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膜技術的膜分離

膜是壹種起分子級分離過濾作用的介質,當溶液或混和氣體與膜接觸時,在壓力下,或電場作用下,或溫差作用下,某些物質可以透過膜,而另些物質則被選擇性的攔截,從而使溶液中不同組分,或混和氣體的不同組分被分離,它與傳統過濾的不同在於,膜可以在分子範圍內進行分離,並且這過程是壹種物理過程,不需發生相的變化和添加助劑。膜的孔徑壹般為微米級,依據其孔徑的不同(或稱為截留分子量),可將膜分為微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜,根據材料的不同,可分為無機膜和有機膜,無機膜主要是陶瓷膜和金屬膜,其過濾精度較低,選擇性較小。有機膜是由高分子材料做成的,如醋酸纖維素、芳香族聚酰胺、聚醚碸、聚氟聚合物等等。錯流膜工藝中各種膜的分離與截留性能以膜的孔徑和截留分子量來加以區別,下圖簡單示意了四種不同的膜分離過程:(箭頭反射表示該物質無法透過膜而被截留): 微濾(MF) 又稱微孔過濾,它屬於精密過濾,其基本原理是篩孔分離過程。微濾膜的材質分為有機和無機兩大類,有機聚合物有醋酸纖維素、聚丙烯、聚碳酸酯、聚碸、聚酰胺等。無機膜材料有陶瓷和金屬等。鑒於微孔濾膜的分離特征,微孔濾膜的應用範圍主要是從氣相和液相中截留微粒、細菌以及其他汙染物,以達到凈化、分離、濃縮的目的。

對於微濾而言,膜的截留特性是以膜的孔徑來表征,通常孔徑範圍在0.1~1微米,故微濾膜能對大直徑的菌體、懸浮固體等進行分離。可作為壹般料液的澄清、保安過濾、空氣除菌。 超濾(UF) 是介於微濾和納濾之間的壹種膜過程,膜孔徑在0.05μm至1000μm之間。超濾是壹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與膜孔徑大小相關的篩分過程。以膜兩側的壓力差為驅動力,以超濾膜為過濾介質,在壹定的壓力下,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。

對於超濾而言,膜的截留特性是以對標準有機物的截留分子量來表征,通常截留分子量範圍在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,廣泛應用於料液的澄清、大分子有機物的分離純化、除熱源。

既可除去水中病菌、病毒、熱源、膠體、COD等有害物質,又可透析對人體有益的無機鹽,已廣泛應用於牛奶脫脂、果汁濃縮、黃酒純化、白酒陳化、啤酒除菌、味精提純 、蔗糠脫色、氨基酸濃縮、醬油除菌等生產中,而且還廣泛應用於醫療針劑水、輸液水、洗瓶水、外科手術洗潔水的制備。因其克服了蒸餾水中含有細菌屍體的缺點,且具有生物活性,所以更有利於病人恢復健康而備受醫學界推崇。

富氧膜以其分離氣體的特殊功能,產生富氧空氣,目前廣泛應用於醫院、養魚場、工業發酵與氧化等場所,尤其在高山缺氧地區特別需要。 膜技術正在把我們的生活帶入壹個更新的時代。 濃縮提純技術---納濾膜技術。納濾(NF) 是介於超濾與反滲透之間的壹種膜分離技術, 其截留分子量在80~1000的範圍內,孔徑為幾納米,因此稱納濾。基於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。

對於納濾而言,膜的截留特性是以對標準NaCl、MgSO4、CaCl2溶液的截留率來表征,通常截留率範圍在60~90%,相應截留分子量範圍在100~1000,故納濾膜能對小分子有機物等與水、無機鹽進行分離,實現脫鹽與濃縮的同時進行。

濃縮提純工藝上主要采用截留分子量在100~1000Dal的納濾膜。納濾膜對二價離子,功能性糖類,小分子色素,多肽,頭孢菌素等物質的截留性高於98%,而對壹些單價離子,小分子酸堿,醇等有30-50%的透過性能,常用於溶質的分級,溶液中低分子物質的洗脫和離子組分的調整,溶液體系的濃縮等流體物質的分離、精制、濃縮、脫鹽等工藝過程中。比如結晶母液的回收,樹脂解析液的濃縮,熱敏性物質的濃縮純化等。

納濾膜分離技術常被用於取代傳統的冷凍幹燥、薄膜蒸發、離子交換除鹽、樹脂工藝濃縮、中和等工藝過程。

濃縮提出技術可采用的膜組件主要有:卷式膜,管式膜,中空纖維膜。

采用納濾膜分離技術濃縮提純的優點:

1. 濃縮純化過程在常溫下進行,無相變,無化學反應,不帶入其他雜質及造成產品的分解變性,特別適合於熱敏性物質。

2. 可脫除產品的鹽分,減少產品灰分,提高產品純度,相對於溶劑脫鹽,不僅產品品質更好,且收率還能有所提高。

3. 工藝過程收率高,損失少4. 可回收溶液中的酸,堿,醇等有效物質,實現資源的循環利用

5. 設備結構簡介緊湊,占地面積小,能耗低

6. 操作簡便,可實現自動化作業,穩定性好,維護方便。 反滲透(RO) 是利用反滲透膜只能透過溶劑(通常是水)而截留離子物質或小分子物質的選擇透過性,以膜兩側靜壓為推動力,而實現的對液體混合物分離的膜過程。反滲透是膜分離技術的壹個重要組成部分,因具有產水水質高、運行成本低、無汙染、操作方便運行可靠等諸多優點 ,而成為海水和苦鹹水淡化,以及純水制備的最節能、最簡便的技術.目前已廣泛應用於醫藥、電子、化工、食品、海水淡化等諸多行業。反滲透技術已成為現代工業中首選的水處理技術。

反滲透的截留對象是所有的離子,僅讓水透過膜,對NaCl的截留率在98%以上,出水為無離子水。反滲透法能夠去除可溶性的金屬鹽、有機物、細菌、膠體粒子、發熱物質,也即能截留所有的離子,在生產純凈水、軟化水、無離子水、產品濃縮、廢水處理方面反滲透膜已經應用廣泛。 基本流程

由於膜分離過程是壹種純物理過程,具有無相變化,節能、體積小、可拆分等特點,使膜廣泛應用在發酵、制藥、植物提取、化工、水處理工藝過程及環保行業中。對不同組成的有機物,根據有機物的分子量,選擇不同的膜,選擇合適的膜工藝,從而達到最好的膜通量和截留率,進而提高生產收率、減少投資規模和運行成本。

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