第八章膜分离技术

食品加工新技术 膜分离技术

第五章膜分离技术 第一节膜分离的原理和方法 一、膜分离的基本概念 （一）膜分离概念 １、广义膜分离用天然或人工合成的高分子膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和浓缩的方法，统称为膜分离法。包括膜浓缩和膜分离。 ２、膜浓缩如果在分离过程中，通过半透膜的只有溶剂，则溶液获得了浓缩，此过程称为膜浓缩。 ３、狭义膜分离如果在分离过程中，通过半透膜不仅是溶剂，而且有选择性地让某种溶质组分通过，则溶液中不同溶质得到分离，此分离过程称为膜分离。 （二）膜分离的分类 根据分离过程中推动力的不同，膜分离技术可分为两类: 一类是以压力为推动力的膜分离，如超滤和反渗透。 另一类是以电力为推动力的分离过程，所用的是一种特殊的半透膜，称为离子交换膜，这种分离技术叫做离子交换，如电渗析。 几种常见的膜分离方法及其适用范围如图5-1和图12-1。

（三）膜的性能 １、膜的抗氧化和抗水解性能 膜的抗氧化和抗水解性能，既取决于膜材料的化学结构，又取决于被分离的溶液的性质。氧化和水解的最终结果，是膜的色泽变深、发硬脆裂、化学结构和外观形态受到破坏。 由于高分子材料因氧化而产生的主链断裂，首先发生在低能的键上。因此，希望高分子材料中各个共价键有足够的强度，即希望有高的键能。高分子材料的主链中，应尽量避免键能较低的O-O和N-N键。 膜的水解和氧化作用是同时发生的，水解作用与高分子材料的化学结构密切相关。当高分子链中具有易水解的化学基团-CONH-、-COOR-、-CN、-CH2 -O-等时，这些基团在酸和碱的作用下，会产生水解降解反应，使膜的性能受到破坏。 表１２－１是几种共价键的键能：

膜分离试题及答案

1、什么是膜分离？膜材料为什么会有选择透过性？ 答：膜分离（Membrane Separation ）是以选择性透过膜为分离介质，在膜两侧一定推动力的作用下，使原料中的某组分选择性地透过膜，从而使混合物得以分离，以达到提纯、浓缩等目的的分离过程。 2、膜分离设备的主要类型，其主要结构和优缺点？ 答：①管式：管式膜组件由管式膜制成，管内与管外分别走料液与透过液，管式膜的排列形式有列管、排管或盘管等。内压式：膜涂在管内，料液由管内走；外压式：膜涂在管外，料液由管外间隙走。 优点：结构简单，适应性强，清洗方便，耐高压，适宜于处理高黏度及固体含量较高的料液。 缺点: 管式膜组件的缺点是单位体积膜组件的膜面积少,一般仅为33～330 ，保留体积大，压力降大，除特殊场合外，一般不被使用。 ②中空纤维式：有数百上万根中空纤维膜固定在圆形容器内构成，内径为40-80um 膜称中空纤维膜，0.25-2.5mm 膜称毛细管膜。前者耐压，常用于反渗透。后者用于微、超滤。料液流向：采用内压式时为防止堵塞，需对料液预处理去固形微粒，采用外压式时，凝胶层控制较困难。 内压管式： 多孔管 料液外压管式： 料液多通道组件 组件外壳 渗透液 渗透液 渗余液 渗透液 垫圈

优点:设备紧凑，单位设备体积内的膜面积大(高达16000～30000 ) 缺点:中空纤维内径小，阻力大，易堵塞，膜污染难除去，因此对料液处理要求高。 ③平板式：这类膜器件的结构与常用的板框压滤机类似，由膜、支承板、隔板交替重叠组成。滤膜复合在刚性多孔支撑板上，料液从膜面流过时，透过液从支撑板的下部孔道中汇集排出。为减小浓差极化，滤板的表面为凸凹形，以形成湍动。浓缩液从另一孔道流出收集。 优点:组装方便，膜的清洗更换容易，料液流通截面较大，不易堵塞，同一设备可视生产需要组装不同数量的膜。 缺点:需密封的边界线长 ④卷式（螺旋式）：将膜、支撑材料、膜间隔材料依次叠好，围绕一中心管卷紧即成一个膜组。料液在膜表面通过间隔材料沿轴向流动，透过液沿螺旋形流向中心管。 优点:目前卷式膜组件应用比较广泛、与板框式相比，卷式组件的设备比较紧凑、单位体积内的膜面积大，湍流状况好，适用于反渗透； 缺点:清洗不方便，尤其是易堵塞，因而限制了其发展。

第4、5章课后习题答案 膜分离技术概论 黄维菊

第四章超滤和纳滤 一、选择题 1. UF同RO、NF、MF一样，均属于压力驱动型膜分离技术。超滤主要用于从液相物质中分离大分子化合物（蛋白质，核酸聚合物，淀粉，天然胶，酶等），胶体分散液（粘土，颜料，矿物质，乳液颗粒，微生物），乳液（润滑脂-洗涤剂以及油-水乳液）。采用先与适合的大分子复合的办法时也可以用超滤来分离低分子量溶质，从而可达到某些含有各种小分子量可溶性溶质和高分子物质（入蛋白质、酶、病毒）等溶液的浓缩、分离、提纯和净化。 其操作静压差一般为（A）被分离组分的直径大约为（B）,这相当于光学显微镜的分辨极限，一般为分子量大于500-1000000的大分子和胶体粒子，这种液体的渗透压很小，可以忽略，总之超滤对去除水中的微粒、胶体、细菌、热源和各种的有机物有较好的效果，但它几乎不能截留（C）.UF的分离机理为（D）过程，但膜表面的化学性质也是影响超滤分离的重要因素。 A(1)1mpa-10mpa (2)0.01mpa-0.2mpa (3)0.1mpa-1mpa (4)0.2mpa-0.4mpa B(1)0.1nm-1nm (2)10nm-0.05um (3)0.05um-1um (4)0.005um-0.1um C(1)无机离子（2）大分子物质和胶体（3）悬浮液和乳浓液 D(1)筛孔分离（2）溶解-扩散机理 2. 纳滤膜大多从反渗透膜演化而来，但制作比反渗透膜更精细。日本学者大谷敏郎对纳滤膜进行了具体的定义：操作压力（A）,截留分子量（B）,NaCL的截留率<=90%的膜可以认为是纳滤膜。纳滤以压力为推动力，依靠（C）,可实现低分子有机物的脱盐纯化和高价离子脱除。 A(1)1mpa-10mpa (2)0.01mpa-0.2mpa (3)0.1mpa-1mpa (4)<=1.50mpa B(1)200-1000 (2)500-30万（3）>0.05um的颗粒 C(1)筛孔分离（2）溶解-扩散机理 （3）溶解扩散Donna效应（4）离子交换 1. A（3） B（4） C（1） D（1） 2、 A（4） B（1） C（3） 二、填空题 1、超滤是介于______之间的一种膜过程，膜孔径范围为________。超滤的典型应用是从溶液中分离________，所能分离的溶质分子量下限为几千Dalton。超滤和微滤膜均可视为多孔膜，其截留取决于溶质大小和形状（与膜孔大小相对而言）。溶剂的传递正比于操作压力。 2、纳滤膜与反渗透膜几乎相同，只是其网状结构更疏松，这意味着对__________离子的截留率很低，但对________离子的截留率仍很高。这两种膜的应用领域是不同的，当需要对浓度较高的NaCL进行高强度截留时，最后选择________过程。当需要对低浓度、二价离子

膜分离技术及其应用 本科教学大纲

膜分离技术及其应用 课程编码：课程名称：膜分离技术及其应用 总学分： 1.5 总学时：24 课程英文名称：Membrane Separation Technology and Their application 适用专业：与环境相关专业 一、课程性质、地位和任务 《膜分离技术》是环境工程和环境科学专业的专业特色课。通过本课程的学习，主要使学生掌握膜分离技术基础理论，熟悉反渗透、纳滤、超滤、微滤、电渗析等膜技术的工作原理和各种膜分离组件的结构和各种膜技术的特点，培养学生综合利用膜技术基本理论与各种具体膜技术相结合进行初步应用设计的能力。二、教学目标要求 1．掌握膜及膜分离技术的基本概念，了解国内外膜分离技术的发展现状及存在的主要问题。 2．理解并掌握电渗析、超滤、微滤、反渗透等分离膜的基本性质及工艺流程等。3．掌握不同膜分离过程的基本理论及影响因素，并运用实际中去。 三、理论教学内容及安排 第1章概述(4.0学时) 教学目标：理解膜及膜分离技术等概念及以及膜分离技术的发展现状与趋势。重点、难点：重点是对膜的认识；难点是膜分离过程的特点及其存在的问题。1.1 分离膜与膜分离技术的概念(1.0学时) 1.2 膜分离技术发展沿革(1.0学时) 1.3 功能膜的分类(0.5学时) 1.4 膜分离过程的类型(0.5学时) 1.5 膜材料及膜的制备(1.0学时) 第2章电渗析(3.0学时) 教学目标：理解电渗析的基本原理、渗析和电渗析等概念。 重点、难点：重点是离子迁移过程的的认识；难点是膜的选择透过性的影响因子。 2.1 概述(0.5学时) 2.2 电渗析基本原理(1.0学时) 2.3 电渗析主要组件(0.5学时) 2.4 电渗析器(0.5学时) 2.5 EDI (0.5学时)