![背景图](/picture/xinghui.cs1.jpg)
任天堂娱乐-官网注册 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,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。
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,从 而导致溶剂通量下降。
日前商品化的UF膜都是采用聚合物材料由相转化法制备的, 常用材料包括: ——聚砜(PSF)/聚醚砜/(PES)磺化聚砜/聚砜酰胺(PSA) ——聚偏二氟乙烯(PVDF) ——聚丙烯腈(PAN) 有 ——纤维素(CA,CTA及再生纤维素) 机 ——聚酰亚胺(PI)/芳香聚酰胺(PA) 膜 ——聚脂肪酰胺 ——聚醚醚酮(PEEK) ——复合UF膜 无机膜 ——陶瓷膜(氧化铝、氧化锆) [其皮层通过溶胶~Biblioteka Baidu胶法制备]
结 构 特 征 : 一 般 为 非 对 称 膜 , 由 一 层 极 薄 的 ( 0.1~1μm )具有一定孔径的表皮层和一层较厚的 (125μm左右)具有海绵状或指状结构的多孔层组 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 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。
L/m2· h(依料液的性质而变)。当UF的通量低于1 L/m2· h时 没有实际应用的价值。
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 量。目前各厂家尚无统一的测试方法和标准物质。
1. 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; 2. 当膜表面溶质浓度达到其饱和浓度时,便会在膜表面 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; 4. 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;
采用膜净化饮用水是膜技术的最主要应 用。传统的水处理包括投药、凝聚、絮凝、沉淀、过滤和 杀菌等过程;新的规则要求去除三氯甲烷(THM)和其 他合成有机物。UF在去除对人有害的微生物方面是很有 效的。家用净水器就是活性炭吸附技术与UF技术杂化的 成功范例。UF也已成为我国目前在矿泉水生产中的主体 净化设备。
UF的溶质是高分子,在低浓度时其渗透压与操作压 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。
极限通量——用纯水测定透过膜的通量时,其值与 操作压力成比例增加,但高分子溶液进行UF时,透 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。
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, 提高膜的透液速度。方法如下: ① 选择合适的膜组件结构;
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, 以达到净化、浓缩的目的。
与RO、NF装臵一样,UF膜组件有4种形式: 卷式(最常见,主要用于脱盐及超纯水的制备) 中空纤维式 板框式(处理粘度较大的料液) 管式(处理含悬浮物、高粘度的料液)
几种UF膜组件在膜比表面积、投资 费用、运行费用、流速控制及现场清洗等 方面的比较见教材P113的表5-3。
超滤(UF)即超过滤,是介于MF和NF之间的一 种膜过程。膜孔径在0.1μm至5nm之间,但在实际 应用中一般不以孔径表征UF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 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, 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 般为0.1~0.5MPa。
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,在膜面附近存在一个稳定的浓度梯度 区,这一区域称为浓差极化边界层,这一现象称 为浓差极化。
渗透速率(即膜通量) 单位是L/m2· h,分为纯水渗透速率和 溶液渗透速率,前者可用于膜的性能指标的标定,UF的纯水
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) 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。
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 和胶体物质,相应粒子直径5nm~ 0.1μm; ③ 分离机理一般认为是机械筛分原理; ④ UF膜的形态为不对称结构; ⑤ 膜组件有形式有板式、卷式、管式、毛细管式 及中空纤维式; ⑥ 过滤的方式一般为错流过滤; ⑦ 膜皮层厚度小于1μm,操作压力低,可不考虑渗 透压的影响; ⑧ 易于工业化,应用范围广。
测量截留相对分子质量的标称物一般分为三类: ① 球状蛋白质(如牛清蛋白Mw=6.7万,卵清蛋白Mw=4.4万,胰 岛素Mw=0.57万,VB12 Mw=0.12万) ② 带支链的多糖(如葡聚糖, Mw=23.6万、10万、4万、1万不 等) ③ 线性分子(如聚乙二醇,Mw=6000、10000、20000不等)
UF和MF的功能有所不同,MF多数是除 杂,产物是过滤液;而UF着重是分离, 产物既可以是渗透液,也可以是截留液或 二者兼而有之。
除去,它会在管道及膜面迅速繁衍生长,容易堵塞水路 和污染RO膜,如在RO之前使用UF处理其进水,可使
全 部 除 去 。 ② 高 纯 水 制 备 中 , UF 透 过 水 完 全 可 作 RO/ED/离交等水处理系统的进水,这样不但保护了这
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。
欲制备性能优良的UF膜,一是选择合适的膜材料; 二是选择合适的制膜工艺和最佳的工艺参数。
有机高聚物UF膜——大多为非对称膜,应用最广 的是相转化法。 无机UF膜——结构分三层,即分离层、中间层和 载体层。整个膜的孔径分布是由载体层到顶层 (分离层)逐渐减小,形成不对称分布。制法有 固体粒子烧结法、溶胶~凝胶法等。