3北京化工大学膜分离实验室介绍课件

,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,传质与分离实验室,*,膜分离研究室简介,2009-11-2,实验室简介,传质与分离实验室膜分离研究室是北京化工大学具有悠久历史和传统的实验室，实验室研究方向主要包括膜吸收,/,膜萃取过程中的传质机理研究、中空纤维更新液膜技术相关研究、以及膜反应器等。藉科研与教学相结合，取得了丰硕成果。,本实验室获国家科学技术进步二等奖,1,项，国家级教学成果二等奖,1,项，省部级科技进步一等奖,3,项，二等奖,1,项，以及多个教学类奖项。共发表学术论文,50,余篇，其中，,SCI,收录,20,篇，,EI,收录,13,篇。共取得发明专利,6,项，其中,3,项已授权。,实验室,承担,863,计划,4,项，国家科技支撑计划,1,项，,1,人次入选新世纪优秀人才支持计划，国家自然科学基金,4,项，并,承担,多项,省部级以上科研项目,，科研经费总额达,600,余万元。实验室现有高效液相色谱等多套精密实验仪器，配套设施亦较为完善。,2,传质与分离实验室,研究人员,研究室目前共有,4,位教师，,4,名在读博士研究生，,40,余名硕士研究生。,4,张卫东，博士，教授、博士生导师。,1996,年毕业于清华大学化学工程系。长期从事膜分离方面的科研工作，尤其是在中空纤维膜器结构设计及中空纤维膜萃取过程及纳滤膜的制备及分离应用过程有较长期和深入的研究。,任钟旗，博士，副教授。,2004,年毕业于清华大学化学工程与技术专业。长期从事传质与分离、液液萃取、液膜技术、废水处理及,CO,2,吸收等方面的工作。,王曙光，博士，讲师。,2004,年毕业于中国科学院生态环境研究中心环境科学专业。主要从事环境微生物应用、微生物资源开发、微生物与酶的固定化等方面的研究,.,传质与分离实验室,刘君腾，博士，讲师。,2009,年毕业于北京化工大学传质与分离实验室。主要从事液液萃取、液膜技术、废水处理、乙醇发酵等方面的研究,.,传质与分离实验室,5,中空纤维更新液膜技术及其应用,PTFE,膜分离技术在非均相分离过程中的应用,渗透汽化及蒸汽渗透技术,膜吸收过程传质性能的研究,固定化酶膜反应器,研究方向介绍,中空纤维更新液膜,技术及其应用,中空纤维更新液膜技术特点,中空纤维更新液膜不仅解决了支撑液膜的稳定性问题、乳化液膜制乳与破乳的困难的问题，而且该技术所需的设备体积小，操作简单，无二次污染，可大大节省空间，降低产品所需的能耗以及设备投资等，从而使产品生产成本降低，具有较好的应用前景。,7,传质与分离实验室,HFRLM,处理含铬废水,电镀、制革以及铬盐工业都会产生大量的含铬废水。废水中铬离子主要以,Cr(VI,),的形态存在。,Cr(VI,),的毒性较大，,被含铬废水污染的水源、土壤，动植物无法存活，生态环境遭到严重破坏。,GB8978 -1996 ,污水综合排放标准,严格限制,Cr(VI,),的最高允许排放浓度为,0.5mg/L,。,将中空纤维更新液膜液膜技术用于含铬废水处理，实现废水中,Cr(VI,),的去除和铬的富集，从而最终实现废水闭路循环系统，形成一项具有自主知识产权的新型绿色工艺，具有极大的社会效益和经济效益。,8,传质与分离实验室,HFRLM,处理含铜废水,在印制电路板生产过程中，有大量会对环境和人类造成危害的含铜废液及废水产生。去除或降低废水中重金属离子,(,包括铜离子,),含量的方法有 化学处理法、离子交换法、电解法、吸附法、反渗透法等。,将中空纤维更新液膜技术引入到铜离子回收中来，较传统的回收方法而言，更加简单、经济可行而且操作简单，克服了传统分离方法的一些弊病，尤其是较之用乳化液膜法回收铜离子，避免了复杂的操作工艺，也消除了由于膜的不稳定性引起的诸多问题。,9,传质与分离实验室,10,HFRLM,提取青霉素,青霉素作为治疗细菌性感染的重要药物，是半合成抗生素中间体及头抱菌类抗生素的重要中间体和原料，至今仍是世界重要的生化产品之一。,青霉素传统提取工艺中，目前最常用的工艺是溶媒萃取法 ，具有处理能力大、分离效果好、回收率高、可连续操作等优点，但仍存在青霉素降解损失严重、冷却过程生产能耗大、醋酸丁酯水溶性大，溶剂回收困难等弊端。,HFRLM,应用于生物活性物质及天然产物的分离纯化，可简化操作条件，提供较大的传质面积、具有传质效率高、稳定性好、操作简单、无二次污染等优点。,传质与分离实验室,11,柠檬酸作为一种高科技产品，已引起世界各国的高度重视，广泛应用于食品工业、医药工业、化工工业。,传统的柠檬酸分离法有钙盐法、离子交换树脂法、溶剂萃取法 ，但都普遍存在工艺复杂、收率低等问题。,将中空纤维更新液膜应用于柠檬酸提取，有效解决了传统技术种种问题，更加简单可行，展示了其在柠檬酸稀溶液处理方面的广阔应用前景。,HFRLM,提取柠檬酸,传质与分离实验室,己内酰胺精制过程,针对工业上己内酰胺的精制过程的一些缺点，本实验室选用张卫东教授在,2004,年提出的,中空纤维更新液膜分离技术,对粗己内酰胺进行精制处理，清水做反萃剂，反萃前后电导率增量小于,1/cm,；经过液膜及一级萃取过程后，萃后残液含己内酰胺,0.4%wt,。,本实验室与巴陵石化分公司建立合作项目中空纤维更新液膜用于已内酰胺精制技术开发，并且通过验收。,12,传质与分离实验室,PTFE,膜分离技术在非均相分离过程中的应用,大气除尘,化工、能源等工业过程所产生的大量烟尘对人体和环境造成极大危害，特别是燃煤发电厂等产生的逸散性粉尘污染尤为严重，从原煤进厂到锅炉燃烧、排放的整个过程均有粉尘产生，它不仅严重影响工作人员的身体健康，而且还严重污染大气环境。,14,研究背景,传质与分离实验室,大气除尘,15,1,2,3,4,操作简单可靠,结构较简单,投资较少,收集粉尘粒径范围广,过滤效率高,袋式,除尘器,除尘装置一般有机械式除尘器、湿式除尘器、静电除尘器、过滤式除尘器,缺点,效率低、设备复杂、收集粉尘粒径范围窄等,除尘器,传质与分离实验室,大气除尘,16,深层过滤,表面过滤,表面过滤机理具有过滤阻力小，粉尘层易剥落，解决了深层过滤阻力高、操作压力大，反冲洗频率高、使用寿命短等问题，是较为有利的过滤方式。,过滤机理,传质与分离实验室,17,传质与分离实验室,开发出耐,200,以上高温、化学性能稳定的高效除尘袋，粉尘去除率,99.9,99%,。,本实验室在,ePTFE,薄膜相关的研究领域发表了,13,篇论文，申请了,8,项专利，获得国家技术发明二等奖、中国纺织工业协会科学技术一等奖、北京市科技进步二等奖等奖励，研究水平被鉴定专家评价为“总体研究水平处于国内领先，覆膜滤料部分性能达到国际先进水平”。,实验室研究成果,水过滤,PTFE,膜的,强疏水性,限制了其在水溶液体系处理中的应用，其,亲水改性,成为各国研究人员优先关注的重要问题之一。实现,PTFE,膜的亲水改性，不仅在理论上具有创新性，在技术上具有先进性，更具有巨大的经济效益和环境效益。国际上除美国,Gore,公司以外，尚无工业化亲水,PTFE,膜的生产先例。,18,研究背景,传质与分离实验室,水过滤,19,（,1,）添加亲水料 （,2,）未添加,PTFE,薄膜的,SEM,照片,通过配位键合理论，根据,PTFE,的大分子结构特性，选择能提供空电子轨道的物质（如,Sn,、,Fe,类配合物等），与,PTFE,进行配位键合，攻克了,PTFE,材料亲水改性的难题。,亲水改性原理：,亲水改性,传质与分离实验室,水过滤,20,中药过滤前后对照图片,（左边是过滤后的药水，右边是过滤前的药水）,在工业实验应用中采用板框式过滤器，对废水中的药物颗粒过滤，截留率高达,99.9%,（药物颗粒含量大，粒径较大），设备运行,10,个月以来，过滤通量未见明显下降，处理量稳。表明,PTFE,改性亲水膜在医药领域有比较性能。,传质与分离实验室,油水分离,目前多数油田已经进入开采后期，需要进行,注水开采,，导致原油中含有大量的水分，原油中所含水分会造成输送动力的增加，并给后期加工过程带来困难；在加工过程中的一些操作不当等原因，也会造成,油品中含有大量的水,。如果不经处理直接进入下游工艺中的精馏塔，会因水的汽化而造成塔内压力波动太大，并影响到正常生产。,21,研究背景,传质与分离实验室,油水分离,在不超过水的穿透压得情况下，油、水在疏水膜表面的情况,22,膜分离技术脱除油中水分是利用,油、水在膜表面润湿程度,不同和,表面张力,的不同来实现的。,膜法脱除油品中水分,传质与分离实验室,渗透汽化,&,蒸汽渗透技术,渗透汽化,&,蒸汽渗透技术,渗透汽化,&,蒸汽渗透,技术，是用于液体混合物特别是共沸物分离的一种新型膜技术；,在石油化工、医药、食品和环境保护等领域中具有广阔的应用前景及市场并得到了一定的应用；,符合可持续发展战略的,“,清洁工艺,”,；,被称为二十一世纪最有前途的高技术之一。,24,传质与分离实验室,渗透汽化,&,蒸汽渗透技术,渗透汽化是一种利用液体混合物中各组分在膜内,溶解和扩散性能的差异,而使之分离的新型膜过程。它是在液体混合物中组分蒸汽分压差的推动下，利用组分在膜内的溶解度和扩散速度的不同实现分离的过程。,25,原 料,真空泵,冷凝器,渗透物,渗余物,不凝气,渗透汽化技术作为一种新型膜分离技术，在有机物,/,水、有机物,/,有机物溶液的分离方面表现出明显的技术特点，具有,分离因子高、操作简单、分离作用不受组分汽液平衡,的限制等优点。,传质与分离实验室,渗透汽化,&,蒸汽渗透技术,26,蒸汽渗透是在渗透汽化技术基础上发展起来的，并相比渗透汽化具有更多的优势：,(1),气体接触膜，杂质少，膜污染小；,(2),在可比较的操作条件下，,VP,过程的,“,真实,”,传质系数高；,(3),膜的使用寿命更长；,(4),能量损耗较低；,(5),操作过程简单。,近,10,年来，蒸汽渗透技术发展的步伐很快， 并应用于越来越多的领域。,传质与分离实验室,渗透汽化,&,蒸汽渗透技术,27,渗透汽化,/,蒸汽渗透,膜反应器,是一种将膜组件以一定形式耦合到反应过程中，并通过渗透汽化,/,蒸汽渗透打破反应平衡以获得更高收率和反应速率的新型、高效反应器。,反应体系,某一产物,渗透汽化,/,蒸汽渗透膜反应器集反应和分离于一体，不仅,节约了能耗,，还,提高了反应收率和缩短了反应时间,。,渗透汽化,/,蒸汽渗透膜反应器的研究仅始于近,l0,来年，是一个新兴的研究方向。,传质与分离实验室,传质与分离实验室,28,渗透汽化,&,蒸汽渗透技术,蒸汽渗透技术的应用：,研究体系：,醇,/,水体系脱水,膜：,CS+PVA/PTFE,共混复合膜；,PDMS/PTFE,复合膜,实验已获得较高的分离因子及通量，为进一步研究蒸汽渗透膜反应分离器奠定基础。,渗透汽化,&,蒸汽渗透技术,随着对节能要求的增长和环境保护立法的严格，渗透汽化和蒸气渗透技术将迎来新的发展机遇和挑战。,今后进一步的研究方向是：,开发新的耐高温、耐溶剂、高选择性、大通量透水膜；开发高性能有机物,/,有机物分离膜；开拓新应用领域,，以充分发挥这一新技术的优势和潜力。,29,传质与分离实验室,膜吸收过程传质性能的研究,膜吸收概述,31,膜吸收过程基本原理图,（对于疏水膜）,1985,年,Zhang,Qi,&,Cussler,将膜分离技术与传统吸收技术相耦合，开发了一种新型气体吸收技术,膜吸收技术。,与传统的吸收过程相比较，膜吸收过程具有以下,特点,：,使用中空纤维膜接触器，传质比表面积大，可达,3000,5000m,2,/m,3,；,克服雾沫夹带、液泛等问题；,气液两相流速可以独立调节，操作弹性大。,膜吸收过程的,主要应用,SO,2,、,CO,2,等酸性气体的脱除,废水中挥发性污染物的处理,氨气回收,传质与分离实验室,固定化酶膜反应器,背景,木瓜蛋白酶,33,酶的结构对环境十分敏感，如对热、强酸、强碱、有机溶剂等不够稳定，从反应体系中回收困难，易于造成产物污染使得产物提纯困难，从而导致生产成本的提高等。因此酶在工业领域的应用一直受到限制,。,直到二十世纪六十年代，随着酶固定化概念的提出才为这些问题的解决提供了有效的手段，从而成为酶工程领域中最为活跃的研究方向之一。,酶活中心,传质与分离实验室,酶的固定化,固定化酶,(immobilized enzyme),是指用物理或化学方法将酶限制或定位在某一特定的空间范围内，从而增加酶对环境波动的耐受性。,34,提高酶的稳定性,对酶催化过程可实现调控,易于将底物与产物分开,利于产物的分离纯化,便于进行连续反应,反应后可回收重复使用,传质与分离实验室,固定化酶膜反应器,35,特点,反应速率快，选择性高，条件温和,膜是酶固定化的良好载体,能够有效消除产,物抑制,特点,传质面积大，传质速率快,避免了乳化和破乳、液泛等问题,易于连续化、自,控与集成化,1968,年，,Michaels,首次提出了酶膜反应器的概念。酶膜反应器能将酶的催化特性与膜材料的优良分离性能相结合，使化学反应和产品分离同时进行。,传质与分离实验室,固定化酶膜反应器,36,药物生产,(,中间体生产,),的各种转化反应,对外消旋化合物进行光学拆分以及手性化合物 的合成,应用在发酵工业中，生产乙醇、丙酮,酶膜生物反应器用于污水处理,尤其是水中酚的降解,研究及应用领域,传质与分离实验室,科研获奖,国家科学技术进步二等奖,高粘度、易自聚等特殊物系精馏新技术的研究开发与应用,38,传质与分离实验室,科技进步一等奖,面向非均相分离过程的,PTFE,膜开发及其应用,39,传质与分离实验室,科技进步一等奖,易自聚物料精馏新技术的研究开发和应用,40,传质与分离实验室,科技进步一等奖,BH,型高效填料塔与分离过程强化的研究、开发及产业化应用,41,传质与分离实验室,北京市科学进步二等奖,膨化聚四氟乙烯膜的微孔控制、改性及其应用研究,42,传质与分离实验室,专利,44,张卫东，郝欣，张慧峰，张泽廷，徐静年，史季芬,.,张卫东，刘君腾，任钟旗，杜昌顺，马竞男,.,传质与分离实验室,含铬废水闭路循环处理工艺,.,发明专利,(,已授权,). 2008.3.21 , ZL2006101131265,一种微孔板式膜孔隙率的测定方法,.,发明专利,(,已授权,).,2006.4.19,，,ZL02158742.6,利用中空纤维更新液膜技术实现,同级萃取,反萃的方法.,发明专利,(,已授权,).,2004,.,9,.,21,Z,L,200410077945.X,张卫东，李爱民，刘君腾，姜德强，应讷江，,于丽丽.,肟水解反应与渗透汽化膜分离耦合技术一步法制备羟胺盐,.,发明专利,. 2007.6.8, 200710100329.5,45,一种利用反应萃取,“,耦合,”,技术制备羟胺盐的方法,.,发明专利,. 2006.6.23, 200610089403.3,任钟旗，张卫东，刘光虎，陈星群,.,张卫东，姜德强，任钟旗，杨婧，杨龙,.,一种利用疏水膜进行油品脱水的方法,发明专利. 200,9,.3.,1,3, 200910079492.7,张卫东，李宪勇，刘君腾，任钟旗，王曙光,传质与分离实验室,专著,美,托马斯,F.,艾得加，戴维,M.,希梅尔布劳，利昂,S.,拉斯东 著,.,张卫东，任钟旗，刘光虎,译,.,化工过程优化,.,化学工业出版社，,2006,年出版，,ISBN 7-5025-7363-1,47,法,约瑟,G.,桑切斯,.,马可，,美,西奥多,T.,托迪斯 著,.,张卫东，高坚,译,.,催化膜与膜反应器,M.,化学工业出版社,. 2004,年出版,.,（国外优秀科技著作出版专项基金资助,ISBN 7-5025-5401-7/TQ 1965,）,麻德贤，李成岳，张卫东,.,化工过程分析与合成,M.,化学工业出版社,. 2003,年出版,.,（国家,“,十一五,”,规划教材（,2006,）面向世纪课程教材（,2002,）北京市精品教材建设项目（,2002,）北京市精品教材（,2004,）,ISBN 7-5025-3845-3/G-1015,）,传质与分离实验室,科研项目,国家高技术研究发展计划,(863,计划,),49,微细粒子高效捕集覆膜滤料的研制,(,编号：,2007AA06Z310),国家高技术研究发展计划,(863,计划,),聚四氟乙烯薄膜耐高温复合材料除尘袋,(,编号：,2002AA649280,),国家高技术研究发展计划,(863,计划,),溶液聚合法制备,CCF-3,型碳纤维原丝及碳纤维小试技术研究,(,编号：,2002AA304030,),国家科技支撑计划,抗生素现代分离工程技术与装备研发,(,编号：,2007BAI26D03,),教育部,“,新世纪优秀人才支持计划”,(,编号：,NCET-05-0122,),传质与分离实验室,国家高技术研究发展计划,(863,计划,),二氧化碳的捕集与封存技术,(,编号：,2008AA062301),国家自然科学基金,50,膜分离耦合过程中微观结构的影响及传质机理研究,(,编号：,20206002,),中空纤维更新液膜实现同级萃取,-,反萃过程,(,编号：,20576008,),中空纤维支撑体膜材料及结构对液膜过程稳定性及传质强化的研究,(,编号：,20706003,),根际生物活性对大气臭氧浓度升高的响应机理研究,(,编号：,40701180,),国家自然科学基金,国家自然科学基金,国家自然科学基金,传质与分离实验室,部分实验仪器,高效液相色谱,52,卡尔费休水分测量仪,超纯水机,离子色谱,传质与分离实验室,教学获奖,国家级教学成果二等奖,发扬特色，锐意创新，构建先进教学平台，全面提高化工原理教学质量,54,传质与分离实验室,第三届北京市高等学校教学名师奖,第三届北京市高等学校教学名师奖,55,传质与分离实验室,北京市教育教学成果二等奖,56,深化课程体系改革，建设国内一流化工专业,第八届中国石油和化学工业优秀教材奖二等奖,化工过程优化,北京市精品教材,化工过程分析与合成,北京市精品课程,化工过程分析与合成,传质与分离实验室,