一、膜分離的概念:
膜分離是利用膜的選擇性,以膜兩側存在的能量差作為推動力,將流體組分進行分離的方法。膜分離的核心是膜,膜必須是半透膜,即能透過一種物質,而阻礙另一種物質。膜分離常與離心機分離技術結合使用。
二、膜的概念:
把流體分隔成兩部分的一層薄的凝聚相物稱為膜。
膜是均一的一相,或由兩相以上凝聚物構成的復合體。
被膜分開的流體是液體或氣體。
膜的厚度應<0.5mm,否則不能稱為膜。
三、膜的基本要求:
1、耐壓:膜孔徑小,要保持高透過通量就必須施加較高的壓力,在0.1~0.5MPa,反滲透膜的壓力更高,在1~10MPa。
2、耐高溫:高透過通量帶來的溫度升高和清洗的需要。
3、耐酸堿:防止分離和清洗過程中的水解。
4、化學相容性:保持膜的穩定性。
5、生物相容性:防止生物大分子的變性。
四、膜的分類:
1、按孔徑大小:反滲透膜、納濾膜、超濾膜和微濾膜。
2、按膜結構:對稱膜、不對稱膜和復合膜。
3、按材料:天然高分子材料膜、合成高分子材料膜、無機材料膜和復合材料膜。
五、膜材料:
1、天然高分子材料膜:
主要是纖維素衍生物,有醋酸纖維和再生纖維素等。其中醋酸纖維膜的截鹽能力強,常用作反滲透膜,也可用作超濾膜和微濾膜,醋酸纖維膜最高使用溫度和PH值范圍有限,溫度在45~50℃,PH值3~8。再生纖維素可制造透析膜和微濾膜。
2、合成高分子材料膜:
主要有聚砜、聚酰胺、聚酰亞胺、聚烯類和含氟聚合物等。
聚砜最常用,用于制造超濾膜。聚砜膜耐高溫(70~80℃,可達125℃),適用PH值l~13,耐氯能力強,可調節孔徑范圍寬(1~20nm),但耐壓能力較低,壓力極限在0.5~1MPa。
聚酰胺耐壓較高,對溫度和PH值穩定性高,壽命長,用于制造反滲透膜。
3、無機材料膜:
主要有陶瓷、微孔玻璃、不銹鋼和碳素等。
多孔陶瓷膜主要利用氧化鋁、硅膠、氧化鋯和鈦等陶瓷微粒燒結而成,膜厚方向不對稱。
無機材料膜機械強度高、耐高溫、耐化學試劑和耐有機溶劑,但不易加工,成本較高。
4、復合材料膜:
將含水金屬氧化物(如氧化鋯)膠體微粒等沉積在陶瓷管的多孔介質表面形成的膜,其中沉積層起篩分作用。復合材料膜透過通量大,通過改變PH值容易形成和除去沉積層,清洗容易,但穩定性較差。
六、膜分離過程的分類:
1、反滲透:
(1)推動力:壓力差。
(2)透過物質:水和溶劑,透過粒徑小于0.5nm。
(3)被截留物質:無機鹽、糖類、氨基酸和有機物。
2、納濾:
(1)推動力:壓力差。
(2)透過物質:水和溶劑,透過粒徑小于1nm。
(3)被截留物質:無機鹽、糖類、氨基酸和有機物。
3、超濾:
(1)推動力:壓力差。
(2)透過物質:溶劑、離子和小分子,透過范圍在1nm~0.1μm。
(3)被截留物質:蛋白質、各類酶、細菌、病毒、膠體和微粒子。
4、微濾:
(1)推動力:壓力差。
(2)透過物質:水、溶劑和溶解物,透過范圍在0.1~10μm。
(3)被截留物質:懸浮物、細菌類、微粒子和大分子有機物。
5、滲析:
(1)推動力:濃度差。
(2)透過物質:離子、低分子量物質、酸、堿。
(3)被截留物質:無機鹽、糖類、氨基酸和有機物。
6、電滲析:
(1)推動力:電位差。
(2)透過物質:離子。
(3)被截留物質:離子。
7、滲透氣化:
(1)推動力:壓力差、濃度差。
(2)透過物質:蒸汽。
(3)被截留物質:液體、無機鹽。
8、氣體分離:
(1)推動力:濃度差。
(2)透過物質:易透過氣體。
(3)被截留物質:不易透過液體。