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主页,(摩根娱乐),主页UF和 MF的功能有所不同 , MF多数是除 和 的功能有所不同, 多数是除 的功能有所不同 产物是过滤液; 着重是分离, 杂 , 产物是过滤液 ; 而 UF着重是分离 , 着重是分离 产物既可以是渗透液,也可以是截留液或 产物既可以是渗透液, 二者兼而有之。 二者兼而有之。
对象: 主要从液相物质中分离大分子物质 主要从液相物质中分离大分子物质( 对象:UF主要从液相物质中分离大分子物质(蛋 白质、核酸聚合物、淀粉、天然胶、酶等) 白质 、 核酸聚合物 、 淀粉 、 天然胶 、 酶等 ) 、 胶 体分散液(粘土、颜料、矿物料、乳液粒子、 体分散液 ( 粘土 、 颜料 、 矿物料 、 乳液粒子 、 微 生物)以及乳液(润滑脂、洗涤剂、油水乳液) 生物 ) 以及乳液 ( 润滑脂 、 洗涤剂 、 油水乳液 ) 。 采用先与合适的大分子结合的方法也可以从水溶 液中分离金属离子、可溶性溶质和高分子物质, 液中分离金属离子 、 可溶性溶质和高分子物质 , 以达到净化、浓缩的目的。 以达到净化、浓缩的目的。
极限通量(J∞)与原料主体浓度 极限通量 与原料主体浓度 之间的对数值关系
第三节 UF膜的特性及制备方法 膜的特性及制备方法 膜性能表征( 一. UF膜性能表征(特性) 膜性能表征 特性)
由浓差极化形成原理可知, 由浓差极化形成原理可知 , 减小浓差极化边界层 厚度, 提高溶质传质系数,均可减少浓差极化, 厚度 , 提高溶质传质系数 , 均可减少浓差极化 , 提高膜的透液速度。方法如下: 提高膜的透液速度。方法如下: 选择合适的膜组件结构; ① 选择合适的膜组件结构; 加入紊流器; ② 加入紊流器; 料液横切流向设计; ③ 料液横切流向设计; ④ 料液脉冲流动; 料液脉冲流动; 螺旋流; ⑤ 螺旋流; 提高流速; ⑥ 提高流速; ⑦ 适当提高进料液温度以降低粘度,增大传质系数 。 适当提高进料液温度以降低粘度 , 增大传质系数。
在稳定状态下,被脱除(截留) 在稳定状态下,被脱除(截留)组分浓度分 布和易渗透组分的浓度分布情况。 布和易渗透组分的浓度分布情况。
结构特征:一般为非对称膜,由一层极薄的 具有一定孔径的表皮层 表皮层和一层较厚的 ( 0.1~1µm )具有一定孔径的表皮层和一层较厚的 多孔层组 左右) ( 125µm左右)具有海绵状或指状结构的 多孔层 组 左右 具有海绵状或指状结构的多孔层 前者起分离作用,后者起支撑作用。 成,前者起分离作用,后者起支撑作用。 UF过程中溶质的截留包括 : 在膜表面上的 机械截 过程中溶质的截留包括: 在膜表面上的机械截 过程中溶质的截留包括 筛分) 在膜孔中的停留 阻塞) 停留( 留(筛分)、在膜孔中的停留(阻塞)、在膜表面 及膜孔内的吸附等三种方式。 吸附等三种方式 及膜孔内的吸附等三种方式。
超滤( ) 即超过滤, 是介于MF和 NF之间的一 超滤 ( UF) 即超过滤 , 是介于 和 之间的一 种膜过程。 膜孔径在0.1µm至 5nm之间 , 但在实际 之间, 种膜过程 。 膜孔径在 至 之间 应用中一般不以孔径表征UF膜 应用中一般不以孔径表征 膜 , 而是以截留相对 分 子 量 [MWCO(molecular weight cut-off)] 表 征 (103~105)。 UF同MF相似,也是利用膜的“筛分”作用进行分 同 相似,也是利用膜的“ 筛分” 相似 离的膜过程。在静压差的作用下, 离的膜过程。在静压差的作用下,小于膜孔的粒子 通过膜,大于膜孔的粒子则被阻拦在膜的表面上, 通过膜,大于膜孔的粒子则被阻拦在膜的表面上, 使大小不同的粒子介以分离,不过其过滤精度更高, 使大小不同的粒子介以分离,不过其过滤精度更高, 因而膜孔更小,实际的操作压力也比MF略高, 一 略高, 因而膜孔更小 , 实际的操作压力也比 略高 般为0.1~0.5MPa。 般为 。
渗透速率( 膜通量) 单位是L/m2·h,分为纯水渗透速率和 纯水渗透速率和 渗透速率(即膜通量) 单位是 ,分为纯水渗透速率 溶液渗透速率,前者可用于膜的性能指标的标定, 的纯水 溶液渗透速率,前者可用于膜的性能指标的标定,UF的纯水 渗透速率约为20~1000 L/m2·h ; 后者的渗透速率约为 后者的渗透速率约为1~100 渗透速率约为 L/m2·h(依料液的性质而变)。 当UF的通量低于 L/m2·h时 的通量低于1 ( 依料液的性质而变) 的通量低于 时 没有实际应用的价值。 没有实际应用的价值。 膜的截留性能 用截留相对分子质量( 用截留相对分子质量(MWCO)来表征 )来表征UF 膜 的 分 离 特 性 。 MWCO 一 般 指 膜 对 某 标 准 物 截 留 率 为 90%~95%时所对应的相对分子质量为该膜的截留相对分子质 时所对应的相对分子质量为该膜的截留相对分子质 量。目前各厂家尚无统一的测试方法和标准物质。 目前各厂家尚无统一的测试方法和标准物质。
UF的基本原理 的 在一定的压力作用下,含有大、 在一定的压力作用下,含有大、小分子溶质的溶 液流过UF膜表面时 溶剂和小分子物质(无机盐等) 膜表面时, 液流过 膜表面时,溶剂和小分子物质(无机盐等) 透过膜, 作为透过液被收集起来, 透过膜 , 作为透过液被收集起来 , 而大分子溶质 如有机胶体)则被膜截留而作为浓缩液被回收。 (如有机胶体)则被膜截留而作为浓缩液被回收。
属于压力驱动器型膜过程; ① 属于压力驱动器型膜过程; ② 分离范围为相对分子质量1000~105的大分子物质 分离范围为相对分子质量 和胶体物质,相应粒子直径5nm~ 0.1µm; 和胶体物质,相应粒子直径 ;Leabharlann Baidu分离机理一般认为是机械筛分原理; 筛分原理 ③ 分离机理一般认为是机械筛分原理; 膜的形态为不对称结构; ④ UF膜的形态为不对称结构; 膜的形态为不对称结构 膜组件有形式有板式、 卷式、 管式、 ⑤ 膜组件有形式有板式 、 卷式 、 管式 、 毛细管式 及中空纤维式; 及中空纤维式; 过滤的方式一般为错流过滤; ⑥ 过滤的方式一般为错流过滤; 膜皮层厚度小于1µm,操作压力低,可不考虑渗 ⑦ 膜皮层厚度小于 ,操作压力低, 透压的影响; 透压的影响; 易于工业化,应用范围广。 ⑧ 易于工业化,应用范围广。
UF的溶质是高分子,在低浓度时其渗透压与操作压 的溶质是高分子, 的溶质是高分子 力相比可忽略不计;随着溶液浓度升高, 力相比可忽略不计 ; 随着溶液浓度升高 , 渗透压呈 指数关系急剧上升,此时必须考虑渗透压的影响。 指数关系急剧上升,此时必须考虑渗透压的影响。 极限通量——用纯水测定透过膜的通量时 , 其值与 用纯水测定透过膜的通量时, 极限通量 用纯水测定透过膜的通量时 操作压力成比例增加,但高分子溶液进行UF时 操作压力成比例增加,但高分子溶液进行 时,透 过膜的通量与压力不成比例,在达到一定值后, 过膜的通量与压力不成比例 , 在达到一定值后 , 就 不随压力变化了,此时膜的透过通量即为极化通量。 不随压力变化了 , 此时膜的透过通量即为极化通量 。
1. 使膜表面溶质浓度增高,引起渗透压的增大,从而减 使膜表面溶质浓度增高,引起渗透压的增大,从而减 小传质驱动力; 小传质驱动力; 2. 当膜表面溶质浓度达到其饱和浓度时,便会在膜表面 当膜表面溶质浓度达到其饱和浓度时, 形成沉或凝胶层,增加透过阻力; 形成沉或凝胶层,增加透过阻力; 3. 膜表面沉积层或凝胶层的形成会改变膜的分离特性; 膜表面沉积层或凝胶层的形成会改变膜的分离特性; 改变膜的分离特性 4. 当有机溶质在膜表面达到一定浓度有可能对膜发生溶 当有机溶质在膜表面达到一定浓度有可能对膜发生溶 胀或恶化膜的性能; 胀或恶化膜的性能; 5. 严重的浓差极化导致结晶析出,阻塞流道,运行恶化。 严重的浓差极化导致结晶析出,阻塞流道,运行恶化。
在膜分离过程中, 在膜分离过程中,料液中的溶剂在压力驱动下透 过膜,溶质被截留, 过膜,溶质被截留,于是在膜与本体溶液界面或 临近膜界面区域浓度越来越高。 临近膜界面区域浓度越来越高。 在浓度梯度作用下,溶质由膜面向本体溶液扩散, 在浓度梯度作用下,溶质由膜面向本体溶液扩散, 形成边界层 使流体阻力与局部渗透压增加, 边界层, 形成 边界层,使流体阻力与局部渗透压增加,从 而导致溶剂通量下降。 而导致溶剂通量下降。 当溶剂向膜面流动(对流) 当溶剂向膜面流动(对流)时引起溶质现膜面流 动速度与浓度梯度使溶质向本体溶液扩散速度达 到平衡时, 到平衡时,在膜面附近存在一个稳定的浓度梯度 这一区域称为浓差极化边界层 浓差极化边界层, 区,这一区域称为浓差极化边界层,这一现象称 浓差极化。 为浓差极化。
概括地说,就是分离效果降低,截留率改变, 概括地说,就是分离效果降低,截留率改变, 分离效果降低 通量下降。 通量下降。