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膜的分類方法,你知道幾種?這篇文章都給你整理好了

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膜的分類方法,你知道幾種?這篇文章都給你整理好了

發布日期:2018-05-29 00:00 來源:http://www.q2pz.com 點擊:

膜的分類方法,你知道幾種?這篇文章都給你整理好了

來源:水世界訂閱號

所謂的膜,是指在一種流體相內或是在兩種流體相之間有一層薄的凝聚相,它把流體相分隔為互不相通的兩部分,并能使這兩部分之間產生傳質作用。

近年來,膜分離過程已逐漸成為化學工業、食品加工、廢水處理、醫藥技術等方面的重要分離過程。已經工業化的有微孔過濾、超濾、反滲透、電滲析和氣體分離等,滲透汽化也在最近幾年中速成了工業規模的裝置。膜分離與反應結合的過程,各種膜反應器的研究和應用也發展較快。其他非分離膜過程,如控制釋放技術,醫用人造膜和膜傳感器等種類也不少,有的發展速度將超過膜分離過程。

膜的特性

◆不管膜多薄, 它一定有兩個界面。這兩個界面分別與兩側的流體相接觸。

◆膜傳質有選擇性,它可以使流體相中的一種或幾種物質透過,而不允許其它物質透過。

膜的分類方法

膜種類和功能繁多,分類方法有多種,大致可按膜的材料、結構、形狀、分離機理、分離過程、孔徑大小進行分類。

按材料分類,可分為無機膜和有機膜

◆目前,實用的有機高分子膜材料有:纖維素酯類、聚砜類、聚酰胺類及其他材料。從品種來說,已有成百種以上的膜被制備出來,其中約40多種已被用于工業和實驗室中。以日本為例,纖維素酯類膜占53%,聚砜膜占33.3%,聚酰胺膜占11.7%,其他材料的膜占2%,可見纖維素酯類材料在膜材料中占主要地位。

按結構分類:對稱膜(微孔膜、均質膜)、非對稱膜、復合膜

(1)對稱膜

膜的化學結構、物理結構在各個方向上是一致的,在所有方向上的孔隙率都相似,亦稱各向同性膜(isotropic membrane)。對稱膜雖是各向同性的,但由于膜結構中對稱元素的存在,也可以是各向異性的,如中空纖維的徑向各向異性膜,其他構型的橫向各向異性膜和雙皮層中空纖維膜都是對稱膜。

(2)非對膜

當前使用最多的膜具有精密的非對稱結構。這種膜具有物質分離最基本的兩種性質,即高傳質速率和良好的機械強度。它有很薄的表層(0.1~1μm)和多孔支撐層(100~200μm) 。

這非常薄的表層為活性膜,其孔徑和表皮的性質決定了分離特性,而厚度主要決定傳遞速度。多孔的支撐層只起支撐作用,對分離特性和傳遞速度影響很小,非對稱膜除了高透過速度外,還有另一優點,即被脫除的物質大都在其表面,易于清除,

(3)復合膜

◆復合膜或稱“薄膜復合”的膜(thin—film composite membrane),是當前發展快、研究最多的膜。它最早用于反滲透過程;現已用于氣體分離、滲透汽化等膜分離過程。這種膜的選擇性膜層(或稱活性膜層)沉積于具有微孔的底膜(支撐層)表面上,就像非對稱性膜的連續性表皮,只是表層與底層是不同的材料,而非對稱膜是同一種材料。

◆復合膜的性能不僅取決于有選擇性的表面薄層,而且受微孔支撐材料、結構、孔徑、孔分布和多孔率的影響;多孔膜結構的孔隙率愈高愈好,可使膜表層與支撐層接觸部分最小,而有利于物質傳遞。

按形狀分類

按分離機理分類

(1)擴散性膜

擴散性膜亦稱“分離膜”。一種具有微細多孔結構的金屬膜片。微孔可限制普通氣流,而容許擴散流通過,因此可以利用質量差異來進行同位素分離。它的研制是氣體擴散的主要技術關鍵。

(2)離子交換膜

離子交換膜主要用于荷電物質(通常指電解質)的分離。基本原理是利用陰、陽離子交換膜的選擇透過性來分離或濃縮溶液中的電解質。

按離子選擇性分類

陽離子交換膜:R-SO3H,在水中電離后,呈負電性

陰離子交換膜:R-CH2N(CH3)3OH,電離后,呈正電性

選擇性膜:

選擇性透過膜是具有活性的生物膜,他對物質的通過既具有半透膜的物理性質,還具有主動的選擇性,如細胞膜。因此,具有選擇性透過膜的必然具有半透性,而具有半透性的膜不一定具有選擇性透過,活性的生物膜才具有選擇透過性。

按分離過程分類

(1)反滲透膜

定義:反滲透過程所用的半透膜,只能透過水分子,不能透過鹽分子。

反滲透技術原理是在高于溶液滲透壓的作用下,一句其它物質不能透過半透膜而將這些物質和水分離開來。反滲透膜的膜孔徑非常小,因此能夠有效的去除水中的溶解鹽類、膠體、微生物、有機物等。系統具有水質好、耗能低、無污染、工藝簡單、操作簡便等優點。

按孔徑大小分類:微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜

(1)納濾膜

納濾(NF)是介于超濾與反滲透之間的一種膜分離技術,孔徑為幾納米,因此稱納濾。基于納濾分離技術的優越特性,其在制藥、生物化工、食品工業等諸多領域顯示出廣闊的應用前景。

納濾技術是最早也是應用于海水及苦咸水的淡化方面。在食品行業中,納濾膜可用于果汁生產。大大節省能源,在醫藥行業可用于氨基酸生產、抗生素回收等方面。

(2)超濾膜

超濾(UF)是介于納濾和微濾之間的一種膜過程,膜孔徑在0.5μm至1000μm分子量之間。超濾是一種能夠將溶液進行凈化、分離、濃縮的膜分離技術。超濾過程通常可以理解成膜孔徑大小相關的篩分過程。以膜兩側的壓力差為驅動力,當水流過膜表面時,只允許水及比膜孔徑小的小分子物質通過,達到溶液的凈化、分離、濃縮的目的。

超濾通常截留分子量范圍在1000~300000,故超濾膜能對大分子有機物(如蛋白質、細菌)、膠體、懸浮固體等進行分離,廣泛應用于料液的澄清、大分子有機物的分離純化、除熱源。

(3)微濾膜

一般來說,微濾膜是指一種孔徑為0.1-10μm,高度均勻,具有篩分過濾作用的特征的多孔固體連續介質。依據微孔形態不同,微濾膜可分為兩類:彎曲孔膜和柱狀孔膜。彎曲孔膜的孔膜結構為交錯連接的曲折孔道的網絡,而柱狀孔膜的微孔結構為幾乎平行的貫穿膜壁的圓柱狀毛細孔結構

(4)反滲透膜

◆反滲透膜的分類,按驅動力可分為高壓、低壓和超低壓膜;按膜的形狀分為平板膜、中空纖維膜和管式膜;根據制膜方式可分為相轉化膜和復合膜。另外,還可根據制膜材料及應用對象等進行分類。

◆反滲透型膜構造上在表層有一很薄的致密層(0.1-1.0μm),即脫鹽層或活化層,在表層下部是多孔支撐層,厚度為100~200μm,活化層基本上決定了膜的分離性能,支撐層只是起著活化層的載體作用,基本上不影響膜的分離性能。

結語

◆分離膜由高分子、金屬、陶瓷等材料制造,以高分子材料居多,按其物態又可分為固膜、液膜與氣膜三類。氣膜分離尚處于實驗研究中,液膜已有中試規模的工業應用,主要用于廢水處理中。

◆目前大規模工業應用的多為固膜,固膜主要以高分子合成膜為主,高分子膜可制成致密的或多孔的、對稱的或不對稱的。

◆近年來,無機陶瓷膜材料發展迅猛并進入工業應用,尤其是在微濾、超濾及膜催化反應及高溫氣體分離中的應用,充分展示了其化學性質穩定、耐高溫、機械強度高等優點。陶瓷膜和金屬膜亦可以是對稱或不對稱的,但制備方法完全不同。


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