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膜的基礎知識
膜的基礎知識
 
    膜過程是一門新興的多種學科交叉的新技術,已經成為工業上氣體分離、水溶液分離、化學產品和生化 產   品的分離與純化的重要過程,廣泛應用于食品、飲料加工、水處理、大規模空氣分離、濕法冶金技術、氣體和液體燃料的生產以及石油化工制品生產等。
    膜從廣義上講可以定義為兩相之間的一個不連續區間,它可以是固相,液相,甚至氣相的。從分離的意義上來講,膜可以定義為: Membranes are thin barriers across which physical and/or chemical gradients can be established to produce differential flows of one or more components 。
    大多數的分離膜都是固體膜,目前,無論是從產量、產值、品種、功能或是應用對象上來講,固體膜都占 99%以上,其中尤以有機高分子聚合物材料制備成的膜和其過程為主。無機膜近年來發展迅速。液膜也有其特點,但尚待發展。
    物質選擇透過膜的推動力可分為兩類:一是外界能量,物質發生由低位到高位的轉移;二是化學位差,物質由高位向低位轉移。
膜分離過程的特點:高效;能耗(功耗)低;膜分離設備操作維護方便,運行穩定;規模和處理能力范圍很大。 

二、膜材料與膜組件 

1.膜材料及分類
    具有分離功能的固體膜目前主要以有機高分子聚合物為膜材料。以無機膜為膜材料的分離膜近年來發展迅速。
膜的分類主要有四種方法: 
膜的分類主要有四種方法
按膜的結構分類
按膜的用途分類
按膜的作用機理分類
天然膜
多孔膜
氣相系統中用膜
吸附性膜
合成膜
微孔介質
氣 - 液系統中用膜
擴散性膜
無機膜
大孔膜
液 - 液系統用膜
離子交換膜
高分子膜
非多孔膜
氣 - 固系統用膜
選擇滲透膜
 
無機膜
液 - 固系統用膜
非選擇性膜
 
聚合物膜
固 - 固系統用膜
 
 
液膜
 
 

2.膜組件 

膜面積愈大,單位時間透過量愈多,因此,當膜分離技術實際應用時,要求開發在單位體積內具有最大膜面積的組件。目前主要有以下幾種形式:
板框式( Plate and Frame Module )、螺旋卷式 (Spiral Wound Module) 、圓管式 (Tubular Module) 、中空纖維式 (Hollow Fiber Module) 和毛細管式 (Capillary Module) 。前兩種使用平板膜,后三者使用管式膜。圓管式膜直徑 >10mm 毛細管式- 0.5~10.0mm ;中空纖維式 <0.5mm> 。 
表:各種膜組件特性
名稱/項目
中空纖維式
毛細管式
螺旋卷式
平板式
圓管式
價格(元 /m 3 )
40~150
150~800
250~800
800~2500
400~1500
沖填密度
清洗
壓力降
可否高壓操作
較難
較難
膜形式限制

三、膜分離過程 

典型的膜分離過程特性如下表所示:
 
過程
主要功能
微濾( MF ) Microfiltration
濾除 ≥50nm 的顆粒
對稱細孔高分子膜 孔徑 0.03~10nm
超濾( UF )Ultrafiltration
濾除 5~100nm 的顆粒
非對稱結構的多孔膜 孔徑 1~20nm(MW1000~1000000)
反滲透( RO )Reverse Osmosis
水溶液中溶解鹽類的脫除
 
滲析(透析)( D )Dialysis
水溶液中無機酸、鹽的脫除
強堿性離子交換膜、聚乙烯醇中性膜
電滲析( ED )Electrodialysis
水溶液中酸、堿、鹽的脫除
陰陽離子交換膜
氣體分離( GP )Gas Permeation
混合氣體的分離
硅橡膠、聚砜、聚酰亞胺等非對稱膜
滲透汽化( PV )Pervaporation
水 - 有機物的分離
聚乙烯醇等由皮層和多孔支撐結構層構成的復合膜
液膜( L ) Liquid Membrane
鹽、生理活性物質的分離
液體保存在對稱或者非對稱多孔膜的孔中

四、膜技術應用領域 

當前主要膜分離過程的一些應用領域如下表所示:
膜過程
應用領域
用途舉例
離子交換膜電滲析
濃縮
海水濃縮制鹽
脫鹽
從海水或咸水制飲用水和工業用水
電解
食鹽電解燒堿
反滲透過程
制水
海水淡化
化學工業
石化廢水處理
醫藥
無菌水制造
農畜水產
蛋白質回收
食品加工
魚油廢水處理等
水處理
下水的脫氮、脫磷、脫鹽,水回收利用
超濾
化學工業
膠乳回收等
生物化工
發酵產品分離濃縮精制
醫藥
生理活性物質濃縮,分離,精制
水處理
超純水,無菌水制造
 
廢水處理
高濃度活性污泥處理水中取出懸浮物,細菌去除
微濾過程
化學工業
水、溶劑、酸,堿等化學品過濾,澄清
生物化工
菌體濃縮分離
電子工業
超純水制備
醫療
無熱源純凈水制備
食品
飲料中酵母和霉菌去除
水處理
水中懸浮物,微小粒子和細菌去除
氣體分離
富氧膜
提高燃燒效率而節能
氫分離膜
含氫氣體中濃縮分離氫氣
CO 2 分離
天然氣和沼氣中 CO 2 分離
氦分離膜
天然氣中氦分離
脫濕膜
空氣去濕
擴散滲析
堿性型膜
各種溶液、廢液,副產品中硫酸、酸鹽的去除,精制,回收
其他膜
糖類、醇,有機酸等脫鹽
生物傳感器
氧傳感器
乙二醇等測定
微生物傳感器
甲醇、乙醇、氨BOD,
標識免疫傳感器
乙型肝炎疫苗微量激素
非標識免疫傳感器
糖,梅毒菌,血型
 
 
 
日期:2016-3-24 瀏覽次數:1480
 
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