海绵球机械清洗,抽吸清洗,电脉冲清洗等。

化学法:是在水流中加入某种合适的化学药剂,连续循环清洗,能清洁复合污垢,迅速恢复膜通量,但是连续冲洗会造成膜劣化。主要有酸、碱、表面活性剂、络合剂、杀菌剂、酶、氧化剂和其他添加剂等。

生物法:是借助微生物、酶等生物活性剂的生物活动去除膜表面及膜内部污染物。化学清洗和生物清洗都存在向系统引入新污染物的可能性,且运行与清洗之间转换步骤较多,膜材料受pH和含氧化剂清洗剂浓度的限制。

2.3.4膜清洗的清洗效果:通量恢复,流程压差降减少等。

2.4膜表面改性与改变膜结构

膜表面改性可分为物理和化学改性。可采用光诱导接枝方法,靠镶接单体纤维,单体甲基丙烯酸盐,二甲基酸盐或丙烯酸,在膜表面分别得到中性、阳性或阴性的电荷,使憎水聚丙烯膜呈现亲水性。也可利用低温等离子体进行聚砜膜表面改性,改性后膜表面净电荷减少,抗污染特性提高。然而当膜表面一旦形成沉积层后,膜表面改性将不会起作用。

人们研制了孔径沿径向从管外壁到管内壁逐渐减小,梯度变化的氧化铝膜管。用它对生活污水及空气进行过滤净化处理。由于走管内的污水,首先要透过最小孔径的控制层(内管壁为控制层),污水中所含的细菌、微生物、藻类等为例子都被控制层截留,沉积在控制层表面,形成滤饼,不进入膜的空隙内,能有效防止和延缓膜孔堵塞,大大减少膜污染程度,容易清洗。采用机械清洗方法,就能使膜管的过滤通量得到近100%恢复,并不影响膜管的过滤精度,可大大延长膜管的使用寿命。

2.5附加场强化

附加场的方法包括电场、超声场、脉动亚声场等方法。直流电场作用下的横流过滤是一个多效应的过程。它既有颗粒在电场下的电泳迁移,又有溶剂在电场作用下的电渗效应,还有横流的剪切效应,这些效应减少了颗粒在膜表面上的沉积和浓差极化作用。但在电膜滤中,膜滤速率大幅度增加是以消耗电能为代价的,而且对膜装置及所过滤料浆中的悬浮粒子有要求,即要求其应具有相同的电性和大小一致的zeta电位,使用的物料种类比较少,物料导电率要低,否则就需要加入高压电场,导致大量的电能消耗。

2.6利用流体不稳定流动强化:不稳定二次流、脉动流以及离心失稳等,都可以强化传质过程。利用流体不稳定流动强化主要有以下几种方式。

2.6.1设置湍流促进器

一般是指可强化过滤的多种障碍物。简单的方法是微滤时将膜内表面做成螺旋状几何结构以增加悬浮液的湍动和限制浓差极化层的形成。增加横流速度或减少沟槽高度将增加膜面剪切作用,导致渗透通量的改善。膜面有反向螺旋沟槽增强了流液的湍动。有螺旋沟槽表面陶瓷膜比平滑膜有几个优势:在同意流入速度下,通量和极限通量更高,单位渗透量能量消耗更低。

湍流促进器结构形式有圆柱式、变截面式、螺旋式、缠绕式等。附加湍流促进器都不同程度地提高了渗透通量,其中缠绕式和螺旋式2种比较合理,强化效果比较好,能耗也比较低。

2.6.2流体脉动流强化

脉动流可以显著提高膜表面剪切速度,促使膜表面被截留物质向主体流动,从而强化过滤过程。只适用于层流状态,而且必须有脉动供料装置。

2.6.3旋转动态膜强化

旋转动态膜分离器主要有2种结构。其一,旋转件为盘式膜面或紧临膜面处加旋转件的圆盘式结构。旋叶动态膜分离,由于膜表面流体的高剪切作用,能有效削弱浓差极化和凝胶层的形成,提高过滤速率,减少了膜的更换次数;同时产物及时滤出可消除产物抑制效应,有利于酶解反应的进行。另一种结构是圆筒式,内筒为膜管或内外筒均为膜管,外筒静止,内筒旋转。当内筒转速较高时,两旋转圆筒环隙间的粘性流体受离心力影响而呈现的不稳定流态,将在两筒环隙间形成Taybr涡,它的存在,使得二次流最大限度地冲击内筒膜表面,使滤饼难以沉积在膜面,有效地减轻了膜污染,使悬浮液在膜管中的停留时间延长,有效地促进了过滤的进行。

但旋转动态膜强化也有其不足:过滤能力的提高是以能耗为代价的,较高的加工精度和动密封结构使设备结构复杂、陈本提高。

上述各种强化方法虽然有效,但往往结构复杂、流动阻力较大,压力损失多,能耗较高,难以工业放大等,其实际应用受到一定限制。如将它们有机组合,可在一定程度上克服其缺陷,使强化效果更明显。

膜分离技术是当前人类解决所面临的能源、资源、环境等问题的一项崭新的高科技工程技术。但是在实际应用中,浓差极化和膜污染问题一直制约着膜技术的发展和应用。由于各种流体成分的复杂性及膜材料性能各异性,至今对膜强化尚未提出一种普适性的措施,透彻的研究膜强化机理,消除膜污染,降低浓差极化对膜过滤的不良影响,同时,研制耐磨、耐腐蚀、耐温、不污染、易清洗和低成本的新型膜器将是近期乃至实际中期膜技术发展的优先课题。

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范文二:膜分离技术论文 投稿:傅嚈嚉

膜分离技术论文

摘要 简要介绍膜分离技术特点及其在生物化工产品分离应用现状基础上,指出了膜分离技术在应用中仍存在的一些问题,并进一步对其解决对策进行了论述,最后对膜分离技术在生物分离方面的发展方向和用前景进行了展望。

关键词 生物化工 膜分离技术 应用

生物技术与化学工程相结合而形成的生物化技术是新兴高技术领域中的重要分支是21 世纪高新技术的核心,已经得到了各国的重视,我国也把生物技术作为新兴的战略产业之一。根据生物产品的分离经验,下游分离技术是产品制备过程的重要组成部分,对产品的纯度回收率、性状等具有至关重要的影响,并且在成本中占据很大比例,是生物技术实现产业化的关键。生物化工产品的下游分离与常规化工产品的分离相比具有一定的特殊性,大多要求纯度高并且具有生物活性,因而生物分离过程一般要求在低温、洁净、不改变产品生物活性的条件下进行。常规的生物分离技术包括离心、沉淀、萃取、过滤、离子交换、蒸馏、结晶、吸附和干燥等,这些工艺往往过程繁杂、分离周期长、原料消耗量大、能耗高、回收率低、易引起二次污染,最重要的是产品在分离纯化过程中易失活。膜分离技术由于设备简单、易操作、节能、高效、无相变、可低温操作等特点,可替代传统的分离技术;并且膜分离过程可以与生物反应过程耦合,既能将产物实时地从反应体系中分离出来,降低产物抑制、提高反应速率、缩短反应周期,又可以回收利用生化反应过程中的酶等原材料,降低成本,因此膜分离技术在生物化工领域具有广阔的应用前景。但是,膜分离技术在生物化工领域的工业应用还很有限,仍存在一些问题,这给膜离技术的应用带来诸多不利因素。在简要介绍膜分离技术及其在生物化工产品的分离纯化方面的应用基础上,指出了膜分离技术在生物化工产品分离方面仍然存在的一些问题,并进一步对其解决对策进行了论述。

1 膜分离技术

1. 1 膜分离原理 膜分离是指用半透膜作为分离介质, 借助于膜的选择渗透 性作用, 在能量, 浓度或化学位差的作用下对混合物中的不同组 分进行分离提纯. 由于半透膜中滤膜孔径大小不同, 可以允许某 些组分透过膜层, 而其它组分被保留在混合物中, 以达到一定的 分离效果. 膜可以是固相, 液相或气相, 膜的结构可以是均质或 非均质的, 膜可以是中性的或带电的, 但必须都具有选择性通过 物质的特性. 具体的工作原理可分为两类: 一是根据混合物物质的质量, 体积, 大小和几何形态的不同, 用过筛的方法将其分离; 二是根 据混合物的不同化学性质分离开物质。

1. 2 膜分离技术的类型 目前己经深入研究和开发的膜分离技术有微滤, 超滤, 纳 滤, 反渗透, 渗析, 电渗析, 渗透汽化和气体分离等. 正在开发研 究中新的膜过程有: 膜蒸馏, 支撑液膜, 膜萃取, 膜生物反应器, 控制释放膜, 仿生膜, 生物膜, 无机膜, 膜电极, 膜分相, 膜控制释 放, 双极膜以及LB 膜等过程。

1. 3 膜分离技术的特点 膜分离技术作为一门新型的高效分离, 浓缩, 提纯及净化技 术, 由于其多学科性特点, 膜技术可应用于大量的分离过程. 各 种膜过程具有不同的机理, 适用于不同的对象和要求. 但有其共 同的优点: 膜分离过程装置比较简单, 同时操作方便, 结构紧凑, 维修费用低且方便, 易于自动控制; 膜分离过程一般不涉及相 变, 无二次污染且能耗较低; 膜分离过程可以在室温或低温下操 作, 适宜热敏感物质 ( 酶, 药物) 的浓缩分离; 膜分离过程具有相 当大的选择性, 适用对象广泛, 可以分离肉眼看得见的颗粒, 也 可以分离离子和气体; 该过程可以在室温下连续操作, 设备易于 放大, 可以专一配膜, 选择合适的膜, 从而得到较高的回收率; 膜 分离处理系统可以在密闭系统中循环进行, 因而可以防止外界 的污染; 在过程中不用添加任何外来的化学物质, 透过液可以循 环使用, 从而降低了成本, 并可以减少环境污染. 当然, 膜分离过 程也有自身的缺点, 如易浓差极化和膜污染, 膜寿命有限等, 而 这些也正是需要我们克服或者需要解决的问题所在.

正由于膜分离技术具有上述优点, 是现代生物化工分离技 术中一种效率较高的分离手段, 完全可以取代传统的过滤, 吸 附, 蒸发, 冷凝等分离技术, 所以膜分离技术在生物化工分离工 程中起着很大的作用.

2 膜分离技术在生物化工中的应用

2. 1 在生物化工产品分离提纯中的应用

传统的生物化工产品如氨基酸, 抗生素, 乳酸及低聚糖等的 提取与精制, 通常采用离心, 沉淀, 吸附, 萃取, 离子交换和色谱 等方法, 因此存在工艺过程复杂, 操作时间长, 原料消耗大, 能量 消耗高, 产品回收率低, 废水污染严重等问题, 且产品在漫长的 提取过程中可能会发生变形失活; 而这些生物化工产品生产过 程中的浓缩工序主要采用多效蒸发法, 因此造成投资大, 能耗 高, 以及由于蒸发相变所造成的产品损失. 膜分离技术具有设备 简单, 常温操作, 无相变及化学变化, 选择性高及能耗低等优点, 特别适用于热敏性生物化工产品的分离纯化. 膜分离技术在生 物化工产品分离提纯中的应用主要用于以下几个方面: 2.1.1氨基酸的分离和精制 膜分离技术用于发酵液中氨基酸的分离和精制, 可以先用 微滤或超滤将发酵液中的菌体截留并回收利用, 透过液经纳滤 或反渗透浓缩后, 再通过等电点结晶获得高纯氨基酸产品, 这样 不仅可提高氨基酸的质量和回收率, 而且可节约菌种培养费和 分离能耗. 2. 1. 2 抗生素的浓缩与纯化 抗生素的相

对分子质量大都在 300 1200, 多采用发酵法生产. 通常是从发酵液中通过澄清和溶剂萃取分离, 再对萃取液减 压蒸馏得到抗生素. 但是溶剂用量大, 能量消耗高, 产品收率低, 还需进行溶剂回收和废水, 母液的排放处理. 膜分离技术可以克 服上述缺点, 获得较大的经济效益. 纳滤可以从两个方面改进抗生素发酵滤液的浓缩与纯化工 艺: 一是用亲水性纳滤膜浓缩未经溶媒抽提的抗生素发酵滤液, 水和无机盐透过膜被除去, 然后用萃取剂抽提出抗生素, 大幅度 提高了生产能力, 并大大减少萃取剂的用量. 二是仍先用溶媒从 发酵液中萃取出抗生素, 然后用耐溶剂疏水性纳滤膜浓缩萃取 液, 透过膜的溶媒可循环给下一步萃取过程. 这样, 可节省溶媒 蒸发设备的投资与蒸发所需的热能, 同时也改善了操作环境, 避 免溶媒蒸汽对工人的危害. 反渗透从发酵液中分离乙醇, 丁醇和 丙酮溶剂及浓缩抗生素, 氨基酸等. 除了纳滤浓缩外, 也可用反 渗透浓缩抗生素. 2. 1. 3 果胶的生产 利用膜的优良选择性可将溶液中的欲提取组分在与其他组 分分离的同时有效地得到浓缩和纯化. 果胶是一种由半乳糖醛 酸组成的高分子物质, 在食品工业上用作胶凝剂, 增稠剂等, 市 场需求量很大. 目前果胶的生产工艺主要以柑橘皮等为原料, 利用稀酸进 行提取, 提取液中含大量对胶凝度无贡献的有机酸, 皮油及 酚, 色素. 其后续处理任务繁重, 成本较高, 且产品颜色偏深. 采用 滤膜装置对提取液进行处理, 初步浓缩除去大部分对胶凝度无 贡献的杂质后, 再经电渗析 ( ED ) 脱去大部分盐酸和无机离子, 所得提取液可直接干燥获得高品质的果胶, 并且能够大幅降低 生产成本. 2. 1. 4 酶制剂的提纯和浓缩 利用超滤技木还可以实现酶制剂的提纯和浓缩, 利用聚醚 砜 ( PES ) 为 膜 材 科 的 超 滤 装 置 提 纯 溶 菌 酶 ( 截 留 分 子 量 为 30000, 操作压力为0. 35M Pa, 温度为15 ℃) 超滤进行15m in 后进 行清洗. 酶得率63% , 纯度98. 5% , 酶活14610 U m g 或16831 U m g, 而后将浓缩液直接进行冷冻干燥即可.以D 52 弱酸性离子 交换树脂的N a+ 型和 H 十型树脂混合用于吸附过程, 然后用硫 酸铵溶液洗脱, 即可得到较纯净的溶菌酶.每 100 克蛋清可得酶 0. 4 克, 酶活 10000 U m g 左右. 2. 1. 5 酱油的加工 传统的酱油澄清技术是采用巴氏消毒法, 板框过滤澄清产 品. 产品有沉淀, 细菌数偏高, 生产强度大, 废弃物多, 易造成环 境污染. 利用超滤膜技术对酱油澄清, 除菌, 脱色处理, 可大幅降 低能耗, 提高产品品质.

2. 2 在除菌方面的应用

传统的食品饮料杀菌方法为巴氏杀菌和高温瞬时杀菌, 操 作繁琐, 残留细菌多, 高温易造成热敏物质失活和产品口味营养 的破坏. 利用微滤技术, 孔径为纳米级的微滤膜足以阻止微生物 通过, 并在分离的同时达到

生 产过程中采用微滤膜常温下处理用水及发酵液, 可有效去除水 中的大肠杆菌和谷类杂菌, 有效去除发酵浓中的污染微生物和 残留的酵母菌. 诸良银等人采用孔径为 0. 5 ∧ 陶瓷膜处理, 除 m 菌率达 100% , 色截留率仅为 3% .

2. 3 在食品工业中的应用

膜分离技术用于食品工业开始于20 世纪60 年代末, 首先是 从乳品加工和啤酒的无菌过滤开始的, 随后逐渐用于果汁, 饮料 加工, 酒精类精制等方面. 至今, 膜分离技术在食品加工中已得 到广泛应用. 主要用于以下几个方面: ①利用膜分离技术对植物 蛋白进行浓缩, 提纯和分离.②利用膜分离技术加工乳制品.③ 利用膜分离技术对卵蛋白惊醒浓缩. ④利用膜分离技术对动物 血浆进行浓缩. ⑤利用膜分离技术对明胶进行提纯. ⑥在含酒精 饮料加工中的应用. ⑦在非酒精饮料加工中的应用. ⑧膜分离技 术在处理淀粉废水中的应用. ⑨膜分离技术在制糖工业中的应 用. 膜分离技术在食用油加工中的应用. 膜分离技术在食品 κ β λ β 添加剂生产中的应用. 膜分离技术用于食品加工有很多优点: 与传统方法相比, 不 会因加热而产生色, 营养成分等质量指标的恶化; 节省能源, 香, 设备占地面积小; 更重要的是由于分离膜性能的提高, 能在很高 精度水平下分离各种成分.

2. 4 在生物技术中的应用

在生物技术方面, 膜技术也有各种应用, 其中应用最广泛的 是微滤和超滤技术. 例如: 从植物或动物组织萃取液中进行酶的

精制; 从发酵液或反应液中进行产物的分离, 浓缩等. 膜技术应 用于蛋白质加水分解或糖液生产, 有助于稳定产品质量, 提高产 品的收率和降低成本. 由于应用分离膜可以在室温下进行物理 化学分离, 所以它特别适合于热敏性生物物质的分离. 可以想象 膜分离技术在生物技术方面将会得到越来越广泛的应用.

2. 5 在医药工业和医疗设备方面的应用

膜分离技术在这方面的应用已经有 30 多年的历史, 现在微 滤, 超滤, 反渗透和渗透等膜技术已经在医药和医疗设备上得到 了广泛的应用. 在制药工业中膜技术主要用于: ①利用微滤技术 进行药物澄清; ②利用超滤和反渗透技术进行药液精制和浓缩; ③利用分渗透技术制备灭菌水, 除热原水和注射水等; ④渗析技 术在医药科学中的典型应用是人工模拟肾脏进行血液的透析分 离; ⑤利用亲合膜技术, 通过在膜上固载特定的功能配位键. 在 医疗设备方面除了用于药物控制释放的膜技术外, 膜式人工肺, 人工肾也都应用了膜分离技术. 随着新的膜材料的出现以及膜 成本的降低, 膜技术将会在医药和医院中起到更重要的作用.

2. 6 在环境工程中的应用

随着工业的进一步发展, 水源和大气被污染更加严重, 这就 要求人们提高对它们进行处理净化的能力, 因此膜分离技术在 环境工程中的地位越来越突出. 应用膜分离技术来处理工业废 水, 废气已经被证明是卓有成效的, 在不少废水处理中膜分离技 术能实现闭路循环, 在消除污染的同时变废为宝, 取得了较大的 经济效益和社会效益. 除了微滤, 超滤, 反渗透, 电渗析的过程 外, 渗透汽化的其他膜技术也将在 21 世纪的环境工程中发挥极 其重要的作用.

参考文献

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范文三:膜技术论文 投稿:田妗妘

膜技术的特点及在水处理中的应用

给水排水072班

摘要:膜技术是一种严格的物理的和绝对的分离技术,利用膜处理技术可以使水处理达到以前从未达到过的水质和可靠的保证。本文对水处理中应用到的,如微滤、超滤、纳滤,电渗析和反渗透等膜技术的应用现状和特点做了简单的概况与总结,并阐述了膜技术的以后发展和趋势。

关键词:水处理;膜技术;

正文:

一、膜的定义:

膜,广义上定义为两相之间的一个具有选择透过性的薄层屏障。

二、膜的种类:

水处理中用的滤膜可分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜、和反渗透膜以及电渗析膜。

各种膜处理的相同特点如下:

1、它是一种物理过滤作用,不需要加注药剂;

2、它是一种绝对的过滤作用;

3、它不产生副产品;

4、容易实现自动控制。

以下分别对膜法过滤中常用的五种工艺做简单介绍:

1. 微滤(Microfiltration, MF)

微滤又称为微孔过滤,它属于精密过滤,其基本原理是筛分过程,在静压差作用下滤除0.1—10um的微粒,操作压力为0.7-7kp,原料液在压差作用下,其中的水透过膜上的微孔流到膜的低压侧,为透过液,大于膜孔的微粒被截流下来从未实现原料液中的微粒与溶剂的分离。微滤过程对微粒的截留机理是筛分作用,决定膜分离效果的是膜的物理结构,孔的形状和大小。

微孔滤膜过滤技术特点是:径均一、滤速快、吸附量少无介质脱落等

微孔滤膜过滤主要应用于食品饮料、 医药卫生、电子、 化工, 环境监测等

领域。如科研和环保部门对水和空气的检测分析,电子工业的空气和纯水净化, 食品工业食用纯净水制造,医院和制药业用水的除菌和除微粒等。

2. 超滤(Ultrafileraction, UF)

UF比MF晋升一级,可去除病毒和大分子有机物。它同样是以压力为动力,利用超滤膜不同孔径对液体进行分离的物理筛分过程。

MF和UF都是属于筛分工艺过程,去除效果取决于孔隙的大小和被截颗粒的大小。

3. 纳滤(Nanofilrartion, NF)

纳滤可去除小分子量(小于300)有机物以及二价金属离子;纳滤一个很大的特点是膜本体带有电荷,这是它在很低压力下具有较高除盐性能和截留低分子量有机物的重要原因。

纳滤广泛用于溶液脱色和去除有机物( 去除饮用水中加氯前三卤代烷前驱物( 硬水软化和海水脱硫酸盐等)。

4. 反渗透(reverse somosis, RO)

反渗透只能在高压(渗透)力下产生作用。苦咸水的渗透需要的压力相对较小,如对硫酸钙和氯化钠在4000mg/l的溶液大约1.4-3.4atm,而海水所需的渗透压在35000mg/l氯化钠时为27atm,明显地要高。

反渗透技术特点是无相变、能耗低、膜选择性高、装置结构紧凑、操作简便易维修和不污染环境等。

PO和NF没有可见的孔隙,对无机和有机物的截留取决于溶质在膜中间的溶解度和扩散性。截留物也同样受到在膜表面的负荷大小作用的影响,两者在出演方面的功能有差异。

5. 电渗析(ED)

电渗析是一种不同性质的工艺。它是利用离子交换膜在电动势的驱动下,除溶液中的带电离子。

电渗析处理水的原理是在外加直流电场作用下,利用离子交换膜的选择透过性(即阳膜只允许阳离子透过,阴膜只允许阴离子透过),使水中阴、阳离子做定向迁移,从而达到离子从水中分离的一种物理化学过程。

其原理图如下:(以食盐水溶液为例)

在阴极和阳极之间,将阳膜和阴膜交替排列,并用特制的隔板将这两种膜隔开,隔板内有水流的通道。进入淡室的含盐水,在两端电极接通直流电源后即开始了电渗析过程,水中阳离子不断透过阳膜向阴极方向迁移,阴离子不断透过阴膜向阳极方向迁移,结果是,含盐水逐渐变成淡化水。而进入浓室的含盐水,由于阳离子在向阴极方向移动中不能透过阴膜,阴离子在向阳极方向迁移中不能透过阳膜,于是,含盐水却因不断增加由临近淡室迁移透过的离子而变成浓盐水。这样在电渗析器中,组成了淡水和浓水两个系统。与此同时,在电极和溶液的界面上,通过氧化、还原反应,发生电子与离子之间的转换,即电极反应。

电渗析技术特点是对分离组分选择性高,对预处理要求较低、能量消耗低、装置设备与系统应用灵活、操作维修方便装置使用寿命长、原水回收率高和不污染环境等。

三、膜在水处理中的应用现状

1、饮用水、纯净水以及饮料用水的处理

在自来水发现三卤甲烷与它们的不良影响以来, 消除饮用水消毒副产物和水塔及水箱对自来水的二次污染一直是水处理领域的热门课题,特别是随着人们生活水平不断提高, 人们迫切需要饮用安全优质的水。

美国福罗里达州建成了世界上第一个大规模应用NF膜制备饮用水的水厂,该州的给水处理主要针对地下水的硬度软化,并取出水中的色度和消毒副产物的

母体。通过NF使该州地下水超过300mg/l的硬度降低了80%-95%,色度几乎全部去除,DBPs母体去除率达到95%。

目前全国纯净水产量达到年产400万吨以上。国内纯净水生产一般采用反渗透法,以城市自来水为水源, 经预处理, 反渗透和臭氧消毒处理其电导率通常能小于10us,细菌总数<20cuf/ml,口感纯正,满足了国家饮用纯净水标准。 广东太阳神集团, 海南杏仁露饮料公司和天津武清饮料厂等都应用反渗透或电渗析制备的纯水配兑饮料。啤酒厂用膜法制取纯水酿造啤酒大大改善了啤酒质量。

2、海水淡化

从20实际60年代起,膜技术就用于海水淡化以解决缺水问题。水资源紧缺的中东地区海水淡化装置的增长尤为迅速,约占世界总容量的62.5%。在现有的海水淡化方法中,以多级闪蒸为代表的蒸馏法仍占主导地位;反渗透法近年发展迅速,具有广阔的应用前景。

1997年在舟山嵊山建成日产500m3级反渗透海水淡化站。通过实际运行表明, 反渗透膜元件脱盐率大于99%,可将含盐量27000mg/l的海水淡化至200mg/l以下, 日产淡水535 m3左右, 每制取1m3淡水耗电5.5kwh。

继嵊山反渗透海水淡化站之后, 在马迹山建成350 m3/d、在辽宁省长海县建成1000m3/d。在浙江省嵊泗建成1000 m3/d、在山东省长岛建成1000 m3/d和山东省威海建成2000 m3/d等大型反渗透海水淡化站,这标志着反渗透海水淡化供水产业已初具规模。

3、医药用水

美国和日本等发达国家已将反渗透和超滤制取注射用水列入药典。为此国家将膜法制取注射用水列入“八五”攻关项目。通过研究表明,以市政自来水为水源& 采用二级反渗透直接制备注射用水,经现场1000h考核运行和 6个月实际应用,系统运行稳定。产品水经现场跟踪检测和药检部门抽样,各项指标符合中国药典95版和美国药典第23版标准,并经北京协和医院临床试用效果良好。 近年来安徽制药厂、广州天心制药厂、北京同仁堂集团、天津制药厂、杭州华东制药厂等越来越多药厂的制药用纯水、洗瓶用纯水、药检用纯水采用反渗透、电渗析和超滤与离子工艺制取而逐步代替了单一的离子交换制纯水工艺。

4、污水回用

利用超滤、电渗析的技术可以达到处理工理废水,回收贵重金属的目的。 上海光明电镀厂,在金属表面加工处理过程中,产生大量酸性废水,每天排放600 m3左右,pH为2-5.采用中和法处理后排放,消耗大量的碱,而且经常达不到排放指标。采用电渗析处理后,可使水回收率达到90%以上,基本上达到了闭路循环。每处理1 m3废水耗电0.3Kwh。

城市污水经处理后用作工业用水,甚至作为饮用水的资源。这在技术上是完全可以实现的。目前在纳米比亚的Windhoek已经建设一个850T/h的水厂,就是采用膜技术将污水处理厂的出水用为饮用水。

四、膜处理技术的研究方向

膜技术在净水处理方面的最新发展有以下几个方面:

a) 膜技术处理饮用水从小型化向集中的大型化和大规模方向发展。 b) 膜技术处理饮用水在出水谁知方面达到并向更高水准发展。

c) 利用膜技术去除消毒副产物DBPs。

d) 利用膜技术除去硝酸盐。人类饮用水含有的硝酸盐的水会导致健康问题,

对其毒性目前还不完全了解,淡室饮用水含量高硝酸盐的水在胃部产生氧化血红脘和婴儿蓝色体综合症已经得到证实。

e) 利用膜技术去除有机物。

f) 膜技术在处理饮用水方面的费用计算。

五、结论与总结

膜处理技术被称为“21世纪的水处理技术”,膜法工艺现已转向水的深度处理和制造纯水方面。

各种膜可以从制造商选口,有不同组成和形状,多至200多种,绝大多数为平板型和螺旋形制作组件,也有管式及空心纤维束产品。醋酸纤维、芳香聚酰胺现已成为普遍应用的制造膜的原料,NF膜正在得到新的高度评价。

电渗析主要功能在与去除盐类,然而它不能去除全部低含量的离子,所以比反渗透发展的慢。

反渗透电渗析由于他们光谱的去除能力越来越广的被应用于水处理,其除盐

功能已属于次要,去除微生物、溶解性有机物、杀虫剂、硬度以及去除病毒病原菌、贾第氏虫孢囊、原生动物隐胞也非常有效,而且不需用化学药剂,对水处理工作开辟了全新的领域。

参考文献

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7、 黄英,王利。水处理中膜分离技术的应用。工业水处理 2005(4)

范文四:膜分离技术应用论文 投稿:贾忴念

膜分离技术应用论文

摘要: 膜分离技术在很多领域的应用有着一定的优势,但是膜分离技术还存在一定程度的局限性,例如,膜成本比较高,而且这些选择性透过膜一般都是化学材料制成,较难降解,可能会对环境造成污染等。但是随着科技的不断进步,我们一定能克服这些缺点,实现膜分离技术在食品工业中的更广泛的应用。

0 引言

膜技术是用天然或人工合成的高分子薄膜以外界能量位差(如压力差、浓度差、电位差、温度差等)为推动力,在实际工作过程中,把双组份或多组份的溶质和溶剂实施有效分离,在分离的基础上实现对其分级提纯,最后达到相关溶质或溶剂的富集。应用中的膜分离技术,是把选择性透过膜作为分离介质,在膜的两侧产生一定的推动力时,通过原料侧组分选择性的透过膜,就可以达到分离提纯的目的。膜分离技术具备以下特点:①选择性强,是一种高效的分离过程;②分离过程中不发生相变化,耗能低,故又称省能技术;③在使用过程中不需要加热,也不用进行相关的化学反应;④应用范围较广,对于有机物、无机物、溶液等都适用;⑤操作简单,使用成本低。

1 膜分离技术概述

常用的膜分离方法主要有微滤、超滤、反渗透、纳滤、电渗析、气体分离和渗透蒸发等。表1是几种主要的膜分离过程及其传递机理、推动力、透过物、膜类型的比较。

2 膜分离技术在食品工业中的应用

范文五:现代分离技术膜分离小论文 投稿:金蔍蔎

目录

1摘要 ………………………………………………………….1

2.膜分离的原理……………………………………………….2

3.膜分离过程………………………………………………….2

4 .膜的介绍…………………………………………………..2

5 .膜的分类…………………………………………………..2

6.膜材料介绍………………………………………………….3

6-1)天然高分子材料膜

6-2)合成高分子材料膜

6-3)无机(多孔)材料膜

7 .膜的制备方法……………………………………………..3

7-1)有机膜的制备

7-2)无机膜的制备

8 .膜的微滤与超滤……………………………………………4

8-1)微滤

8-2)超滤

9 .膜的渗透于反渗透………………………………………..4

10 .膜的电渗析技术………………………………………….5

11.液膜…………………………………………………………6

12 .膜技术分离的特征点…………………………………….6.

13 .膜技术在各方面的应用………………………………….6..

14 .膜技术的展望…………………………………………….7

15 .结语:…………………………………………………….7

16.参考文献……………………………………………………8

1:摘要:膜分离技术作为一种能耗低、设备简单、操作方便和分离性能好的

分离技术,正日益受到广泛的关注。分别介绍了膜的简介、膜的分类、膜的制备、

超滤、纳滤及生活应用等膜分离技术的特点。

1. 简介:

膜分离技术是一种新型高效的分离技术,是对非均相体系中不同组分进行分离、

纯化与浓缩的一门新兴的边缘交叉学科 。它具有过程不发生相变及副反应 、无

二次污染 、分离效率高、操作条件温和 、能耗低等优点 ,是缓解资源短缺 、

能源危机和治理环境污染的重要措施 ,因而得到世界各国普遍重视 ,并在海水淡

化、化工、印染、环保、食品、生化过程等领域得到了广泛应用 。

目前膜分离技术被公认为 20 世纪末至 21 世纪中期最有发展前途的高科技之

一。在短短的几十年里膜技术迅速发展 ,受到世界的瞩目。扩散定理、膜的渗析

现象、渗透压原理、膜电势等一系列研究为膜的发展打下了坚实的理论基础。相

关科学技术的突飞猛进也使得膜的实际应用成为可能。

2. 膜分离的原理

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。

3.膜分离过程

膜分离过程是以选择性透过膜为分离介质 ,当膜两侧存在某种推动力(如压力

差、浓度差、电位差、温度差等)时 ,原料侧组分选择性地透过膜 ,以达到分离、

提纯的目的。不同的膜过程使用不同的膜 ,推动力也不同。

目前已经工业化应用的膜分离过程有微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)、反渗透

(RO) 、渗析(D) 、膜生物反应器(MBR)等。

4 .膜的介绍

膜的定义是指两相之间的一个不连续区间,这个是一个广义的定义。狭义定义是

在一个流体相间的一薄层凝聚相物质,把流体分隔开来成为两部分

5 .膜的分类

按孔径大小:微滤膜、超滤膜、反渗透膜、纳滤膜

按膜结构:对称性膜、不对称膜、复合膜

按材料分:有机高分子(天然高分子、合成高分子)膜、无机材料膜

6.膜材料介绍

1)天然高分子材料膜

主要是纤维素的衍生物,有醋酸纤维、硝酸纤维和再生纤维素等。其中醋酸

纤维膜的截盐能力强,常用作反渗透膜,也可用作微滤膜和超滤膜。醋酸纤维膜

使用最高温度和pH范围有限,一般使用温度低于45~50℃,pH3~8。再生纤维素

可制造透析膜和微滤膜。

2)合成高分子材料膜

市售膜的大部分为合成高分子膜,种类很多,主要有聚砜、聚丙烯腈、聚酰

亚胺、聚酰胺、聚烯类和含氟聚合物等。其中聚砜是最常用的膜材料之一,主要

用于制造超滤膜。

聚砜膜的特点是耐高温,耐氯能力强,可调节孔径范围宽(1~20nm)。但聚砜膜耐

压能力较低,一般平板膜的操作压力权限为0.5~1.0MPa。

聚酰胺膜的耐压能力较高,对温度和pH都有很好的稳定性,使用寿命较长,常

用于反渗透。

3)无机(多孔)材料膜

主要有陶瓷、微孔玻璃、不锈钢和碳素等。目前实用化的无机膜主要有孔径

0.1μm以上的微滤膜和截留相对分子质量l0kD以上的超滤膜,其中以陶瓷材料

的微滤膜最为常用。

多孔陶瓷膜主要利用氧化铝、硅胶、氧化锆和钛等陶瓷微粒烧结而成,膜厚

方向不对称。

无机膜的特点是机械强度高,耐高温、耐化学试剂和耐有机溶剂,但缺点是

不易加工,造价较高。

另一类无机微滤膜为动态膜(dynamic membrane),是将含水金属氧化物 (如

氧化锆)等胶体微粒或聚丙烯酸等沉积在陶瓷管等多孔介质表面形成的膜,其中

沉积层起筛分作用。动态膜的特点是透过通量大,通过改变pH值容易形成或除

去沉积层,因此清洗比较容易,但缺点是稳定性较差。

7 .膜的制备方法

1)有机膜的制备

用物理化学方法或将两种方法结合,可制作具有良好分离性能的高分子膜。

最实用的方法是相转化法和复合膜法。

相转化法是指用溶剂,溶胀剂与高分子膜材料制成铸膜液,刮制成膜后,通

过L-S法,热凝胶法,溶剂蒸发法,水蒸气吸入法等使均相的高分子溶液沉淀转

化为两相,一相为固相,一相为液相。一般,沉淀速度越快,形成的孔就越小;

反之,沉淀速度越慢,形成的孔就越大。由于膜表面溶液沉淀速度较膜内部快,

于是可得到较致密的表皮层和较疏松的支撑层,成为非对称膜。因制膜过程中发

生着从液相转化为固相的过程,故称为转化法。

其他制备高分子膜的方法包括定向拉伸法、核径迹法、熔融挤压法、溶出法

等。

复合膜常用的制备方法有溶液浸涂或喷涂、界面聚合、原位聚合、等离子聚

合、水面展开法等。

2)无机膜的制备

主要有烧结法、溶胶-凝胶法、化学提取法、高温分解法和一些专门方法(化

学气相沉淀法,电化学沉积法等)。

8 .膜的微滤与超滤

1)微滤

微滤又称微孔过滤,是以静压差为推动力,利用膜的“筛分”作用进行分离的

膜分离过程。【微孔过滤膜具有明显的孔道结构,主要用于截留高分子溶质活固

体微粒】

微滤主要是从气相和液相物质中截留0.1um至数微米的细小悬浮物、微生

物、微粒、细菌、酵母、红细胞、污染物等,在生物分离中,广泛用于菌体的净

化、分离 和浓缩。

特点:

微滤膜在过滤时戒指不会脱落、没有杂质溶出、无毒、使用和更换方便、

使用寿命较长、耐高温、抗溶剂且膜组件价廉。同时,膜孔分布均匀,可将大孔

径的微粒、细菌、污染物截留在滤膜表面,滤液质量高。也可称绝对过滤,适合

用于过滤悬浮的微粒和微生物。

2)超滤

超滤是一种在静压差为推动力的作用下,原料液中大于膜孔的大粒子溶质

被膜截留,小于膜孔的小溶质粒子通过滤膜,从而实现分离的过程,其分离机理

一般认为是机械筛分原理。

超滤主要用于料液澄清、溶质的截留浓缩及溶质之间的分离。其分离范围

为相对分子质量500~1×106的大分子物质和胶体物质,相对应粒子的直径为

0.005~0.1um。操作压强低,一般为0.1~0.5Mpa,可以不考虑渗透压的影响,易

于工业化,应用范围广。

超滤特点:在常温和低压下进行分离,因而能耗低,从而使设备的运行费用低。

设备体积小、结构简单,故投资费用低。超滤分离过程只是简单的加压输送液体,

工艺流程简单,易于操作管理。超滤膜是由高分子材料制成的均匀连续体,纯物

理方法过滤,物质在分离过程中不发生质的变化,并且在使用过程中不会有任何

杂质脱落,保证超滤液的纯净。

9 .膜的渗透于反渗透

渗透是由于存在化学势梯度而引起的自发扩散现象。

溶液中水的化学势

0RTln

α—溶液中水的活度 μ0 — 纯水的化学势

R —气体常数 T —绝对温度

因此,通常情况下,o,其结果是水从纯水一侧透过半透膜向溶液侧渗

透,使后者的液位抬高。

如果在溶液一侧施加压力P1,外界力做功使溶液中水的化学势升高,则纯

水通过膜的渗透就会逐渐减小,并最终停止(条件?),此时的压力差就是溶液

的渗透压。

P1P0时,水将从溶液一侧向纯水一侧移动,此种渗透称之为反渗透。一般反渗透的操作压力常达到几十个大气压。

10 .膜的电渗析技术

电渗析技术是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。

电渗析操作所用的膜材料为离子交换膜,即在膜表面和孔内共价键合有离子交换

基团,如磺酸基(—SO3H)等酸性阳离子交换基和季铵基(—N+R3)等碱性阴离

子交换基团。键合阳离子交换基的膜称作阳离子交换膜,在电场作用下,选择性

透过阳离子;键合阴离子交换基的膜称作阴离子交换膜,在电场作用下,选择性

透过阴离子。

如图7所示,阳离子交换膜C和阴离子交换膜A各两张交错排列,将分离器隔成

5个小室,两端与膜垂直的方向加电场,即构成电渗祈装置。以溶液脱盐为目的

时,料液置于脱盐室(1、3、5),另两室(2、4)内放入适当的电解液。在电场的

作用下,电解质发生电泳,由于离子交换膜的选择性透过特性,脱盐室的溶液脱

盐,而2、4

室的盐浓度增大。电渗析过程也可连续操作,此时料液连续流过脱

盐室(1、3、5),而低浓度电解液连续流过2、4室。从脱盐室出口得到脱盐的溶

液,从2、4室出口得到浓缩的盐溶液。

11.液膜

液膜分离法具有选择性高、传质速率大的特点, 前景广阔。 马国芳等用重差分

相式液膜法提取了Cu+ 离子[16],用并非为最佳萃取剂的P2O4为载体,H2SO4

为反萃剂,对Cu+ 的废水溶液提取u+, 可达到理想效果, 既保留了乳状液膜

的萃取和反萃取同时进行的特点, 效率高, 还不需要制乳和破乳,表面活性剂

用量少,工艺简化,易放大。

12 .膜技术分离的特征及特点

特征:

具有选择性分离的功能薄膜材料,以及以其为核心的装置、过程、工艺的

集成与应用

特点:

无相变、低能耗

高效率、污染小

工艺简单、操作方便

便于与其它技术集成

13 .膜技术在各方面的应用

生物发酵液过滤除菌及下游分离纯化、精制树脂解析液的浓缩及解析剂回收

农药水剂、粉剂的生产应用 、中药浸提液过滤除杂及浓缩 、中药浸膏生产应用 、

合成药、原料药、中间体等的脱盐浓缩 、结晶母液回收

膜分离技术具有高效、节能,工艺过程简单,投资少,污染小等优点,因而

在化工、轻工、电子、医药、纺织、生物工程、环境治理、冶金等方面具有广泛

的应用前景

水处理设备在我国,微滤、超滤技术在饮料生产中都已得到较广泛应用。在

饮料行业中要达到净化、澄清的目的,用0.45 µm的微孔膜过滤元件进行流程过

滤即可满足要求。如天然饮用矿泉水。

聚合物包膜、 无机物包膜 如用硫磺包裹

肥料包裹肥料 利用此法可获得多元复合肥,可同时供给农作物多种营

养,而又不会引入其他聚合物或无机物载体破坏土壤结构。如磷肥包裹碳铵的控

释肥料在我国农业生产中已民用有大量应用。

在国防工业的应用 舰艇淡水供应; 战地污染水源净化; 野战供水。

14 .膜技术的展望

1 、 应致力于开拓将以上的膜分离技术用于更广阔的应用领域。我国是个

农业大国,若能将它应用于我国特有农产品(蔬菜和水果等)的浓缩或制备过程

中,相信定能为我国经济的发展带来不可估量的益处。

2 、 我国膜技术种类甚少,当前膜多为化学制剂,易造成二次污染。若能利用

天然物质或生物物质制备新型膜作为替代品,既经济又消除了二次污染的威胁。

例如可考虑从植物细胞中提取组织来制备膜产品。

3 、 将膜处理技术与其他处理工艺相结合,互相填补缺陷。如将膜分离与蒸发、

吸附、冷冻或离子交换法等相结合,使它们在炼油、天然气加工、食品加工、制

药工业等生产中得到更广泛的应用,为膜技术的发展开辟更诱人的前景。

15 .结语:

由于膜过滤技术具有分离效率高、节能、设备简单、操作方便等优点。使其在各

种领域领域有很大的发展潜力。可以预见,由于膜分离技术的自身优势,将有更

广阔的发展前景。

16.参考文献

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[25] 叶振君.纳滤膜分离技术及其应用[D].华东理工大学,上海,200237

范文六:渗透与膜分离技术论文 投稿:孔鯛鯜

渗透与膜分离技术

摘要:解释溶液的渗透现象及渗透压力,综述了膜分离技术的发展历史、技术

特点、工艺原理与流程、应用领域、行业应用。膜分离技术作为一种能耗低、设备简单、操作方便和分离性能好的分离技术,正日益受到广泛的关注。

关键词:渗透压力 膜分离技术 行业应用 工艺流程 问题与措施 引言

目前膜分离技术被公认为 20 世纪末至 21 世纪中期最有发展前途的高科技之一[1]。扩散定理、膜的渗析现象、渗透压原理、膜电势等一系列研究为膜技术的发展打下了坚实的理论基础。

膜分离技术是一种新型高效的分离技术,是对非均相体系中不同组分进行分离、纯化与浓缩的一门新兴的边缘交叉学科 。它具有过程不发生相变及副反应 、无二次污染 、分离效率高、过滤过程简单、易于控制、操作条件温和 、能耗低、节能等优点 ,且有分离、浓缩、纯化和精制的功能,是缓解资源短缺 、能源危机和治理环境污染的重要措施 ,因而得到世界各国普遍重视 ,并在海水淡化、印染、环保、食品、医药、生物、化工、冶金、能源、石油、水处理、电子、仿生等领域得到了广泛应用,产生了巨大的经济效益和社会效益,已成为当今分离科学中最重要的手段之一。

1 渗透

1.1渗透现象

若用一种只允许溶剂(如水)分子透过而溶质(如蔗糖)分子不能透过的半透膜把溶液和纯溶剂隔开,由于膜两侧单位体积内溶剂分子数不等,因此在单位时间内由纯溶剂进入溶液中的溶剂分子数要比由溶液进入纯溶剂的多,其结果溶液一侧的液面升高—这称为渗透现象。溶液液面升高后,静水压增大,驱使溶液中的溶剂分子加速通过半透膜,当静水压增大到一定值后,单位时间内从膜两侧透过的溶剂分子数相等,溶液液面停止升高,达到动态渗透平衡。

半透膜的存在和膜两侧单位体积内溶剂分子数不相等是产生渗透现象的两个必要条件。

净渗透的方向总是溶剂分子从纯溶剂一方往溶液一方;若半透膜隔开的是浓度不等的两个非电解质溶液,净渗透方向则是溶剂分子从稀溶液一方往浓溶液一方进行,从而缩小膜两边的浓度差。

1.2渗透压力

为了使渗透现象不发生,必须在溶液面上施加一超额的压力。国家标准规定:为维持只允许溶剂通过的膜所隔开的溶液与溶剂之间的渗透平衡而需要的超额压力等于溶液的渗透压力。其单位为Pa或kPa。

若半透膜隔开的是浓度不等的两个非电解质溶液,为了防止渗透现象发生,在浓溶液液面上施加的超额压力,并不等于任一溶液的渗透压力,它仅仅是两溶液渗透压力之差。

若选用一种高强度且耐高压的半透膜把纯溶剂和溶液隔开,此时如在溶液上施加的外压大于渗透压力,则溶液中将有更多的溶剂分子通过半透膜进入溶剂一侧。这种使渗透现象逆向进行的过程称为反向渗透。

2 膜分离技术

2.1膜分离过程与膜分离技术

2.1.1膜分离技术

膜分离技术是指在分子水平上不同粒径分子的混合物在通过半透膜时,实现选择性分离的技术。

半透膜又称分离膜或滤膜,膜壁布满小孔,根据孔径大小可以分为:微滤膜(MF)、超滤膜(UF)、纳滤膜(NF)、反渗透膜(RO)等,膜分离都采用错流过滤方式。根据材料的不同,可分为无机膜和有机膜--无机膜主要是陶瓷膜和金属膜,其过滤精度较低,选择性较小;有机膜是由高分子材料做成的,如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等等。 2.1.2膜分离过程的特点及分离原理

膜分离过程是以选择性透过膜为分离介质 ,当膜两侧存在某种推动力(如压力差、浓度差、电位差、温度差等)时 ,原料侧组分选择性地透过膜 ,以达到分离、提纯的目的。不同的膜过程使用不同的膜 ,推动力也不同。

目前已经工业化应用的膜分离过程有微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)、反渗透(RO) 、渗析(D) 、电渗析( ED) 、气体分离( GS) 、渗透汽化( PV) 、乳化液膜( ELM)、膜生物反应器(MBR)等。

典型膜分离过程的特点及分离原理[2]

2.1.3工艺优点

(1)在常温下进行 有效成分损失极少,特别适用于热敏性物质,如抗生素等医药、果汁、酶、蛋白的分离与浓缩

(2)无相态变化 保持原有的风味,能耗极低,其费用约为蒸发浓缩或冷冻浓缩的1/3-1/8

(3)无化学变化 典型的物理分离过程,不用化学试剂和添加剂,产品不受污染

(4)选择性好 可在分子级内进行物质分离,具有普遍滤材无法取代的卓越性能

(5)适应性强 处理规模可大可小,可以连续也可以间隙进行,工艺简单,操作方便,易于自动化

(6)能耗低 只需电能驱动,能耗极低,其费用约为蒸发浓缩或冷冻浓缩的1/3-1/8

2.2膜技术应用

2.2.1膜分离技术在各行业中的应用 制药行业

生物发酵液过滤除菌及下游分离纯化精制 树脂解析液的浓缩及解析剂回收 农药水剂、粉剂的生产应用 中药浸提液过滤除杂及浓缩 中药浸膏生产应用

合成药、原料药、中间体等的脱盐浓缩 结晶母液回收 食品行业

乳清废水处理

乳制品生产加工应用 果汁澄清脱色 品添加剂纯化浓缩

茶饮料澄清浓缩

啤酒、葡萄酒、黄酒的精制加工 天然色素提取液的除杂及浓缩 氨基酸发酵液过滤澄清及精制 染料化工和助剂

水溶性染料反应液的脱盐浓缩 染料盐析母液废水回收 淀粉糖品

糖液分离纯化及浓缩 果葡糖浆色普分离纯化 糖醇色普分离纯化

单糖、低聚糖及多糖的分离纯化及浓缩

环保及水处理领域

纺织、染整、印染废水处理及回用 电镀工业废水零排放及资源回收 矿山及冶金废水处理回收 淀粉废水处理

造纸废水木质素回收及废水处理 电泳漆废水涂料回收 酸、碱废水处理回收 市政污水的处理及回用

洗车水、桑拿水、游泳池水、洗浴废水等循环处理 工业生产所用的各类软化水、纯水、超纯水制备

生物技术

生物蛋白、多肽、酶制剂等酵液过滤澄清及精制

2.2.2工艺流程 操作:

①接通电源,确保泵在运行过程中是正转;

②参数设定,根据实验要求的温度和压力,设置最高的工作压力和温度; ③膜的准备工作,膜在投入使用前必须进行清洗,使膜达到最佳的工作状态; ④膜分离;

⑤膜清洗,膜在处理完物料后,受到一定污染,应进行一定清洗。 清洗:

无机膜清洗:用1%HNO3溶液循环清洗15min,打开滤液阀门,让滤液回到循环罐内,让其继续清洗15min,之后用自来水系统清洗至中性; 有机膜清洗:用1%na5p3o10+0.5%edta+0.2%sds+naoh调PH11.0,清洗45min,之后用纯净水洗至中性。 保存:

若膜不使用超过3天,要用1%甲醛溶液将膜封存,冬季用20%甘油将膜封存。 2.2.3问题与措施

膜分离中的几个问题[2]

(1)浓差极化 浓差极化是造成膜系统性能下降的原因之一。在压力驱动膜过程中,被截留的溶质在膜表面累积,导致溶质向原料主体的反向扩散流动,经过一段时间后达到平衡。其结果是导致膜通量下降,并且对截留率产生影响:截留率下降,由于膜表面处溶质浓度增高,实测的截留率会低于真实截留率,特别是,当溶质为盐或低分子量物质,截留率一般将会下降;截留率提高,对于大分子溶液,由于浓差极化将会在膜表面处形成一种由截留高分子溶质形成的次级膜(动态膜),从而导致膜对溶液中的小分子物质截留率提高。

在压力驱动膜中(包括微滤、超滤、纳滤、反渗透等),反渗透的浓差极化现象属中等,最为严重的是超滤、微滤和电渗析。

(2)膜污染和劣化对于液体分离膜过程而言,人们通常把用膜的透过流速、盐的截留率、截留分子量及膜的孔径等来表示的膜组件性能发生变化的现象称为膜的污染或劣化。两者所反映的现象有着本质上的区别。膜的污染是指由于在膜表面上形成了附着层或膜孔堵塞等外部因素导致了膜性能变化,根据其具体原因采用某种清洗方法,可以使膜性能得以恢复。膜的劣化是指膜自身发生了不可逆转的变化等内部因素导致了膜性能变化。导致膜的劣化的原因可分为化学、物理及生物三个方面。

措施[2](1)预处理法防止膜组件性能变化的最简单的方法是预处理法,如通过调整料液pH值或加入抗氧化剂等防止膜的化学性劣化,通过预先除去或杀死料液中的微生物等防止膜的生物性劣化。

(2)操作方法的优化膜过程中膜污染的防治及渗透通量的强化可通过操作方式的优化来实现。

(3)膜组件结构改善膜分离过程设计中,膜组件内流体力学条件的优化,即预先选择料液操作流速和膜透过流速,并考虑到所需动力,是确定最佳操作条件的关键。

(4)膜组件的清洗这在实际应用中也是非常重要,大致分为化学清洗和物理清洗两大类型。

化学清洗是减少污染的最重要的方法,可选用的化学试剂很多,既可单独使用,也可以以组合形式使用。化学试剂(如活性氧)的浓度和清洗时间对于膜的耐化学试剂能力也是十分重要的。

最为普通的物理清洗方法是使海绵球通过管状膜进行直接冲洗。该法仅适用于管状膜,效果好。另外可采用处理料液间歇地瞬间突然灌冲膜组件内部,利用

此时产生的剪切力清洗膜表面的附着层。

(5)抗劣化及污染膜的制备这要针对具体的处理体系,有的放矢地进行,如使用膜表面改性法引入亲水基团,或在膜表面复合一层亲水性分离层等。

此外,对进水水质的仔细分析对防止膜污染与劣化具有重要作用。例如Ca2+ 、HCO3—浓度较高会引起碳酸钙沉淀污染,这时需要添加酸或晶体生长抑制剂来加以控制。

结语

由于膜过滤技术具有分离效率高、节能、设备简单、操作方便等优点。使其在废水处理领域有很大的发展潜力。但由于工业废水往往含有酸、碱、油等物质,处理条件较苛刻。因此,处理废水使用的膜必须具有较好的材料性能,从而保持其良好的分离性能和较长的使用寿命。从这方面来看,开发抗污染等性能优良的过滤膜具有重要的战略意义。同时.对膜污染机理、膜污染模型、膜污染控制技术和与工程化配套的预处理技术研究也是目前重要的研究方向。

水资源日益短缺和对水重复利用的迫切要求,为膜分离技术在废水处理及回用领域的应用提供了机遇。可以预见,由于膜分离技术的自身优势,在上述领域中将有更广阔的发展前景。

参考文献

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Amjad Z主编。《反渗透——膜技术、水化学和工业应用》。殷琦、华耀祖译。北京:化学工业出版社,1999

Mulder M著。《膜技术基本原理》。李琳译。北京:清华大学出版社,1999 王湛编。《膜分离技术基础》。北京:化学工业出版社,2000

[3]谢全灵,何旭敏,夏海平,等。《膜分离技术在制药工业中的应用》。膜科学与技术, 2003, 23 (4) : 180

范文七:薄膜技术与工艺论文 投稿:郝恰恱

AZO薄膜光电性能的研究

1.AZO薄膜的应用和发展及其主要性质

作为新型太阳能电池窗口层应用的AZO薄膜,是性质优良的Ⅱ一Ⅵ族掺杂宽带隙直接跃迁半导体材料,晶体结构为六角纤锌矿,原料易得、廉价、无毒,性能稳定,是最具开发潜力的新型功能材料之一。AZO薄膜还具有优异的光电性能,如低电阻率及可见光范围内的高透光率,被广泛应用于光电透明导电薄膜、太阳能电池电极、磁光、 电光器件、压电器件、新型发光材料、缓冲层等领域[1]。

作为微掺铝的ZnO透明导电膜的研究工作最早开始于上世纪80年代初期,Chopra K.L等人最早报道了利用乙酸锌和少量aic13的混合溶液热喷涂的方法制备AZO薄膜[2]。国内近年来对AZO薄膜的制备工艺及性能研究也取得了一些显著的成果。中科院金属研究所的闻立时和江健等人在国内较早的开始对AZO薄膜的研究工作,探讨了AZO薄膜制备过程中不同工艺参数对薄膜的组织结构和性能的影响[3]。清华大学的付恩刚和庄大明等人通过中频交流磁控溅射法研究了制备工艺中薄膜厚度、衬底温度以及氩分压对薄膜的红外反射性能的影响,对制备具有高红外反射率AZO薄膜的工艺提供了参考和依据[4]。工程物理研究院的杨晓峰、李强等人对AZO靶材的制备工艺进行了研究[5]。中南大学的周宏明和易丹青等人研究了溶胶-凝胶法制备AZO薄膜过程中铝掺杂量和退火温度等工艺参数对薄膜的光电性能和微观结构的影响,且制备的AZO薄膜电阻率为3.210Ω·cm,可见光波长范围内平均透过率超过90%[6]。

2.制备方法、原理、制备优势及其仪器介绍

AZO薄膜的制备方法有很多种,如磁控溅射法、溶胶-凝胶法、电子束蒸发法、脉冲激光沉积法、分子束外延法、原子层沉积法等,本实验设计采用磁控溅射的方法。

磁控溅射是指用高能粒子轰击固体靶材表面,使得固体表面的原子和分子与入射的高能粒子交换动能,从而从固体表面飞溅出来的现象。溅射出来的原子或原子团由于与高能粒子交换了动能,因此具有一定的能量,可以重新凝聚,沉积在固体基片表面上形成薄膜。溅射法制备薄膜通常是利用气体放电电离后产生的正离子在电场作用下高速轰击阴极靶材,将阴极靶材的原子或分子击出,溅射到被镀基片表面沉积成薄膜。在实际应用中,一般在溅射中加入磁场,通过磁场来改变电子的运动方向,以此束缚和延长以提高了电子对工作气体离化的几率,使得轰击靶材的高能离子增多和轰击基片的高能电子减少,电子的能量可以有效的得到利用。相对其它制备薄膜的方法,磁控溅射法有很多优势,如可以低温制备、沉积速率快、沉积过程和参数易于调节控制、衬底和薄膜的黏附性好,对靶材的几何形状没有设计上的限制,镀膜均匀性良好,几乎所有金属、合金和陶瓷材料都可以用来做靶材,适宜大规模生产等[7]。

磁控溅射主要有两种,包括直流磁控溅射和射频磁控溅射。直流溅射的放电需要依靠离子轰击靶材产生的二次电子来维持,所以二次电子必须具有足够的能量来离化溅射离子,这就需要在靶和衬底间加一个高电压用来加速二次电子来增加它的能量。因而,直流溅射只能溅射良导体,而不能制备绝缘介质膜。射频溅射-3

是在镀膜装置的两极之间加上一个高频电场,等离子体中的电子容易在射频电场中吸收能量并在电场中振荡,使得电子与气体粒子的的碰撞几率大大增加,从而提高气体的电离几率。射频溅射中,等离子体内的电子和离子在高频电场的作用下交替地向靶极移动,因此,射频溅射可以沉积包括导体、半导体以及绝缘体在内的几乎所有材料,并且由于其气体的离化率很大,溅射可以在 0.1Pa 甚至更低的气压下进行[8]。

实验所用的溅射镀膜装置的主要部分包括:a.真空系统:由真空室,进气口,排气口和抽气系统(分子泵、机械泵)构成。其中电磁阀的作用是防止机械泵内的油回流。b.电源控制装置:由进口的电源与电源匹配器组成。用来调节射频功率。c.控制装置:配备有测真空压力的电阻规与电离规,可测真空度量级 10-5,另外还有流量控制器和衬底加热装置。d.溅射装置:溅射装置由载有衬底的运动小车和溅射靶材构成,其中靶基距固定为 75mm。下图为AZO溅射腔室结构示意图:

3.实验条件及实验步骤

在同一溅射压强、溅射功率的条件下,研究不同的基底温度对射频磁控溅射制备AZO(厚度为500nm)薄膜的光电等性能的影响;溅射AZO靶材时,靶材和基片距离6cm,10分钟预溅射,溅射压强为0.25帕,

-44.010溅射功率130w,本底真空度帕,基底温度分别为200、300、400摄氏度,氩气流量为40sccm。

实验前首先将基底用微波清洗酒精擦干净后,准备好样品放置在托盘上,将托盘放置在转动盘上,然后密闭实验仪器,打开磁控溅射电源和循环水,关闭进气口与出气口。启动机械泵对真空室预抽真空,之后启动分子泵闸板阀开至最大,使溅射腔室中本底真空度达到 10-4Pa数量级。打开进气口阀门,打开Ar 气瓶阀门,将氩气流量调节为40sccm,通过调节闸板阀,使腔室内气压达到清洗气压,然后打开偏压进行清洗。

待清洗完毕后,关闭偏压,通过调节闸板阀的位置调节溅射真空室中的工作气压。然后打开衬底加热开关,将衬底加热到所需要的基底温度,同时开启射频电源,调节溅射功率,启动溅射程序,观察有辉光出现后,将靶材预溅射 10min。预溅射完成后,靶材表面的杂质会被打掉,系统起辉达到稳定。调节溅射功率至实验所设定的数值,待基底温度加到所需要的温度后,稍加偏压,开始溅射。溅射过程中要注意观察射频电源的反射功率是否变化过大、电流电压以及溅射气压是否稳定等。溅射结束后,先关闭射频电源、偏压、进气口以及加热开关,将闸板阀开到最大,关闭气体流量控制阀和Ar气瓶阀门,待基底温度降低到50摄氏度时,可关闭加热电源、电磁阀分子泵及机械泵,最后关闭总电源和冷却水,待腔室内温度达到室温后,可从腔室内取出样品,检测相关性能。检测完成后,可取制备出的薄膜样品性能最好的一组,进行时效处理,即热处理,研究不同退火温度对薄膜的光电性能的影响。

4.薄膜的性能表征及其原理和仪器

采用紫外—可见分光光度计测量样品可见光范围内的光透过率。用UV—3600型双光束紫外一可见分光光度计对玻璃基底的样品进行了透过率的分析测量,测量范围为200~900nm。该设备有两个同样的长方形支架,一个放测试样品,另一个放参考空白玻璃衬底以采集临时基线。光作用到材料表面会发生反射和折射现象,光在材料内部传播时会被吸收,要想知道了材料的折射率和吸收系数,可以根据光照射到材料上的透、反射率和吸收率来计算得到。所有的变化在下图都有标出,入射光强是IO,反射光强是IOR,反射系数由菲dI-I

涅尔公式与界面两边的材料的折射率来求,材料内部的光按规律dx吸收,透射光强为

2-xI(eo1-R),所以知道了光的反射和透射后就可以计算得到薄膜的折射率以及吸收系数[9]。

采用四探针电阻测试仪测量样品的方块电阻。本实验测量采用的是广州半导体材料研究所的SDY一5型的双电测四探针测试仪。该仪器采用了四探针双电位组合测量技术,将范德堡测量方法应用到直线四探针上。利用电压探针和电流探针的组合变换,进行两次电测量,其计算结果能自动消除由样品几何尺寸、边界效应以及探针不等距和机械游移等因素引起的对测量结果不利的影响。氧化物半导体薄膜的导电性用电导率来表示,电导率正比于载流子浓度和迁移率的乘积,即eneee,式中ne为载流子浓度,e为电子迁移率,e为电子电荷,迁移率定义为单位电场强度下的漂移速度,它反映薄膜的内部性质,通常用电阻率来表



征:1Rte,其中R和t分别为薄膜表面方块电阻和薄膜的厚度,通常测透明导电薄膜的方块电阻采用四探针法测量,其原理如下图所示:

四个探针平行,彼此距离相同都为1mm,测量时在探针1、4间施加一直流电压,针1在膜中产生的电场

E

是以该针为中心,在膜一平面内辐射场距针1为s的场强为:

2sjI2rt,此电场在2、3间产生的电位V23

差为:IIln22xt2ts

s,式中I为通过针1的电流强度。同理,把针4视为负场源,它在针2、

V'23

3间产生的电位差为:IIln22xt2t2sR,故方块电阻tV

ln2I

,因此测出探针2、

3之间电压V和流过探针1的电流I就可以求出方块电阻R。

采用霍尔系数测量仪测量薄膜的载流子浓度及霍尔迁移率。霍尔测量是测试薄膜电学性能最常用的方法,在己知薄膜厚度的前提下,通过霍尔测量可以给出薄膜的导电类型、电阻率、载流子浓度和霍尔迁移率,根据霍尔测量的结果可以对薄膜的电学性能进行详细的分析,并且通过不同温度下的霍尔测量,可以对载流子的散射机制进行分析。基本原理是利用霍尔效应:指通过电流的半导体在垂直电流方向的磁场作用下,在与电流和磁场垂直的方向上形成电荷积累和出现电势差的现象。本实验采用的霍尔系数测量仪中的霍尔测量电路如下图,其中A是恒流源,V是高、低电位差计及检流计系统或数字电压表。根据霍尔测量的这些结果,可以详细的对薄膜的电学性能进行分析。

5.其它透明导电薄膜及其制备方式和应用领域

除了半导体薄膜中的AZO透明导电薄膜外,目前的透明导电薄膜还主要有金属膜系、氧化物膜系、其他化合物膜系、高分子膜系、复合膜系等。金属膜系导电性能好,但是透明率差。半导体薄膜系列刚好相反,导电性差,透明率高。当前研究和应用最为广泛的是金属膜系和氧化物膜系。透明导电薄膜主要用于光电器件(如LED、薄膜太阳能电池等)的窗口材料。1907年Badeker首先报道了 Cd 膜在辉光放电室沉积氧化后的透明导电现象,也有文献报道 Cd的氧化物的透明导电性是在1951年首次报道的。5年后相继有其它宽带氧化物半导体的透明导电性能报告,并将其用于 heated windows(窗体致热)。类似于AZO的氧化物薄膜还有GZO薄膜,此外,最常见的透明导电薄膜为ITO(锡掺杂三氧化铟),主要采用磁控溅射法、溶胶-凝胶法、真空蒸发法、喷雾热分解法、化学气相沉积法等来制备,ITO薄膜具有透光性好、电阻率低、易刻蚀和易低温制备等优点,主要应用于液晶电视、 建筑用节能视窗、太阳能电池、 轿车风挡等方面。

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范文八:膜分离技术 投稿:白焮焯

专业文献综述

题 目:

姓 名:

学 院:

专 业:

学 号: 膜分离技术在食品工业中的应用研究 王威 食品科学与药学学院 农产品加工及贮藏工程 320142190 成 绩: 指 导教师: 冯作山(教授)

新疆农业大学食品科学与药学学院

2015年3月5日

膜分离技术在食品工业中的应用研究

作者:王威 指导教师:冯作山

摘要:膜分离技术作为一种新兴的高效分离浓缩技术,在食品工业中的应用日趋成熟。本文概述了膜分离技术的原理、种类及特点,并且综述了该技术在食品工业中的应用与研究进展。着重介绍膜分离技术在水方面的应用及研究进展。同时探讨了该技术目前存在的问题及解决途径,并对其发展趋势进行展望。 关键词:膜分离;食品工业;应用

Abstract:Membrane separation technology is a new and highly efficient separation and concentration technology, and its application in the food industry is becoming increasingly mature. In this paper, we summarize the mechanisms, types and characteristics of membrane separation technology, and put our emphasis on reviewing its recent applications in water. Some problems and corresponding solutions in its current application in the food industry are discussed. Meanwhile, future development trends are analyzed. Meanwhile, future development trends are analyzed.

Key words: membrane separation; food industry; application

前言

膜分离技术(membrane separation technology,MST)是用天然或人工合成的高分子薄膜以外界能量位差(如压力差、浓度差、电位差、温度差等)为推动力,在实际工作过程中,把双组份或多组份的溶质和溶剂实施有效分离,在分离的基础上实现对其分级提纯,最后达到相关溶质或溶剂的富集。应用中的膜分离技术,是把选择性透过膜作为分离介质,在膜的两侧产生一定的推动力时,通过原料侧组分选择性的透过膜,就可以达到分离提纯的目的。膜分离技术具备以下特点:(1)选择性强,是一种高效的分离过程;(2)分离过程中不发生相变化,耗能低,故又称省能技术;(3)在使用过程中不需要加热,也不用进行相关的化学反应;(4)应用范围较广,对于有机物、无机物、溶液等都适用;(5)操作简单,使用成本低。常用的膜分离方法主要有微滤、超滤、反渗透、纳滤、电渗析、气体分离和渗透蒸发等。

MST用于食品工业始于20世纪60年代末,首先应用于乳品加工,随后又逐渐用于果蔬汁饮料的无菌过滤、酒类精制和酶制剂的提纯、浓缩等方面。此外,新发展起来的联合MST、膜蒸馏(membrane distillation,MD)和渗透蒸发(per-vaporation,PV)浓缩技术、膜分离与传统理化分离方法结合分离技术也属于MST的范畴。在不久的将来,这些技术可能替代热浓缩、热杀菌等加工工艺,在果蔬汁浓缩、无菌灌装、功能活性成分提纯等食品加工领域带来一场技术性的飞跃[1]。

目前,MST在食品工业中已被广泛应用于饮用水、乳及乳制品、果蔬汁、饮料、酿造发酵、粮油、水产品、畜禽产品、食品功能活性成分、天然食品添加剂和食品加工废弃物综合利用等多个食品生产加工领域。与此同时,提高食品产品附加值、改善传统加工工艺及开发新产品而采用MST也是食品加工领域的发展方向之一。本文就当前国内外MST在食品工业中的应用与研究进展作了阐述,综述了MST在多个食品加工领域中的具体应用状况,并就MST在食品工业中遇到的问题、解决方法和发展趋势进行了论述。

1膜分离法在饮用水处理中的应用

M.R.Wiesner等[2]研究表明,混凝预处理能显著提高出水水质,尤其是对微滤无法截留的病毒和部分细菌,混凝则可将其去除; 此外混凝将细小颗粒聚集成较大尺寸,从而减少了膜污染并形成多孔的滤饼层。法国 A Bruchet等[3]提出用膜技术去除导致味和嗅的化合物,实验使用了微滤膜与 PAC 结合,研究结果表明微滤膜结合 PAC( 投量为 40mg/L) 对去除味和嗅是很有效的。

张捍民等[4]进行超滤膜去除饮用水中污染物的试验研究表明超滤膜能够有效地去除悬浮固体、胶体,试验中出水浊度始终保持在 0.25NTU 以下,并且出水中检不出细菌。薛罡等[5]的研究也证明了这一点,并且发现超滤膜对铁、锰的去除率均达到85%以上。

Siddiqui等[6]的研究表明,纳滤膜对于三卤甲烷前体物(THMFP)、卤乙酸前体物 ( HAAFP) 和水合氯醛前体物( CHFP) 去除率较高,分别为97%、94%和86%。

A.L.Ahmad等[7]将4种纳滤膜 NF90、NF200、NF270和DK的实验结果进行比较,发现NF90拥有最好的分离截留性能,对药物乐果的截留率大约在85%,对阿特拉津的截留率大于95%,NF270 则拥有最好的渗透通量。Radjenovic等[8]用 NF膜截留地下水中的药物成分!结果表明,NF 膜拥有很好的截留性能,对所有药物的截留率均大于85%,对有害物质如对乙酰氨基酚截留率为 48%—70%,吉非贝齐为50%--70%,甲芬那酸为 30%—50%。

Koyuncu 等[9]进行了反渗透膜去除地表水中氨离子的研究,结果表明氨离子的去除率可达到 95%,出水中氨的浓度仅为 0.2mg/L。李绍峰等[10]以活性炭-反渗透膜技术对管道分质供水的原水即自来水进行深度处理,结果表明TOC 的去除率基本在 60% 左右,能够有效地去除饮用水中的有机污染物;K+、Na+等一价阳离子的去除率都在 70%左右,而对 Ca2+和 ;Mg2+二价阳离子的去除率则达到 90%。

2膜分离法在食品废水处理中的应用

2、1 膜技术在味精废水中的应用

味精生产过程产生的废水具有所含有机物高、氨氮高、硫酸根高及pH 低、处理难度大的特点[11]。史志琴等[12]以超滤与反渗透结合的双膜法处理味精废水,对比废水进水水质(见表 1)和经处理后的出水水质(见表2),结果表明:味精废水经超滤和反渗透处理后,脱盐率>95%,COD 约为10mg/L,氨氮量<50mg/L,SO42-<100mg/L,总水回收率达80%,且回收的水可再次用于工艺生产或锅炉给水。

表 1废水水质

表 2 出水水质

2、2膜分离技术处理乳制品废水

随着国民经济的持续增长、人们生活水平的不断提高,对乳制品的需求量也越来越大,这使得乳制品总产量和生产企业数量增多,乳制品废水的排放量也增加;乳制品废水具有水质水量变化大、有机物含量高、可生化性好的特点[13];对乳制品废水的处理,主要是对乳制品废水中所含的有机物进行处理。

俊杰等[14]实验发现:乳制品废水经先酸沉后絮凝离心的预处理,可以除去废水中大分子蛋白、少量脂肪、悬浮固体等杂质,避免了这些物质堵塞膜孔、导致膜污染;然后在温度 30℃,压力0.8MPa,流速 70L/h反应条件下,通过型号为 N100的微滤膜,分离出大直径菌体\悬浮固体;再升压到 1.0 MPa,通过型号为 GM的超滤膜,可以拦截乳清蛋白、果胶等物质;温度控制在40℃--50℃,压力升至 1.5 MPa,再通过型号为DLC的纳滤膜,除去乳糖;最后在温度35℃--45℃,压力 3.0MPa,流速改为20L/h状态下,通过反渗透膜;对透过液的检测发现其中没有可溶性固形物K悬浮固体、粗蛋白、总糖,电导率<500μs/cm。经反渗透膜后,得到的滤液可直接排放或回用于生产。

2、3膜技术处理豆制品废水

传统豆腐、豆腐干、豆腐皮等生产过程中,压滤成型后排放出的废水称为豆腐乳清废水,俗称黄浆水。这种黄浆水中包含 58%大豆皂苷、50%大豆异黄酮、83%水苏糖和94%棉子糖、17%蛋白质以及17%脂肪占[15-16]。

顾建明和潘春云[17]发现在对黄浆水进行的一系列膜技术处理之前,先将废水pH 调为 7.5,并加入占废水固形物含量 10%的 CaCl2,,升温至 100℃,沉淀处理15min,再让经沉淀处理后的黄浆水在压力0.3MPa—0.4MPa,温度 40℃--50℃的条件下通过 PS-10 的超滤膜,经过这种预处理后,可以除去黄浆水中 95.3%的蛋白质,损失少量的大豆异黄酮,从而降低后续膜处理过程的操作负荷,避免了严重的膜污染。

3饮料用水的处理

未经处理的水不能作饮料生产和冷却等用水,否则会产生大量污垢,降低换热器的传热效率。水在使用前应对其进行软化处理"降低原水的硬度,一般常采用的软化处理方法有反渗透法,此方法能够出去水中 90%的溶解性盐类和 99%以上的胶体、微生物和有机物等[18],目前美国有日处理量超过,100万规模的纳滤膜在运转.。 此方法能够满足生产饮料用水的要求, 相比于传统的水处理方法有如下优点:

(1)在室温条件下,无需外界能量,依靠自身压力差工作;

(2)系统简单,操作方便;

(3)经此技术处理后,不需要在进行消毒。

4总结

目前MST在食品工业各方面的应用研究都很活跃,然而,在膜分离过程中,存在着一个不容忽视的问题,即膜性能的时效性问题(膜通量衰减和膜污染的问题)。膜污染使膜的过滤性能及通量等发生改变,严重制约了MST的应用和发展。现今关于膜污染的机理解释尚没有统一的定论,但可以肯定处理料液中的溶质与膜材料的相互作用是导致膜污染的最主要的因素。

影响膜污染的因素是多方面的,关于膜污染的机理至今仍没有完全统一的理论解释。膜污染是膜分离过程中不可避免的,但可以通过有效的技术手段延缓膜污染的进程降低膜污染的程度,延长化学洗涤周期,提高膜的使用寿命,降低使用成本。抗污染已成为分离膜研究领域的重要课题,国内外许多学者就此问题在很多方面进行了探讨和研究。近年来已有许多方法被用于减轻膜污染的研究中来,其中包括溶液预处理、水力清洗、化学清洗、机械清洗、酶制剂清洗、工艺操作条件优化、膜面改性等;其中膜表面改性方法是通过将各种化学或物理方法以物理吸附或化学连接的方式,将有机聚合物或其他化合物固定在膜的表面或孔隙结构中,以减轻膜面由于污染物沉积而产生的膜污染现象,进而改善膜的性能

[19]。

MST由于环保、绿色、节约等特点,已广泛应用于食品工业中,且因其特性的优势而在食品行业扮演着重要角色。根据不同工艺需求,可以选择用MF来澄清(去除悬浮物),用UF做提纯或分离含大分子物质的溶液,用NF或ED脱盐、除矿物质以及用RO进行浓缩、分级。MST要实现在食品工业中的规模性广泛应用,还要取决于其诸如膜污染机理研究,性能优良、抗污染膜材料的研制开发等相关方面的发展。为了使食品生产提高产品质量,降低成本,缩短处理时间,今后的研究趋势将是分离技术的高效集成化。

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范文九:膜分离技术 投稿:石墆墇

西南民族大学2014-2015学年第1学期

2014年硕士生现代分离与技术课综述

任课老师: 李 新 莹

课程名称: 现代分离与技术

学 院: 化学与环境保护工程学院

专 业: 有 机 化 学

姓 名:

2014 年 12 月 30 日

膜分离技术的发展应用状况以及展望

摘要:膜分离技术是指在分子水平上不同粒径分子的混合物在通过半透膜时,

实现选择性分离的技术,半透膜又称分离膜或滤膜,膜壁布满小孔,根

据粒径大小可以分为:微滤膜(MF)、超滤膜(UF)、纳滤膜(NF)、

反渗透膜(RO)等,膜分离采用错分流过滤的方式。本文将讨论膜分离

技术在以上几个方面的运用和发展。

1 膜分离

1.1膜分离技术的起源 膜分离现象广泛存在于自然界中,特别是生物体内,但人类对它的认识和研究却经过了漫长而曲折的道路。膜分离技术的工程应用是从20世纪60年代海水淡化开始的-1960)年洛布和索里拉金教授制成了第一张高通量和高脱盐率的醋酸纤纸素膜,这种膜具有推对称结构,从此使反渗透从实验室走向工业应用。其后各种新型膜陆续问世,1967年美国杜邦公司首先研制出以尼龙-66为膜材料的中空纤维膜组件;1970年又研制出以芳香聚酰胺为膜材料的“Pemiasep B-9”中空纤维膜组件,并获得1971年美国柯克帕特里克化学工程最高奖。从此反渗透技术在美国得到迅猛的发展,随后在世界各地相继应用。其间微滤和超滤技术也得到相应的发展。

膜在大自然中,特别是在生物体内是广泛存在的。我国膜科学技术的发展是从1958年研究离子交换膜开始的。60年代进入开创阶段。1965年着手反渗透的探索,1967年开始的全国海水淡化会战,大大促进了我国膜科技的发展。70年代进入开发阶段。这时期,微滤、电渗析、反渗透和超滤等各种膜和组器件都相继研究开发出来,80年代跨入了推广应用阶段。80年代又是气体分离和其他新膜开发阶段。

1.2 膜分离技术的现状

随着我国膜科学技术的发展,相应的学术、技术团体也相继成立。她们的成立为规范膜行业的标准、促进膜行业的发展起着举足轻重的作用。半个世纪以来,膜分离完成了从实验室到大规模工业应用的转变,成为一项高效节能的新型分离技术。1925年以来,差不多每十年就有一项新的膜过程在工业上得到应用。

由于膜分离技术本身具有的优越性能,故膜过程已经得到世界各国的普遍重视。在能源紧张、资源短缺、生态环境恶化的今天,产业界和科技界把膜过程视为二十一世纪工业技术改造中的一项极为重要的新技术。曾有专家指出:谁掌握了膜技术谁就掌握了化学工业的明天。

80年代以来我国膜技术跨入应用阶段,同时也是新膜过程的开发阶段。在这一时期,膜技术在食品加工、海水淡化、纯水、超纯水制备、医药、生物、环保等领域得到了较大规模的开发和应用。并且,在这一时期,国家重点科技攻关项目和自然科学基金中也都有了膜的课题。

这一潜力巨大的新兴行业正在以蓬勃的激情挑战市场,为众多的企业带来了较为显著的经济效益、社会效益和环境效益。

1.3 膜分离原理

在膜分离过程中,由于膜具有选择通透性,当膜两侧存在某种推动力(如压力差、浓度差、电位差等),原料侧组分选择性的透过膜以达到分离提纯的目的。其传送过程极为复杂,通过多孔型的膜有孔模型、微孔扩散模型、优先吸附-毛细管流动模型;通过非多孔膜的主要是溶解-扩散模型等。因而不同的膜过程使用的膜不同,推动力不同,其传导机理也不同。(引自:新疆大学学报——郭瑞丽,李玲著)

2 膜分离技术的应用

膜是具有选择性分离功能的材料,利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程称作膜分离。它与传统过滤的不同在于,膜可以在分子范围内进行分离,并且这过程是一种物理过程,不需发生相的变化和添加助剂。膜的孔径一般为微米级,依据其孔径的不同(或称为截留分子量),可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜,根据材料的不同,可分为无机膜和有机膜,无机膜主要是陶瓷膜和金属膜,其过滤精度较低,选择性较小。有机膜是由高分子材料做成的,如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等等。错流膜工艺中各种膜的分离与截留性能以膜的孔径和截留分子量来加以区别。

2.1微滤透(MF)

微滤(MF)又称微孔过滤,它属于精密过滤,其基本原理是筛孔分离过程。微滤膜的材质分为有机和无机两大类,有机聚合物有醋酸纤维素、聚丙烯、聚碳酸酯、聚砜、聚酰胺等。无机膜材料有陶瓷和金属等。鉴于微孔滤膜的分离特征,微孔滤膜的应用范围主要是从气相和液相中截留微粒、细菌以及其他污染物,以达到净化、分离、浓缩的目的。

对于微滤而言,膜的截留特性是以膜的孔径来表征,通常孔径范围在0.1~1微米,故微滤膜能对大直径的菌体、悬浮固体等进行分离。可作为一般料液的澄清、保安过滤、空气除菌。

微滤的过滤原理有三种:筛分、滤饼层过滤、深层过滤。微滤膜的分离机制十分复杂,影响因素较多。基于现已进行的研究, 微滤膜的分离机制为筛孔分离过程, 膜的物理结构对分离起决定性作用。此外,吸附、膜表面的化学性质和电性能等因素对分离也有影响。

2.1.1 微滤的技术特点

膜分离技术具有如下特点:①膜分离过程不发生相变化, 因此膜分离技术是一种节能技术。②膜分离过程是在压力驱动下,在常温下进行分离,特别适合于对热敏感物质, 如酶、 果汁、 某些药品的分离、浓缩、精制等。③膜分离技术适用分离的范围极广,从微粒级到微生物菌体, 甚至离子级都有其用武之地, 关键在于选择不同的膜类型。④膜分离技术以压力差作为驱动力,因此采用装置简单,操作方便。

2.2 超滤膜(UF)

超滤膜属于非对称多孔膜, 孔径为2~50 nm,利用高分子薄膜选择渗透性,在常温下依靠一定的压差和流速,使小于膜孔径的低分子量物质透过膜而使高子物质被截留。已开发具有不同分子截留的各种超滤膜(M r 1 000~100万),它可按分子大小选择膜孔径,处理发酵液可以截留病毒、蛋白质、酶、多糖等大分子物质,对目的产物进行纯化 [9] ;与传统方法相比,超滤过程不发生相变化,操作条件温和,有利于保持生物活性组分的生理活性,减少环境污染,缩短生产 周期,提高分离效率。

2.3 纳滤膜(NF)

纳滤膜是上世纪80年代末期问世的一种新型液体分离膜,平均孔径2 nm左右,具有两个显著特征: ①其截留相对分子质量介于反渗透膜和超滤膜之间,为200~2 000。②纳滤膜因其表面分离层由聚电解质所构成对无机盐有一定的截留率。根据第一个特征,推测纳滤膜可能拥有孔径为1 nm左右的微孔结构,因而称之为“纳滤” 。纳滤膜由于截留分子量介于超滤与反渗透之间, 对目的产物起浓缩作用, 由于其操作压力低, 对一、 二价离子有不同选择性, 对小分子有机物有较高的截留性等特点,加之膜表面具负电性,抗水垢污染,发展较快

[10] ;并具有不影响分离物质生物活性、节能、无公害等特点, 越来越广泛地被应用于医药工业中的各种分离、 精制和浓缩过程。

2.4 反渗透膜(RO)

反渗透装置就是利用高压泵将待处理水经过增压以后 ,借助半透膜的选择截留作用来除去水中的无机离子的 , 由于反渗透膜在高压情况下只允许水分子的通过 , 而不允许钾、钠、钙、锌等离子及病菌、细菌通过 , 从而获得高质量的纯水。其主要应用领域有海水和苦成水的淡化 , 纯水和超纯水制备 , 工业用水处理,饮用水净化,医药、化工和食品等工业料液处理和浓缩以及废水处理等。

2.5 正渗透技术

尽管目前依靠渗透压驱动的正渗透膜分离技术的应用范围 ,还未达到各种依靠外加压力驱动的膜分离技术那么广泛 , 但是它已在许多领域得到了应用。

2.5.1水纯化应用

在水纯化中 , 正渗透滤水器是目前正渗透膜分离技术少有的几种商业化应用之一。正渗透滤水器的基本原理是 , 在其膜组件里面填装可食用的驱动液 ( 如糖或饮料粉 ), 当把滤水器浸没到任何水体 ( 如清洁水、泥浆、盐水、污水等 ) 中时 , 由于这些水体中的渗透压低于驱动液中的渗透压 , 这些水体中的水将透过正渗透膜进入驱动液中 , 而水体中的污染物 ( 如悬浮固体、 有机物、 病毒、细菌等 ) 将被截留下来 , 水体进入驱动液后 , 驱动液渐渐被稀释 ,被稀释的驱动液可被人体直接安全饮用 , 并且里面富含营养物质

与矿物元素 , 它将能长时间维持人类生存。

2.5.2 海水淡化

在海水淡化方面 , 正渗透的方法一直不够成熟。不过近几年来 , 耶鲁大学 Menachem Elimelech 教授课题组发明了一种新型的利用正渗透膜分离方法进行海水脱盐的技术 , 并且进行了中试研究。这种正渗透脱盐过程的关键在于其选择的驱动液 , 它的驱动液是将碳酸氢铵与氨水按照一定比例混合 , 然后溶解于水中配置成一定浓度的铵盐作为驱动液 , 这种驱动液既具有较高的渗透压 ,又能方便的将溶质和水分离。驱动液吸收海水中的水分后得到稀释 , 对于稀释后的驱动液 , 只需将其加热到 60℃, 驱动液中的铵盐就被分解为氨气和二氧化碳 , 采用合适的方法 ( 如蒸馏 ) 就能将其与水分离 , 得到纯净的产品水 , 分离出的氨气和二氧化碳再次浓缩溶解于水中 , 便能得到铵盐驱动液 , 使得驱动液能够得以循环使用。

3 讨论

膜分离技术应用广泛, 为提高产品质量, 降低成本,缩短处理时间,今后的研究趋势将是分离技术的高效集成化。目前膜分离技术在各个方面的应用研究很活跃,但膜的污染、堵塞,原料液的黏度高,使膜通量衰减严重,无法继续分离,影响了膜分离在实际操作中迅速应用发展。要实现生物制品提纯的规模性应用,还要取决于相关方面的发展,如膜污染机制研究,对性能优良、抗污染膜材料的研究。将来多种类型的膜分离技术在生化产品应用中协同发展,取长补短,超滤、纳滤、微滤技术联用,实行多级分离是其发展趋势。

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范文十:膜分离技术的种类 投稿:熊鏯鏰

膜分离技术的种类、特点及其应用领域

膜分离是在20世纪初出现,20世纪60年代后迅速崛起的一门分离新技术。膜分离技术由于兼有分离、浓缩、纯化和精制的功能,又有高效、节能、环保、分子级过滤及过滤过程简单、易于控制等特征,因此,目前已广泛应用于食品、医药、生物、环保、化工、冶金、能源、石油、水处理、电子、仿生等领域,产生了巨大的经济效益和社会效益,已成为当今分离科学中最重要的手段之一。

膜分离技术是指在分子水平上不同粒径分子的混合物在通过半透膜时,实现选择性分离的技术,半透膜又称分离膜或滤膜,膜壁布满小孔,根据孔径大小可以分为:微滤膜(MF)、超滤膜(UF)、纳滤膜(NF)、反渗透膜(RO)等,膜分离都采用错流过滤方式。

膜分离技术最重要的组成部分是膜。膜是具有选择性分离功能的材料。利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程称作膜分离。它与传统过滤的不同在于,膜可以在分子范围内进行分离,并且这过程是一种物理过程,不需发生相的变化和添加助剂。膜的孔径一般为微米级,依据其孔径的不同(或称为截留分子量),可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜,根据材料的不同,可分为无机膜和有机膜,无机膜主要还只有微滤级别的膜,主要是陶瓷膜和金属膜。有机膜是由高分子材料做成的,如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等等。错流膜工艺中各种膜的分离与截留性能以膜的孔径和截留分子量来加以区别 。

膜分离技术特点

膜是具有选择性分离功能的材料,利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程称作膜分离。与传统的蒸馏、吸附、吸收、萃取、深冷分离等分离技术相比,膜分离具有以下特点:

 膜分离通常是一个高效的分离过程。

 膜分离过程的能耗(功耗)通常比较低。

 多数膜分离过程的工作温度在室温附近,特别适用于对热敏物质的处理 膜分离设备本身没有运动的部件,工作温度又在室温附近,所以很少需要维护,可靠度很高。它的操作十分简单,而且从开动到得到产品的时间很短,可以在频繁的启、停下工作。

 膜分离过程的规模合处理能力可在很大范围内变化,而它的效率、设备单价、

运行费用等都变化不大。

 膜分离由于分离效率高,通常设备的体积比较小,占地较少。

工艺优点 (1)在常温下进行

有效成分损失极少,特别适用于热敏性物质,如抗生素等医药、果汁、酶、蛋白的分离与浓缩 。

(2)无相态变化

保持原有的风味,能耗极低,其费用约为蒸发浓缩或冷冻浓缩的1/3-1/8 。

(3)无化学变化

典型的物理分离过程,不用化学试剂和添加剂,产品不受污染 。

(4)选择性好

可在分子级内进行物质分离,具有普遍滤材无法取代的卓越性能 。

(5)适应性强

处理规模可大可小,可以连续也可以间隙进行,工艺简单,操作方便,易于自动化

(6)能耗低

只需电能驱动,能耗极低,其费用约为蒸发浓缩或冷冻浓缩的1/3-1/8。 应用领域

微滤

又称微孔过滤,它属于精密过滤,其基本原理是筛孔分离过程。微滤膜的材质分为有机和无机两大类,有机聚合物有醋酸纤维素、聚丙烯、聚碳酸酯、聚砜、聚酰胺等。无机膜材料有陶瓷和金属等。鉴于微孔滤膜的分离特征,微孔滤膜的应用范围主要是从气相和液相中截留微粒、细菌以及其他污染物,以达到净化、分离、浓缩的目的。

对于微滤而言,膜的截留特性是以膜的孔径来表征,通常孔径范围在0.1~1微米,故微滤膜能对大直径的菌体、悬浮固体等进行分离。可作为一般料液的澄清、保安过滤、空气除菌。

鉴于微孔滤膜的分离特征,微孔滤膜的应用范围主要是从气相和液相中截留微粒、细菌以及其他污染物,以达到净化、分离、浓缩的目的。

具体涉及领域主要有:医药工业、食品工业(明胶、葡萄酒、白酒、果汁、牛奶等)、高纯水、城市污水、工业废水、饮用水、生物技术、生物发酵等。 超滤

是介于微滤和纳滤之间的一种膜过程,膜孔径在0.05um至1nm之间。超滤是一种能够将溶液进行净化、分离、浓缩的膜分离技术,超滤过程通常可以理解成与膜孔径大小相关的筛分过程。以膜两侧的压力差为驱动力,以超滤膜为过滤介质,在一定的压力下,当水流过膜表面时,只允许水及比膜孔径小的小分子物质通过,达到溶液的净化、分离、浓缩的目的。

对于超滤而言,膜的截留特性是以对标准有机物的截留分子量来表征,通常截留分子量范围在1000~300000,故超滤膜能对大分子有机物(如蛋白质、细菌)、胶体、悬浮固体等进行分离,广泛应用于料液的澄清、大分子有机物的分离纯化、除热源。

早期的工业超滤应用于废水和污水处理。三十多年来,随着超滤技术的发展,如今超滤技术已经涉及食品加工、饮料工业、医药工业、生物制剂、中药制剂、临床医学、印染废水、食品工业废水处理、资源回收、环境工程等众多领域。 纳滤

是介于超滤与反渗透之间的一种膜分离技术, 其截留分子量在80~1000的范围内,孔径为几纳米,因此称纳滤。基于纳滤分离技术的优越特性,其在制药、生物化工、 食品工业等诸多领域显示出广阔的应用前景。

对于纳滤而言,膜的截留特性是以对标准NaCl、MgSO4、CaCl2溶液的截留率来表征,通常截留率范围在60~90%,相应截留分子量范围在100~1000,故纳滤膜能对小分子有机物等与水、无机盐进行分离,实现脱盐与浓缩的同时进行。 纳滤的主要应用领域涉及:食品工业、植物深加工、饮料工业、农产品深加工、生物医药、生物发酵、精细化工、环保工业等。

反渗透

是利用反渗透膜只能透过溶剂(通常是水)而截留离子物质或小分子物质的选择透过性,以膜两侧静压为推动力,而实现的对液体混合物分离的膜过程。反

渗透是膜分离技术的一个重要组成部分,因具有产水水质高、运行成本低、无污染、操作方便运行可靠等诸多优点 ,而成为海水和苦咸水淡化,以及纯水制备的最节能、最简便的技术.目前已广泛应用于医药、电子、化工、食品、海水淡化等诸多行业。反渗透技术已成为现代工业中首选的水处理技术。

反渗透的截留对象是所有的离子,仅让水透过膜,对NaCl的截留率在98%以上,出水为无离子水。反渗透法能够去除可溶性的金属盐、有机物、细菌、胶体粒子、发热物质,也即能截留所有的离子,在生产纯净水、软化水、无离子水、产品浓缩、废水处理方面反渗透膜已经应用广泛,如垃圾渗滤液的处理。

由于反渗透分离技术的先进、高效和节能的特点,在国民经济各个部门都得到了广泛的应用,主要应用于水处理和热敏感性物质的浓缩,主要应用领域包括以下:食品工业、牛奶工业、饮料工业、植物(农产品)深加工、生物医药、生物发酵、制备饮用水、纯水、超纯水、海水、苦咸水淡化、电力、电子、半导体工业用水、医药行业工艺用水、制剂用水、注射用水、无菌无热源纯水、食品饮料工业、化工及其它工业的工艺用水、锅炉用水、洗涤用水及冷却用水。 其他

除了以上四种常用的膜分离过程,另外还有渗析、控制释放、膜传感器、膜法气体分离、液膜分离法等。

行业应用 制药行业

●生物发酵液过滤除菌及下游分离纯化精制

●树脂解析液的浓缩及解析剂回收

●农药水剂、粉剂的生产应用

●中药浸提液过滤除杂及浓缩

●中药浸膏生产应用

●合成药、原料药、中间体等的脱盐浓缩

●结晶母液回收

食品行业

●乳清废水处理

●乳制品生产加工应用

●果汁澄清脱色

●食品添加剂纯化浓缩

●茶饮料澄清浓缩

●啤酒、葡萄酒、黄酒的精制加工

●天然色素提取液的除杂及浓缩

●氨基酸发酵液过滤澄清及精制

染料化工和助剂

 水溶性染料反应液的脱盐浓缩

●染料盐析母液废水回收

淀粉糖品

●糖液分离纯化及浓缩

●果葡糖浆色普分离纯化

●糖醇色普分离纯化

●单糖、低聚糖及多糖的分离纯化及浓缩

环保及水处理领域

●纺织、染整、印染废水处理及回用

●电镀工业废水零排放及资源回收

●矿山及冶金废水处理回收

●淀粉废水处理

●造纸废水木质素回收及废水处理

●电泳漆废水涂料回收

●酸、碱废水处理回收

●市政污水的处理及回用

●洗车水、桑拿水、游泳池水、洗浴废水等循环处理 ●工业生产所用的各类软化水、纯水、超纯水制备 生物技术

●生物蛋白、多肽、酶制剂等酵液过滤澄清及精制

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