【医学ppt课件大全】膜分离

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,【医学课件大全】膜分离,【医学课件大全】膜分离,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,A,A,A,A,被动传递,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,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。,A,A,A+B,AB,A,AB,A+B,A,A,A,促进传递,B,AB, 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,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,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,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。,10.2.2 膜分离过程机理模型：不可逆热力学模型传递机,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。,10.2.3 膜的形态结构(1) 膜的形态结构：主要研究膜,6,(2) 膜的孔,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。,(2) 膜的孔膜孔的结构具有多样性，不同的膜具有不同的孔,7, 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。, 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。, 膜的孔径、孔径分布、孔密度和空隙率 膜的厚度,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,：,溶剂和溶质被吸附溶解于膜表面；,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,=,gH,平衡,H,溶剂,溶液,反渗透,p ,p,10.2.4 反渗透与纳滤(1) 反渗透的基本原理溶解,9,（2）浓度极化,改变操作条件控制浓度极化：,增加原料液的流速；,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,（2）浓度极化改变操作条件控制浓度极化：透过快的组分透过慢的,10,（3）膜的污染,操作一定时间后，膜表面被不溶的沉积物所覆盖，使膜的,性能下降。,主要原因：,原料液处理不当所造成的。,如：悬浮颗粒；膜表面结垢；细菌污染；金属氧化物、有机物、淤泥等。,（4）,纳滤,纳滤过程与反渗透过程极为相近，纳滤膜能够拦截纳米数量级的分子。与反渗透相比，纳滤水透量大、操作压力低、成本低纳滤可以用于脱除水溶液中的杂质和有机物，,如印染水的脱色、饮用水的预处理等。,（3）膜的污染（4）纳滤,11,10.2.5 超过滤与微孔过滤,以压力为推动力的膜分离过程。,超滤：,截留大分子溶质，而允许低分子溶质和溶剂通过，从而,将大分子与小分子分开。,微滤,超滤,纳滤,反渗透,微粒,大分子,小分子,二价离子,一价离子,水,微滤、超滤、纳滤、反渗透对物质的截留,10.2.5 超过滤与微孔过滤 以压力为推动,12,超滤和微滤的截留机理,主要是物质在膜表面及微孔内的吸附、在孔内的停留（阻塞）、膜表面的机械截留（筛分）、架桥截留和膜内部网络截留。,机械截留,吸附截留,架桥截留,膜表面截留,膜内部网络截留,超滤和微滤的截留机理主要是物质在膜表面及微孔内的吸附、在孔内,13,10.2.6 渗析和电渗析,（1）渗析的基本原理,膜两侧溶液中的溶质或溶剂在浓度差的推动下透过膜。,典型过程：,血液透析,膜,渗吸液,溶剂,渗出液,原液,溶质,溶剂,A,B,x,1,x,2,溶剂扩散物质,渗透过程原理,10.2.6 渗析和电渗析（1）渗析的基本原理典型过程：,14,（2）电渗析的基本原理,溶液中的离子在电位差的推动下，通过荷电膜而同其他不带电,的组分分开。,电渗析过程的基本原理：,阳膜：带负电的阳离子传递膜,阴膜：带正电的阴离子传递膜,电渗析广泛地应用于苦盐水脱盐，是世界上某些地区生产淡水的主要方法。,浓溶液,稀溶液,电极冲洗液,原料液,阳极,阴极,C,A,C,A,电渗吸过程原理,（2）电渗析的基本原理溶液中的离子在电位差的推动下，通过荷电,15,10.2.7 气体膜分离过程,（1）气体膜分离的机理,气体混合物在膜两侧分压差的作用下，各组分气体以不同渗透速率透过膜，使混合气体得以分离或浓缩的过程。,描述气体通过高分子膜的主要参数：, 渗透率,P,：,描述膜的气体透过性；, 渗透系数,J,：单位时间、单位膜面积、单位推动力作用下所,透过气体的量；, 分离系数,：描述气体分离膜的选择性，一般将其定义为,两种气体i，j渗透系数之比。,10.2.7 气体膜分离过程,16,（2）气体膜分离的主要应用, 氢气的回收利用；, 从空气中制取富氮气体和富氧气体。,10.2.8 渗透蒸发过程,在膜的原料侧是液体混合物，膜的另一侧为气相真空或负压操作，混合物的各组分在分压差作用下，以不同速率从膜的一侧蒸发并渗透到膜的另一侧，从而达到分离浓缩的目的。,区别于其他膜过程的重要特点是有相变。假设过程分两步完成：, 进料液体在膜进料侧蒸发形成饱和蒸汽，, 饱和蒸汽透过膜到达膜的渗透侧。,主要应用：,有机溶剂脱水、水的净化、有机混合物分离。,（2）气体膜分离的主要应用10.2.8 渗透蒸发过程,17,10.2.9 其他膜过程,（1）控制释放,指：,用分离膜控制药物的释放速度和作用时间，被应用于医疗和农业等方面。,时间,浓度,有效时间,常规释放,控制释放,有效浓度,两种不同给药方式的对比,10.2.9 其他膜过程时间浓度有效时间常规释放控制释放有效,18,（2）膜反应器,膜反应器中，可以利用膜的选择透过性，连续脱除某些反应产物，保留反应物或中间产物，以促使反应不断向生成物方向进行，提高可逆反应的转化率，减少未反应物的循环量。,分为两大类：,催化膜反应器、惰性膜反应器。,（2）膜反应器,19,基础研究 过程开发 过程优化,低速增长,价格稳定性,高速增长,使用可靠性,技术状况,出售状况,MD,MR,MEC,AT,FT,MD,MFd,ME,LM,PV,GS,CR,ED,RO,UF,MF,D,D-渗吸；LM-液膜；MF-微孔过滤；ME-膜电解；UF-超过滤；MEd-双极性膜；RO-反渗透；MD-膜医用装置；ED-电渗吸；FT-促进传递；CR-控制释放；AT-主动传递；GS-气体分离；MR-膜反应器；PV-渗透蒸发；MEC-膜能量转换系统,部分膜过程研究发展状况,部分膜过程的研究发展状况：,基础研究 过程开发,20,