膜分离工程第一章课件

膜分离工程膜分离工程第第1章章 绪论绪论第第2章章 膜材料与膜制备膜材料与膜制备第第3章章 膜分离工程学概述膜分离工程学概述第第4章章 微滤、超滤微滤、超滤 第第5章章 纳滤、反渗透纳滤、反渗透第第6章章 渗透汽化渗透汽化第第7章章 膜生物反应器膜生物反应器MBR第第8章章 膜过程设计膜过程设计第第9章章 膜污染与控制膜污染与控制第第10章章 膜前沿膜前沿-膜与环境膜与环境绪论1、膜的概念2、膜科学发展史3、膜的分类4、膜过程的一些重要概念5、膜的主要应用6、膜分离其他内容膜分离工程参考教材膜分离工程参考教材参考书参考书 邵刚编著.膜法水处理技术.冶金工业出版社.2000时钧,袁权,高从堦主编.膜技术手册.化学工业出版社.2001教材教材 安树林主编 天津市“十五”重点建设教材 膜科学技术实用教程膜科学技术实用教程 化学工业出版社 2005膜膜料液料液水水小分子小分子大分子大分子渗透液渗透液定义：定义：具有选择性分离的功能薄膜具有选择性分离的功能薄膜材料。材料。美国官方文件美国官方文件“18“18世纪电器改变了整世纪电器改变了整个工业进程，而个工业进程，而2020世纪膜技术将改变整世纪膜技术将改变整个个世界的面貌世界的面貌”，“目前没有一种技术，目前没有一种技术，能像膜技术这么广泛地被应用能像膜技术这么广泛地被应用”“2121世纪的多数工业中，膜技术扮演着世纪的多数工业中，膜技术扮演着战略的角色战略的角色”“谁掌握了膜技术，谁就掌握了谁掌握了膜技术，谁就掌握了2121世纪世纪化工的未来化工的未来”膜分离概述1、膜分离概述概念：概念：用半透膜作为选择障碍层，用半透膜作为选择障碍层，利用膜的选利用膜的选择性（孔径大小），以膜的两侧存在的能量差择性（孔径大小），以膜的两侧存在的能量差作为推动力，作为推动力，允许某些组分透过而保留混合物允许某些组分透过而保留混合物中其它组分，从而达到分离目的的技术。中其它组分，从而达到分离目的的技术。显显微微镜镜下下膜膜的的照照片片膜断面结构膜断面结构海绵状结构海绵状结构指状结构指状结构年代年代科学家科学家主要内容主要内容1748Abbe Nelkt水能自发地穿过猪膀胱进入酒精溶液，发生水能自发地穿过猪膀胱进入酒精溶液，发生渗透现象渗透现象1827Dutrochet名词渗透作用（名词渗透作用（Osmosis）的引入）的引入1831J.V.Mitchell气体透过橡胶膜的研究气体透过橡胶膜的研究1855Fick发现了扩散定律，至今用于通过膜的扩散；发现了扩散定律，至今用于通过膜的扩散；制备了早期的人工半渗透膜制备了早期的人工半渗透膜18611966Graham发现气体通过橡皮有不同的的渗透率，发现发现气体通过橡皮有不同的的渗透率，发现渗析（渗析（Dialysis）现象）现象18601977Vant Hoff，Tranbe，Preffer渗透压定律渗透压定律1906Kahlenbery观察到烃观察到烃/乙醇溶液选择透过橡胶薄膜乙醇溶液选择透过橡胶薄膜1917Kober引入名词渗透气化（引入名词渗透气化（Pervaporqtion）2 2、膜科学的发展史、膜科学的发展史1911DonnanDonnan分布定律。研究了分子带电荷体的形成，电荷分分布定律。研究了分子带电荷体的形成，电荷分布，布，Donnan电渗析和伴生传递的平衡现象电渗析和伴生传递的平衡现象1922Zsigmondy Bachman Fofirol.etc微孔膜用于分离极细粒子、初期的超滤和反渗透（膜材料微孔膜用于分离极细粒子、初期的超滤和反渗透（膜材料为赛璐玢和再生纤维）为赛璐玢和再生纤维）1920Mangold，Michaels.Mobain.etc用赛璐玢和消化纤维素膜观察了电解质和非电解质的反渗用赛璐玢和消化纤维素膜观察了电解质和非电解质的反渗透现象透现象1930Teorell，Meyer，Sievers进行了膜电势的研究，是电渗析和膜电极的基础进行了膜电势的研究，是电渗析和膜电极的基础1944William Kolff初次成功使用了人工肾初次成功使用了人工肾1950Juda，Mcrae合成膜的研究，发明了电渗析，微孔过滤和血液透析等分合成膜的研究，发明了电渗析，微孔过滤和血液透析等分离工程离工程1960Loeb-Sourirajan相转化法制出了非对称反渗透膜相转化法制出了非对称反渗透膜1968N.N.Li发明了液膜发明了液膜1980Cadotte制出了界面反应聚合复合膜制出了界面反应聚合复合膜续表：续表：1861年，施密特（年，施密特（A.Schmidt）首先提出了）首先提出了超过超过滤滤的概念。他提出，用比滤纸孔径更小的棉胶膜的概念。他提出，用比滤纸孔径更小的棉胶膜或赛璐酚膜过滤时，若在溶液侧施加压力，使膜或赛璐酚膜过滤时，若在溶液侧施加压力，使膜的两侧产生压力差，即可分离溶液中的细菌、蛋的两侧产生压力差，即可分离溶液中的细菌、蛋白质、胶体等微小粒子，其精度比滤纸高得多。白质、胶体等微小粒子，其精度比滤纸高得多。这种过滤可称为超过滤。按现代观点看，这种过这种过滤可称为超过滤。按现代观点看，这种过滤应称为滤应称为微孔过滤微孔过滤。1864年年Traube成功研制了人类历史上第一成功研制了人类历史上第一张人造膜（亚铁氰化铜膜）张人造膜（亚铁氰化铜膜）1918年年Zsigmondy提出了商品微滤膜的制备提出了商品微滤膜的制备方法，并将其应用于微生物、微粒等方面方法，并将其应用于微生物、微粒等方面的分离和富集；的分离和富集；1950年年W.Juda成功研制了第一张具有实用成功研制了第一张具有实用价值的离子交换膜价值的离子交换膜,电渗析过程得到迅速的电渗析过程得到迅速的发展发展;1960年年Loeb和和Sourirajan以相转化法制备出以相转化法制备出第一张具有高透水性和高脱盐率的不对称第一张具有高透水性和高脱盐率的不对称膜（醋酸纤维素反渗透膜），是膜分离技膜（醋酸纤维素反渗透膜），是膜分离技术发展的一个里程碑。它不仅使反渗透过术发展的一个里程碑。它不仅使反渗透过程从实验室走向工业应用，而且这种新的程从实验室走向工业应用，而且这种新的制膜工艺引起科技和工业界的广泛重视；制膜工艺引起科技和工业界的广泛重视；推动了膜分离技术进入了实用和装置的研推动了膜分离技术进入了实用和装置的研制阶段。制阶段。1961年，米切利斯（年，米切利斯（A.S.Michealis）等人用各种）等人用各种比例的酸性和碱性的高分子电介质混合物以水比例的酸性和碱性的高分子电介质混合物以水丙酮丙酮溴化钠为溶剂，制成了可截留不同分子量溴化钠为溶剂，制成了可截留不同分子量的膜，这种膜是真正的的膜，这种膜是真正的超过滤膜超过滤膜。美国。美国Amicon公公司首先将这种膜商品化。司首先将这种膜商品化。分离过程分离过程年代年代目前主要厂商目前主要厂商应用应用微滤微滤1925Millipore Corp，Pall corp.，Asahi Chemical微电子、医学、微电子、医学、食品、化工等食品、化工等电渗析电渗析1960Oonics Ins.，Tokuyama Soda，Asahi Glass苦咸水脱盐、水苦咸水脱盐、水分解、氯碱工业分解、氯碱工业反渗透反渗透1965Film Tech./DOW，Hydronautics/Nitto，Torray，Ddu Pont海水脱盐、饮用海水脱盐、饮用水生产、食品工水生产、食品工业、造纸工业等业、造纸工业等渗析渗析1965Enka/AKZO，Gambro，Asahi Chemical血液渗析、工业血液渗析、工业废液等废液等超滤超滤1970Amicon Corp.，Koch Eng.Inc.，Nittl Denko制药工业、乳品制药工业、乳品工业等工业等气体分离气体分离1980Permea/Air Prod.，Ube Ind.，Hoechst/Celanese医疗、燃烧过程医疗、燃烧过程等等渗透汽化渗透汽化1990GFT GmbH无水乙醇生产无水乙醇生产膜工业的发展史膜工业的发展史1967年，年，DuPont公司研制成功了以尼龙公司研制成功了以尼龙66为主为主要组分的中空纤维反渗透膜组件。同一时期，丹要组分的中空纤维反渗透膜组件。同一时期，丹麦麦DDS公司研制成功公司研制成功平板式反渗透膜组件平板式反渗透膜组件。反渗。反渗透膜开始工业化。透膜开始工业化。自上世纪自上世纪60年代中期以来，膜分离技术年代中期以来，膜分离技术真正实现了工业化。首先出现的分离膜是真正实现了工业化。首先出现的分离膜是超过滤膜超过滤膜（简称（简称UF膜）、膜）、微孔过滤膜微孔过滤膜（MF膜）和膜）和反渗透膜反渗透膜（RO膜）膜）。以后又开发了。以后又开发了许多其它类型的分离膜。许多其它类型的分离膜。80年代年代气体分离气体分离膜膜的研制成功，使功能膜的地位又得到了的研制成功，使功能膜的地位又得到了进进步提高。步提高。具有分离选择性的人造具有分离选择性的人造液膜液膜是马丁（是马丁（Martin）在）在60年代初研究反渗透时发现的，这种液膜是覆盖在年代初研究反渗透时发现的，这种液膜是覆盖在固体膜之上的，为支撑液膜。固体膜之上的，为支撑液膜。60年代中期，美籍华人年代中期，美籍华人黎念之博士黎念之博士发现含有表面发现含有表面活性剂的水和油能形成界面膜，从而发明了不带有活性剂的水和油能形成界面膜，从而发明了不带有固体膜支撑的新型液膜。固体膜支撑的新型液膜。70年代初，卡斯勒（年代初，卡斯勒（Cussler）又研制成功）又研制成功含流动含流动载体的液膜载体的液膜，使液膜分离技术具有更高的选择性。，使液膜分离技术具有更高的选择性。膜分离发展过程和趋势可用？可用？高增长高增长低增长低增长透透析析微微滤滤超超滤滤反反渗渗透透电电渗渗析析控控制制释释放放气气体体分分离离渗渗透透汽汽化化双双极极膜膜液液膜膜膜膜反反应应器器闸闸膜膜活活化化传传递递我国1958年开始研究离子交换膜和电渗析，1966年开始研究RO、UF、MF、液膜、气体分离等膜分离过程应用与开发研究。80年代后期又陆续开展了渗透汽化、膜萃取、膜蒸馏和膜反应等新膜过程的研究，并着手进行膜技术的推广应用工作。国内主要的膜研究和推广单位：1）气体分离：大连化学物理研究所（天邦膜公司）2）液体分离：杭州水处理技术中心（西斗门公司）天津工业大学（膜天公司）天津工业大学（膜天公司）3）无机膜（陶瓷膜）：南京工业大学（久吾高科）我国膜技术发展史国内膜分离技术发展概况1967年上海化工厂聚乙烯异相离子交换膜正式投产，开始全国海水淡化大会战。20世纪80年代，开发膜技术列入科技攻关和发展计划，形成了一定规模的膜产业。1995年中国膜工业协会成立，进入规模发展的新阶段。膜的种类膜的种类根据膜的材质固体膜液体膜根据材料来源天然膜合成膜无机材料膜有机高分子膜根据膜的结构多孔膜致密膜离子交换膜渗析膜微孔过滤膜超过滤膜反渗透膜渗透汽化膜气体渗透膜根据膜的功能 固体膜固体膜根据膜断面的物理形态根据固体膜的形态对称膜不对称膜复合膜平板膜管式膜中空纤维膜卷式膜固体膜按结构分类固体膜按结构分类 分为：分为：对称膜对称膜(Symmetric Membrane)非对称膜非对称膜(Asymmetric Membrane)复合膜复合膜(Composite Membrane)膜分离的形式膜分离的形式错流过滤错流过滤 终端过滤 污染严重污染严重错流过滤污染轻污染轻膜过程的一些术语-错流n错流过滤的优点：(1)便于连续化操作过程中控制循环比；(2)流体流动平行于过滤表面，产生的表面剪切力带走膜表面的沉积物，防止污染层积累，使之处于动态平衡，从而有效地改善液体分离过程，使过滤操作可以在较长的时间内连续进行；(3)错流过滤所产生的流体剪切力和惯性举力能促进膜表面的溶质向流体主体的反向运动，提高过滤速度。膜过程的一些术语膜过程的一些术语-通量、拉伸强度、选择性通量通量：在一定操作条件下，单位时间通过单位面积膜的体积流量。单位L/m2.h 拉伸强度拉伸强度：定义为拉断膜丝时的拉伸力/材料截面积，单位Pa 选择性选择性：将混合物总的组分分离开来的能力。1）液体分离的选择性常用截留率截留率表示：R1Cp/Cf2）气体分离或有机溶剂混合物的分离常用分离因子分离因子表示选择性：A/B(yA/yB)/(xA/xB)截断曲线截断曲线得到的截留率与分子量之间的关系称为截断曲线。得到的截留率与分子量之间的关系称为截断曲线。质量好的膜应有陡直的截断曲线质量好的膜应有陡直的截断曲线,可使不同分子量的溶质分离完全；可使不同分子量的溶质分离完全；反之，斜坦的截断曲线会导致分离不完全。反之，斜坦的截断曲线会导致分离不完全。水通量：水通量：纯水在一定压力，温度纯水在一定压力，温度(0.35MPa(0.35MPa，25)25)下试下试 验，透过水的速度验，透过水的速度L/hL/h m m2 2。JW =W/A tp同类膜，孔径同类膜，孔径，水通量，水通量JwJw。p水通量水通量J Jw w不能代表处理大分子料液的透过速度，因为大分子不能代表处理大分子料液的透过速度，因为大分子p溶质会沉积在膜表面，使滤速下降（约为纯水通量的溶质会沉积在膜表面，使滤速下降（约为纯水通量的10%10%）p由由JwJw的数值可了解膜是否污染和清洗是否彻底。的数值可了解膜是否污染和清洗是否彻底。水通量水通量孔径常用泡点法（孔径常用泡点法（bubble-point methodbubble-point method）测定，对微孔膜尤为）测定，对微孔膜尤为适用。适用。将膜表面复盖一层溶剂（通常为水），从下面通入空气，逐渐将膜表面复盖一层溶剂（通常为水），从下面通入空气，逐渐增大空气压力，当有稳定气泡冒出时的压力，称为泡点压力增大空气压力，当有稳定气泡冒出时的压力，称为泡点压力根据下式，即可计算出孔径：根据下式，即可计算出孔径：d d4 COS4 COSP P （17-317-3）式中式中d d为孔径，为孔径，为液体的表面张力，为液体的表面张力，为液体与膜间的接为液体与膜间的接触角，触角，P P为泡点压力。为泡点压力。孔径和孔径分布也可直接用电子显微镜观察得到，特别是微孔径和孔径分布也可直接用电子显微镜观察得到，特别是微孔膜，其孔隙大小在电镜的分辨范围内。孔膜，其孔隙大小在电镜的分辨范围内。膜过程的一些术语-孔道特征-孔径本法用于试验膜和组件是本法用于试验膜和组件是否完整或渗漏。否完整或渗漏。将微、超滤器保留液出口将微、超滤器保留液出口封闭，透过液出口接上一封闭，透过液出口接上一倒置的滴定管。自料液进倒置的滴定管。自料液进口处通入一定压力的压缩口处通入一定压力的压缩空气，当达到稳态时，测空气，当达到稳态时，测定气泡逸出速度，定气泡逸出速度，如大于如大于规定值，表示膜不合格。规定值，表示膜不合格。膜过程的一些术语-完整性实验膜过程的一些术语-浓差极化浓差极化：浓差极化：在膜分在膜分离过程中，一部分溶质离过程中，一部分溶质被截留，在膜表面及靠被截留，在膜表面及靠近膜表面区域的浓度越近膜表面区域的浓度越来越高，造成从膜表面来越高，造成从膜表面到本体溶液之间产生浓到本体溶液之间产生浓度梯度，这一现象称为度梯度，这一现象称为“浓差极化浓差极化”。1 2 3 Cf Cm Cp 浓差 膜层 渗透侧 极化层 极化层克服浓差极化的方法浓差极化的减少浓差极化的减少降低压力降低压力降低膜表面的浓度降低膜表面的浓度降低溶质在料液中的浓度降低溶质在料液中的浓度垂直于膜垂直于膜的混合的混合排除膜表面排除膜表面的浓集物的浓集物桨式混合器桨式混合器静态混合器静态混合器边界层减薄边界层减薄机械清洗机械清洗提高膜面粒子提高膜面粒子反向传递反向传递增加流速增加流速短的液流周期短的液流周期增加扩散增加扩散细的通道细的通道膜污染膜使用中最大的问题是膜污染膜使用中最大的问题是膜污染膜污染膜污染：指处理物料中的微粒、胶体粒子或溶质大分子由于与膜存在物理化学相互作用或机械作用而引起的在膜表面或膜孔内吸附、沉积造成膜孔径变小或堵塞，使膜产生渗透通量与分离特性的不可逆变化现象。1 1、物理污染、物理污染包括膜表面的沉积沉积，膜孔内的阻塞，这与膜孔结构、膜表面的粗糙度、溶质的尺寸和形状等有关。2 2、化学污染、化学污染包括膜表面和膜孔内的吸附，这与膜表面的电荷性、亲水性、吸附活性点及溶质的荷电性、亲水性、溶解度等有关。膜过程的一些术语-膜污染7、膜技术的应用膜海水淡化海水淡化工业废水处理工业废水处理城市废水资源化城市废水资源化天然气天然气生物质利用生物质利用能源能源水资源水资源传统工业传统工业生态环境除尘除尘COCO2 2 控制控制制制 药药食食 品品化工与石化化工与石化电电 子子冶冶 金金燃料电池燃料电池洁净燃烧洁净燃烧膜分离技术的应用膜分离技术的应用应用应用水的脱盐水的脱盐和净化和净化食品工业食品工业医疗、卫生方面医疗、卫生方面石油、化石油、化工方面工方面环境工程环境工程其他方面其他方面海水与苦海水与苦咸水淡化咸水淡化电厂锅炉电厂锅炉供水脱盐供水脱盐超纯水制备超纯水制备城市家庭饮城市家庭饮用水的净化用水的净化乳品乳品加工加工酒类酒类生产生产果汁果汁加工加工酶制剂酶制剂生产生产医疗、卫医疗、卫生用水生用水药品生产药品生产医疗应用医疗应用中药提炼中药提炼回收有机蒸气回收有机蒸气制取富氧空气制取富氧空气无水乙醇生产无水乙醇生产膜与生膜与生物技术物技术国防上国防上的应用的应用交通、交通、运输方运输方面面脱脱气气膜膜电泳漆电泳漆废水废水电电镀镀废废水水纤维纤维工业工业废水废水造纸造纸工业工业废水废水其其他他废废水水典型的膜分离技术及应用领域典型的膜分离技术及应用领域 微孔过滤（微孔过滤（Microfiltration，MF）超滤（超滤（Ultrafiltration，UF）反渗透（反渗透（Reverse osmosis，RO）纳滤（纳滤（Nanofiltration，NF）气体膜分离（气体膜分离（Gas separationGas separation）电渗析（电渗析（Electrodialysis，ED）液膜（液膜（Liquid membrane，LM）渗透蒸发（渗透蒸发（Pervaporation，PV）微孔过滤（MF）：透过组分:溶液,气体截留组分：0.02-10mm粒子 推动力：压力差（100kPa）传递机理：筛分膜类型：多孔膜 进料滤液（水）目的：溶液脱除颗粒,气体脱粒子超滤（UF）：透过组分:小分子溶液截留组分：1-20nm大分子溶质推动力：压力差（1001000kPa）传递机理：筛分膜类型：非对称性膜目的：溶液脱大分子，大分子溶液脱小分子，大分子分级。进料滤液胶体大分子浓缩液浓缩液 超滤膜装置超滤膜装置纳滤（NF）：透过组分:溶剂,低价小分子溶质截留组分：1nm以上溶质推动力：压力差（5001500kPa）传递机理：溶解、扩散,Donnan效应膜类型：非对称性膜或复合膜进料溶剂、水溶质、盐目的：溶剂脱有机组分，脱高价离子,软化脱色浓缩等。反渗透（RO）：透过组分:溶剂截留组分：0.1-1nm小分子溶质推动力：压力差（100010000kPa）传递机理：优先吸附毛细管流动及溶解、扩散膜类型：非对称性膜或复合膜进料溶剂、水溶质、盐目的：溶剂脱溶质，小分子溶质溶液浓缩。工业应用的反渗透装置工业应用的反渗透装置微滤微滤 0.110 m：细菌、煤灰、发酵细胞、颜料、蛋白等超滤超滤 0.005 0.1 m：蛋白、颜料、多糖、大分子纳滤纳滤 0.00050.005 m：低聚糖、染料、多价离子反渗透反渗透0.00010.001 m：电解质、大于100Da的有机溶质水、小于100Da的有机溶质 膜的适用范围 mmA ARelative Relative size of size of common common materialmaterial过滤对象过滤对象过滤对象过滤对象MolecularMolecularweightweight分子量分子量分子量分子量0.0010.00110100.010.011001000.10.1100010001.01.010104 4101010105 51001001000100010106 610107 7100100200200 5,0005,00020,00020,000150,000150,000500,000500,000Aqueous saltsAqueous salts中水盐份中水盐份中水盐份中水盐份Metal ionsMetal ions金属离子金属离子金属离子金属离子SugarsSugars蔗糖蔗糖蔗糖蔗糖FiltrationFiltrationTechnologyTechnology过滤方法过滤方法过滤方法过滤方法PyrogensPyrogens 热源热源热源热源VirusVirus 病毒病毒病毒病毒Colloidal silicaColloidal silica 胶体硅胶体硅胶体硅胶体硅Albumin proteinAlbumin protein白蛋白白蛋白白蛋白白蛋白BacteriaBacteria 细菌细菌细菌细菌Carbon blackCarbon black碳黑碳黑碳黑碳黑Paint pigmentPaint pigment 颜料色素颜料色素颜料色素颜料色素Yeast cellsYeast cells 酵母酵母酵母酵母Milled flourMilled flour 面粉面粉面粉面粉Beach sandBeach sand海滩沙砾海滩沙砾海滩沙砾海滩沙砾PollensPollens 花粉花粉花粉花粉RORO反渗透反渗透反渗透反渗透Ultrafiltration Ultrafiltration 超滤超滤超滤超滤MicrofiltrationMicrofiltration微滤微滤微滤微滤ParticleParticle filtrationfiltration一般过滤一般过滤一般过滤一般过滤THE FILTRATION SPECTRUM THE FILTRATION SPECTRUM 过滤谱图过滤谱图过滤谱图过滤谱图NF 纳滤纳滤电渗析（ED）：透过物：小离子组分截留组分：同名离子，大离子和水推动力：电化学势传递机理：反离子经离子交换膜的迁移膜类型：离子交换膜浓电解质浓电解质极极产品产品阴离子交换膜阴离子交换膜阳离子交换膜阳离子交换膜进料进料目的：溶液脱小离子，小离子溶质的浓缩、小离子的分级。实际应用的电渗析器实际应用的电渗析器气体分离（GS）：透过：较小组分或膜中易溶组分 截留：较大组分推动力：压力差（100010000kPa），浓度差传递机理：溶解-扩散膜类型：均质膜、非对称性膜或复合膜进气渗透气渗余气目的：气体混合物分离、富集或特殊组分脱除。渗透蒸发（PVAP）：透过物：易溶解组分或易挥发组分截留组分：不易溶解组分或较大、较难挥发物推动力：分压差，浓度差传递机理：溶解-扩散膜类型：均质膜、非对称性膜或复合膜进料溶剂或溶质溶质或溶剂目的：挥发性液体混合物分离。膜的分离机理筛分机理筛分机理截留比膜孔径大或与孔径相当的微粒溶解溶解-扩散机理扩散机理 膜的选择性吸附和选择性扩散共同作用机理荷电机理荷电机理 膜中存在固定基团电荷的吸附、排斥产生选择渗透性多孔膜分离荷电膜分离致密膜分离膜分离过程的基本传质形式被动传递被动传递：为热力学为热力学“下坡下坡”过程，其中过程，其中膜的作用就像是一物理的平板屏障。膜的作用就像是一物理的平板屏障。促进传递促进传递：组分由特定的载体带入膜：组分由特定的载体带入膜中，具有高选择性的被动传递。中，具有高选择性的被动传递。主动传递主动传递：推动力是由膜内某化学反：推动力是由膜内某化学反应提供，主要存在于生命膜。应提供，主要存在于生命膜。物质透过膜的主要三种方式：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：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AAAAAA被动传递 促进传递：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：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。AAA+BABAAB A+BAAA促进传递BAB 膜分离技术的特点一一 膜分离通常是一个高效的分离过程；膜分离通常是一个高效的分离过程；例如：机械分离最小极限为微米级，而膜分离可例如：机械分离最小极限为微米级，而膜分离可将分子量几百的物质进行分离，对应的粒子大小将分子量几百的物质进行分离，对应的粒子大小为纳米级；乙醇为纳米级；乙醇-水体系在共沸点处相对挥发度为水体系在共沸点处相对挥发度为1 1，用蒸馏法难以分离，而渗透蒸发的分离系数为，用蒸馏法难以分离，而渗透蒸发的分离系数为数百，较易分离。数百，较易分离。各种海水淡化方法所需要的能量分离方法分离方法需消耗的动力需消耗的动力（kwh/mkwh/m3 3）需消耗的热量需消耗的热量（kj/mkj/m3 3 ）反渗透法反渗透法（水回收率（水回收率30%30%）4.74.71691116911冷冻法冷冻法9.39.33347233472萃取法萃取法25.625.69204892048电渗析法电渗析法32.332.3115863115863多级闪蒸多级闪蒸62.862.8225936225936二二 膜分离过程的能耗通常比较低。膜分离过程的能耗通常比较低。膜分离过程不发生相变，因此能量转化的效膜分离过程不发生相变，因此能量转化的效率高。率高。三三 膜分离过程在常温下进行，特别适膜分离过程在常温下进行，特别适合热敏性物料的分离。合热敏性物料的分离。浓缩技术对西莲果汁影响组分组分蒸发过程损失蒸发过程损失（w w）%反渗透过程损失反渗透过程损失（w w）%甲酸乙酯甲酸乙酯20.620.60 0乙酸乙酯乙酸乙酯94.594.50 0丁酸乙酯丁酸乙酯99.499.413.813.8已酸乙酯已酸乙酯10010031.331.3维生素维生素C C1001009.99.9四四 操作简便，维护容易，操作方式灵活；操作简便，维护容易，操作方式灵活；五五 无二次污染，一般不需要从外界加入无二次污染，一般不需要从外界加入其它物质。其它物质。六六 分离系数大，适用范围广。分离系数大，适用范围广。分离膜分离膜膜材料膜材料膜制备膜制备膜分离过程膜分离过程膜结构膜结构膜材料膜材料膜分离技术的关键问题膜分离技术的关键问题膜科学与基础科学的关系膜材料选择与改性-材料化学与物理膜材料合成-有机化学膜制备-相平衡-物理化学膜分离-化学工程膜器设计-数学、机械、系统工程、自控膜科学技术的未来研究新材料与开发制膜新工艺开发集成膜分离技术开发膜分离与传统分离技术相结合的新型膜分离过程开发膜分离与反应过程相结合的膜反应器1.MTM的变形的变形2.蓝色代表科技蓝色代表科技3.深浅蓝色代表膜的过滤深浅蓝色代表膜的过滤特性（浓缩与净化）特性（浓缩与净化）4.圆形代表中空纤维膜圆形代表中空纤维膜5.意涵公司不断创新发展意涵公司不断创新发展 的理念的理念 公司发展沿革图公司发展沿革图公司发展沿革图公司发展沿革图19741974年年年年19921992年年年年19991999年年年年天津纺织天津纺织工学院工学院膜分离技膜分离技术研究所术研究所天津纺织天津纺织工学院工学院膜天膜技膜天膜技术工程术工程公司公司天津膜天膜天津膜天膜工程技术工程技术有限公司有限公司20032003年年年年香港华益集团香港华益集团有限公司有限公司20072007年年年年中国高新投资中国高新投资有限公司有限公司天津膜天天津膜天膜科技有膜科技有限公司限公司中国纺织中国纺织工业对外工业对外经济技术经济技术合作公司合作公司天津工业大学天津工业大学 公司的产业链公司的产业链公司的产业链公司的产业链膜材料与膜过程研究开发膜材料与膜过程研究开发膜材料与膜过程研究开发膜材料与膜过程研究开发膜产品规模化生产膜产品规模化生产膜产品规模化生产膜产品规模化生产膜集成技术的大型装备制造膜集成技术的大型装备制造膜集成技术的大型装备制造膜集成技术的大型装备制造 膜技术应用工程膜技术应用工程膜技术应用工程膜技术应用工程国家中空维膜产业化示范基地国家中空维膜产业化示范基地国家中空维膜产业化示范基地国家中空维膜产业化示范基地 位于天津经济技术开发区第十一大街，占地位于天津经济技术开发区第十一大街，占地100亩，建筑面积亩，建筑面积2万余平方万余平方米，年产米，年产300万平方米中空纤维膜，是目前亚洲最大的膜制造基地之一。万平方米中空纤维膜，是目前亚洲最大的膜制造基地之一。膜膜膜膜 工程实验测试评价中心工程实验测试评价中心工程实验测试评价中心工程实验测试评价中心 建筑面积建筑面积5000平方米的膜工程实平方米的膜工程实验测试评价中心楼验测试评价中心楼将于将于2009年在开发年在开发区建成投入使用。区建成投入使用。公司目前拥有公司目前拥有1010条自行设计的纺丝设备条自行设计的纺丝设备和生产线，和生产线，4 4条自动化的浇注生产线以及生条自动化的浇注生产线以及生产、质检、技术等环节所需的仪器设备。产、质检、技术等环节所需的仪器设备。先进的生产线及制膜设备先进的生产线及制膜设备先进的生产线及制膜设备先进的生产线及制膜设备 我公司制造的不同品种、规格的膜组件我公司制造的不同品种、规格的膜组件我公司制造的不同品种、规格的膜组件我公司制造的不同品种、规格的膜组件 我公司生产制造多种材质（我公司生产制造多种材质（PVDF、PS、PES、PAN、PE等）、各等）、各种规格的内压型和外压型中空纤维超滤、微滤、管式膜组件及装置。种规格的内压型和外压型中空纤维超滤、微滤、管式膜组件及装置。国家级奖项国家级奖项国家级奖项国家级奖项新型功能中空纤维膜制备技术及其产业化应用项目荣获新型功能中空纤维膜制备技术及其产业化应用项目荣获2008年度国家技术发明奖二等奖年度国家技术发明奖二等奖 由我公司首席科学家肖长发教授主持的该项目是根据热力学相容性理论和聚合物共混界面相分离原理开发出的一种全新的中空纤维多孔膜制备技术，并且已成功地将此项技术产业化。这一世界领先的技术发明及其相关产品投入工程化应用，大大增强了国产聚合物中空纤维液体分离膜制备技术和产品的核心竞争力，为污水资源化提供了更为优秀的技术和产品。国家级奖项国家级奖项国家级奖项国家级奖项高性能聚偏氟乙烯中空纤维膜制备及在污水资源化应用中的关键技术高性能聚偏氟乙烯中空纤维膜制备及在污水资源化应用中的关键技术项目荣获项目荣获2012年度国年度国家技术发明奖二等奖家技术发明奖二等奖膜天膜公司的核心竞争技术膜天膜公司的核心竞争技术膜天膜公司的核心竞争技术膜天膜公司的核心竞争技术PVDFPVDF中空纤维超滤膜MBRMBR膜生物反应器CMFCMF连续膜过滤SMFSMF浸没式膜过滤TWFTWF双向流双向流连续膜过滤连续膜过滤连续膜过滤连续膜过滤(CMF)(CMF)技术简介技术简介技术简介技术简介 连连续续膜膜过过滤滤（CMF）技技术术是是国国际际上上最最新新的的污污水水深深度度处处理理再再生生回回用用技技术术之之一一。我我公公司拥有该项技术完整的自主知识产权。司拥有该项技术完整的自主知识产权。污水处理中水回用污水处理中水回用地下水、地表水净化地下水、地表水净化大型大型RO系统系统前级预处理前级预处理海水淡化系统海水淡化系统前级预处理前级预处理饮料澄清除浊饮料澄清除浊CMF技术技术的应用的应用CMFCMF技术的应用技术的应用技术的应用技术的应用CMFCMF在水资源再利用方面应用示例在水资源再利用方面应用示例在水资源再利用方面应用示例在水资源再利用方面应用示例 MTM-CMFMTM-CMF应用实例应用实例应用实例应用实例SMF 工艺流程图 SMF 应应 用用空气管泵池反洗管膜 池进水管出水管 在既有的砂滤池实现在既有的砂滤池实现膜法改造，可以大大提高膜法改造，可以大大提高产水水质，并且可以将处产水水质，并且可以将处理规模提高理规模提高1.5倍。倍。天津某再生水厂项目天津某再生水厂项目 2009年年10月投入运行月投入运行 设计规模：设计规模：SMF 53,000 m3/d RO 12,000 m3/d SMF 应应 用用MBRMBR工艺流程图工艺流程图工艺流程图工艺流程图MBR工艺可根据进出水水质灵活的设计组合工工艺可根据进出水水质灵活的设计组合工艺，如艺，如A2OMBR,A-MBR,还可与物化工艺集成，还可与物化工艺集成，若活性炭吸附、高级氧化等达到处理要求。若活性炭吸附、高级氧化等达到处理要求。膜生物反应器膜生物反应器(MBR)技术，是将生物技术技术，是将生物技术与膜分离技术结合而成的另一项重要的污与膜分离技术结合而成的另一项重要的污水处理回用技术。水处理回用技术。膜天公司拥有该技术的完整自主知识产权。膜天公司拥有该技术的完整自主知识产权。膜生物反应器膜生物反应器膜生物反应器膜生物反应器(MBR)(MBR)技术简介技术简介技术简介技术简介中空纤维浸入式膜组件（中空纤维浸入式膜组件（PVDF)MBR小型小型MBR膜单元膜单元大型大型MBR膜单元膜单元 TWFTWF工作原理工作原理工作原理工作原理 发酵液膜法精制过滤车间发酵液膜法精制过滤车间规规 模：模：1000m3/d 完成时间：完成时间：2000年年9月月 TWFTWF技术应用实例技术应用实例技术应用实例技术应用实例9、问题与展望膜材料研究薄弱，不少原材料需要进口膜组件性能低，品种少膜技术种类少，当前膜多为化学制剂，易造成二次污染产业规模小，应用领域窄技术成果产业化转化过程缓慢 膜技术是膜技术是21世纪最具发展前景的高新技术之世纪最具发展前景的高新技术之一，在优化工艺、节能降耗、保护环境、发展经济一，在优化工艺、节能降耗、保护环境、发展经济方面将发挥巨大的推动作用。方面将发挥巨大的推动作用。让我们携手合作，一起努力，保护我们共同生让我们携手合作，一起努力，保护我们共同生存的家园存的家园 碧水、蓝天、碧水、蓝天、绿地，让科技造福人类社会。绿地，让科技造福人类社会。结结结结 束束束束 语语语语