膜的知识介绍.ppt
上传者：sxlw2018
2022-07-22 09:32:36上传
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10.2 膜分离
10.2.1 膜的定义和分类
定义：膜是分离两相的中间相。有分离作用的膜称之为分离膜，通常亦简称为膜。
膜分离过程：分离膜以特定的方式限制两相间的物质传递，使不同的物质以不同的速率透过膜，实现物质的分离。
膜
中间相
原料
透过物
传质推动力
1
物质透过膜的主要三种方式：
被动传递
促进传递
主动传递
◆ 被动传递： 物质由高化学位相向低化学位相传递，
这一化学位的差就是膜分离过程的推动力。
压力差
浓度差
电位差
温度差
推动力
A
A
μ‘A
μ‘’A
μ‘A>μ‘’A
被动传递
2
◆ 促进传递：膜内有载体，在高化学位一侧，载体同被传递的物质发生反应，而在低化学位一侧又将被传递的物质释放，这种传递过程有很高的选择性。
◆ 主动传递：膜中的载体同被传递物质在低化学位侧发生反应并释放能量，使被传递物质由低化学位一侧被传递到高化学位一侧，物质的传递方向为逆化学位梯度方向。
μ‘A<μ‘’A
A+B→AB
A
AB → A+B
A
μ‘A
μ‘’A
化学反应
主动传递
B
AB
μ‘A>μ‘’A
A+B→AB
A
AB → A+B
A
μ‘A
μ‘’A
促进传递
B
AB
3
膜的分离性质
选择性：不同物质在两相中的浓度变化比
透过性：单位推动力下，物质在单位时间内
膜的分类：
分类依据
分类
来源
天然膜、合成膜
状态
固体膜、液膜、气膜
材料
有机膜、无机膜
结构
对称膜（微孔膜、均质膜）、非对称膜、复合膜
电性
非荷电膜、荷电膜
形状
平板膜、管式膜、中空纤维膜
制备方法
烧结膜、延展膜、径迹刻蚀膜、相转换膜、动力形成墨
分离体系
气-气、气-液、气-固、液-液、液-固分离膜
分离机理
吸附性膜、扩散性膜、离子交换膜、选择性膜、非选择性膜
分离过程
反渗透膜、渗透膜、气体分离膜、电渗析膜、渗析膜、渗透蒸发膜
透过单位面积膜的量
4
10.2.2 膜分离过程
在一定传质推动力下，利用膜对不同物质的透过性差异，
对混合物进行分离的过程。
机理模型：
不可逆热力学模型
传递机理模型
膜分离过程：气体膜分离、渗透蒸发、渗析、电渗析、反渗透、
纳滤、超滤、微滤、膜萃取、膜吸收、膜精馏、促进传递、液膜、
气膜等过程。
其中：渗析、电渗析、反渗透、纳滤、超滤、微滤技术已很成熟，
应用也广泛。
5
10.2.3 膜的形态结构
(1) 膜的形态结构：主要研究膜的断面与表面。
◇ 均相膜和异相膜
均相膜：均匀地呈单相存在；
异相膜：不是呈单相存在。
◇ 致密膜和多孔膜
致密膜：结构最紧密的膜；
多孔膜：结构较疏松的膜。
◇ 对称膜和非对称膜
对称膜：膜的厚度方向结构均一、同性；
非对称膜：同种材料，沿膜的厚度方向上呈不同结构。
6
(2) 膜的孔
① 膜孔的结构
具有多样性，不同的膜具有不同的孔结构，同一张膜
也会具有不同的孔结构。
◇ 复合膜：在对称或非对称的底膜上，复合上一层很薄的、致密的、有特殊功能的另一种材料的膜层。
7
② 膜的孔径、孔径分布、孔密度和空隙率
膜的孔径: 膜内孔的直径, 有最大孔径和平均孔径之分；
孔径分布: 某一孔径的孔体积占整个孔体积的百分数；
孔密度: 单位膜面积上孔的数目；
空隙率: 所有孔体积占整个膜体积的百分数。
③ 膜的厚度
整个膜厚、膜的某个层次厚度之分。
均质膜 —— 一般较厚，透量较小；
复合膜 —— 可使致密层厚度极薄。
8
10.2.4 反渗透与纳滤
(1) 反渗透的基本原理
溶解-扩散理论：① 溶剂和溶质被吸附溶解于膜表面；
② 溶剂和溶质在膜中扩散传递，最终透过膜。
溶剂
溶液
膜
渗透
溶剂
溶液
∏=ρgH
平衡
H
溶剂
溶液
反渗透
p > ∏
p
9
（2）浓度极化
改变操作条件控制浓度极化：
① 增加原料液的流速； ② 适当提高操作温度
透过快的组分
透过慢的组分
推动力
膜
浓度极化示意图
10
10.2.1 膜的定义和分类
定义：膜是分离两相的中间相。有分离作用的膜称之为分离膜，通常亦简称为膜。
膜分离过程：分离膜以特定的方式限制两相间的物质传递，使不同的物质以不同的速率透过膜，实现物质的分离。
膜
中间相
原料
透过物
传质推动力
1
物质透过膜的主要三种方式：
被动传递
促进传递
主动传递
◆ 被动传递： 物质由高化学位相向低化学位相传递，
这一化学位的差就是膜分离过程的推动力。
压力差
浓度差
电位差
温度差
推动力
A
A
μ‘A
μ‘’A
μ‘A>μ‘’A
被动传递
2
◆ 促进传递：膜内有载体，在高化学位一侧，载体同被传递的物质发生反应，而在低化学位一侧又将被传递的物质释放，这种传递过程有很高的选择性。
◆ 主动传递：膜中的载体同被传递物质在低化学位侧发生反应并释放能量，使被传递物质由低化学位一侧被传递到高化学位一侧，物质的传递方向为逆化学位梯度方向。
μ‘A<μ‘’A
A+B→AB
A
AB → A+B
A
μ‘A
μ‘’A
化学反应
主动传递
B
AB
μ‘A>μ‘’A
A+B→AB
A
AB → A+B
A
μ‘A
μ‘’A
促进传递
B
AB
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膜的分离性质
选择性：不同物质在两相中的浓度变化比
透过性：单位推动力下，物质在单位时间内
膜的分类：
分类依据
分类
来源
天然膜、合成膜
状态
固体膜、液膜、气膜
材料
有机膜、无机膜
结构
对称膜（微孔膜、均质膜）、非对称膜、复合膜
电性
非荷电膜、荷电膜
形状
平板膜、管式膜、中空纤维膜
制备方法
烧结膜、延展膜、径迹刻蚀膜、相转换膜、动力形成墨
分离体系
气-气、气-液、气-固、液-液、液-固分离膜
分离机理
吸附性膜、扩散性膜、离子交换膜、选择性膜、非选择性膜
分离过程
反渗透膜、渗透膜、气体分离膜、电渗析膜、渗析膜、渗透蒸发膜
透过单位面积膜的量
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10.2.2 膜分离过程
在一定传质推动力下，利用膜对不同物质的透过性差异，
对混合物进行分离的过程。
机理模型：
不可逆热力学模型
传递机理模型
膜分离过程：气体膜分离、渗透蒸发、渗析、电渗析、反渗透、
纳滤、超滤、微滤、膜萃取、膜吸收、膜精馏、促进传递、液膜、
气膜等过程。
其中：渗析、电渗析、反渗透、纳滤、超滤、微滤技术已很成熟，
应用也广泛。
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10.2.3 膜的形态结构
(1) 膜的形态结构：主要研究膜的断面与表面。
◇ 均相膜和异相膜
均相膜：均匀地呈单相存在；
异相膜：不是呈单相存在。
◇ 致密膜和多孔膜
致密膜：结构最紧密的膜；
多孔膜：结构较疏松的膜。
◇ 对称膜和非对称膜
对称膜：膜的厚度方向结构均一、同性；
非对称膜：同种材料，沿膜的厚度方向上呈不同结构。
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(2) 膜的孔
① 膜孔的结构
具有多样性，不同的膜具有不同的孔结构，同一张膜
也会具有不同的孔结构。
◇ 复合膜：在对称或非对称的底膜上，复合上一层很薄的、致密的、有特殊功能的另一种材料的膜层。
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② 膜的孔径、孔径分布、孔密度和空隙率
膜的孔径: 膜内孔的直径, 有最大孔径和平均孔径之分；
孔径分布: 某一孔径的孔体积占整个孔体积的百分数；
孔密度: 单位膜面积上孔的数目；
空隙率: 所有孔体积占整个膜体积的百分数。
③ 膜的厚度
整个膜厚、膜的某个层次厚度之分。
均质膜 —— 一般较厚，透量较小；
复合膜 —— 可使致密层厚度极薄。
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10.2.4 反渗透与纳滤
(1) 反渗透的基本原理
溶解-扩散理论：① 溶剂和溶质被吸附溶解于膜表面；
② 溶剂和溶质在膜中扩散传递，最终透过膜。
溶剂
溶液
膜
渗透
溶剂
溶液
∏=ρgH
平衡
H
溶剂
溶液
反渗透
p > ∏
p
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（2）浓度极化
改变操作条件控制浓度极化：
① 增加原料液的流速； ② 适当提高操作温度
透过快的组分
透过慢的组分
推动力
膜
浓度极化示意图
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