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膜的分类方法,你了解多少?

日期:2018年4月17日 17:52


所谓的膜,是指在一种流体相内或是在两种流体相之间有一层薄的凝聚相,它把流体相分隔为互不相通的两部分,并能使这两部分之间产生传质作用。

 

近年来,膜分离过程已逐渐成为化学工业、食品加工、废水处理、医药技术等方面的重要分离过程。已经工业化的有微孔过滤、超滤、反渗透、电渗析和气体分离等,渗透汽化也在最近几年中速成了工业规模的装置。膜分离与反应结合的过程,各种膜反应器的研究和应用也发展较快。

 

膜的特性

◆不管膜多薄,它一定有两个界面。这两个界面分别与两侧的流体相接触。

◆膜传质有选择性,它可以使流体相中的一种或几种物质透过,而不允许其它物质透过。

膜的分类方法

膜种类和功能繁多,分类方法有多种,大致可按膜的材料、结构、形状、分离机理、分离过程、孔径大小进行分类。

 

 

按材料分类,可分为无机膜和有机膜

 

 

 

 

 

按结构分类:对称膜(微孔膜、均质膜)、非对称膜、复合膜

     (1)对称膜

   膜的化学结构、物理结构在各个方向上是一致的,在所有方向上的孔隙率都相似,亦称各向同性膜(isotropicmembrane)。对称膜虽是各向同性的,但由于膜结构中对称元素的存在,也可以是各向异性的,如中空纤维的径向各向异性膜,其他构型的横向各向异性膜和双皮层中空纤维膜都是对称膜。

     (2)非对膜

   当前使用最多的膜具有精密的非对称结构。这种膜具有物质分离最基本的两种性质,即高传质速率和良好的机械强度。它有很薄的表层(0.1~1μm)和多孔支撑层(100~200μm)。

   这非常薄的表层为活性膜,其孔径和表皮的性质决定了分离特性,而厚度主要决定传递速度。多孔的支撑层只起支撑作用,对分离特性和传递速度影响很小,非对称膜除了高透过速度外,还有另一优点,即被脱除的物质大都在其表面,易于清除。

        (3)复合膜

 ◆复合膜或称“薄膜复合”的膜(thin—filmcompositemembrane),是当前发展快、研究最多的膜。它最早用于反渗透过程;现已用于气体分离、渗透汽化等膜分离过程。这种膜的选择性膜层(或称活性膜层)沉积于具有微孔的底膜(支撑层)表面上,就像非对称性膜的连续性表皮,只是表层与底层是不同的材料,而非对称膜是同一种材料。

 ◆复合膜的性能不仅取决于有选择性的表面薄层,而且受微孔支撑材料、结构、孔径、孔分布和多孔率的影响;多孔膜结构的孔隙率愈高愈好,可使膜表层与支撑层接触部分最小,而有利于物质传递。

按分离机理分类

       (1)扩散性膜

      扩散性膜亦称“分离膜”。一种具有微细多孔结构的金属膜片。微孔可限制普通气流,而容许扩散流通过,因此可以利用质量差异来进行同位素分离。它的研制是气体扩散的主要技术关键。

        (2)离子交换膜

  离子交换膜主要用于荷电物质(通常指电解质)的分离。基本原理是利用阴、阳离子交换膜的选择透过性来分离或浓缩溶液中的电解质。

按离子选择性分类

阳离子交换膜:R-SO3H,在水中电离后,呈负电性

阴离子交换膜:R-CH2N(CH3)3OH,电离后,呈正电性

 

      (3)选择性膜:

     选择性透过膜是具有活性的生物膜,他对物质的通过既具有半透膜的物理性质,还具有主动的选择性,如细胞膜。因此,具有选择性透过膜的必然具有半透性,而具有半透性的膜不一定具有选择性透过,活性的生物膜才具有选择透过性。

按孔径大小分类:微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜

   (1)纳滤膜

    纳滤是介于超滤与反渗透之间的一种膜分离技术,孔径为几纳米,因此称纳滤。基于纳滤分离技术的优越特性,其在制药、生物化工、食品工业等诸多领域显示出广阔的应用前景。

   纳滤技术是最早也是应用于海水及苦咸水的淡化方面。在食品行业中,纳滤膜可用于果汁生产。大大节省能源,在医药行业可用于氨基酸生产、抗生素回收等方面。

     (2)超滤膜

     超滤是介于纳滤和微滤之间的一种膜过程,膜孔径在0.5μm至1000μm分子量之间。超滤是一种能够将溶液进行净化、分离、浓缩的膜分离技术。超滤过程通常可以理解成膜孔径大小相关的筛分过程。以膜两侧的压力差为驱动力,当水流过膜表面时,只允许水及比膜孔径小的小分子物质通过,达到溶液的净化、分离、浓缩的目的。

    超滤通常截留分子量范围在1000~300000,故超滤膜能对大分子有机物(如蛋白质、细菌)、胶体、悬浮固体等进行分离,广泛应用于料液的澄清、大分子有机物的分离纯化、除热源。

     (3)微滤膜

     一般来说,微滤膜是指一种孔径为0.1-10μm,高度均匀,具有筛分过滤作用的特征的多孔固体连续介质。依据微孔形态不同,微滤膜可分为两类:弯曲孔膜和柱状孔膜。弯曲孔膜的孔膜结构为交错连接的曲折孔道的网络,而柱状孔膜的微孔结构为几乎平行的贯穿膜壁的圆柱状毛细孔结构

      (4)反渗透膜

   ◆反渗透膜的分类,按驱动力可分为高压、低压和超低压膜;按膜的形状分为平板膜、中空纤维膜和管式膜;根据制膜方式可分为相转化膜和复合膜。另外,还可根据制膜材料及应用对象等进行分类。

 ◆反渗透型膜构造上在表层有一很薄的致密层(0.1-1.0μm),即脱盐层或活化层,在表层下部是多孔支撑层,厚度为100~200μm,活化层基本上决定了膜的分离性能,支撑层只是起着活化层的载体作用,基本上不影响膜的分离性能。

 

来源:水世界订阅号

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