高分子分离膜在液体分离领域的应用课件.ppt

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1、高分子分离膜在液体高分子分离膜在液体分离领域的应用分离领域的应用第1页，此课件共45页哦几种常见的高分子分离膜膜分离技术在实际中的应用新型分离膜展望国家政策及市场空间国内外主要膜生产企业目 录第2页，此课件共45页哦一、几种常见的高分子分离膜一、几种常见的高分子分离膜膜是分离两相和作为选择膜是分离两相和作为选择性传递物质的屏障，具有性传递物质的屏障，具有选择性透过功能。而膜分选择性透过功能。而膜分离技术以膜为分离介质，离技术以膜为分离介质，可以使混合物分离，并实可以使混合物分离，并实现产物的提取、浓缩、纯现产物的提取、浓缩、纯化等目的。目前，膜材料化等目的。目前，膜材料90%90%应用于水处理

2、。应用于水处理。依据其孔径的不同（或称为截依据其孔径的不同（或称为截留分子量），可将膜分为留分子量），可将膜分为微微滤膜、超滤膜、纳滤膜和滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜反渗透膜，根据材料的不，根据材料的不同，可分为无机膜和有机同，可分为无机膜和有机膜，无机膜主要是陶瓷膜膜，无机膜主要是陶瓷膜和金属膜，其过滤精度较和金属膜，其过滤精度较低，选择性较小。有机膜低，选择性较小。有机膜是由高分子材料做成的，是由高分子材料做成的，如醋酸纤维素、芳香族聚如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等等。物等等。微滤微滤：通常孔径范围在通常孔径范围在0.10.11 1微米微米超滤超滤

3、：额定孔径范围为额定孔径范围为0.001-0.020.001-0.02微米微米纳滤纳滤：能截留纳米级能截留纳米级（0.0010.001微米）的物质微米）的物质反渗透反渗透：反渗透膜能截留反渗透膜能截留大于大于0.00010.0001微米的物质微米的物质第3页，此课件共45页哦膜过程膜过程分离机理分离机理分离对象分离对象孔径（孔径（nm）微滤微滤体积大小0.0510m的固体粒子5010000超滤超滤体积大小10001000000 道尔顿的大分子，胶体250纳滤纳滤溶解扩散离子、分子量1000的有机物2反渗透反渗透溶解扩散离子、分子量100的有机物lOnmlOnm；毛细管式超滤膜，孔径毛细管式超滤

4、膜，孔径O O5050101000nm00nm；中空纤中空纤维超滤膜，孔径维超滤膜，孔径005nm5nm；多孔超滤膜。多孔超滤膜。超滤膜和微滤膜制备工艺方法基本相同，主要是根据原料的配超滤膜和微滤膜制备工艺方法基本相同，主要是根据原料的配方来调节它的孔径大小。方来调节它的孔径大小。超滤膜超滤膜第7页，此课件共45页哦一、几种常见的高分子分离膜一、几种常见的高分子分离膜 纳滤膜材质包括聚酰胺纳滤膜材质包括聚酰胺(PA)(PA)、醋酸纤维素、醋酸纤维素(CA)(CA)、磺化聚砜、磺化聚砜(SPS)(SPS)、磺化聚醚砜、磺化聚醚砜(SPES)(SPES)和聚乙烯醇和聚乙烯醇(PVA)(PVA)等。

5、等。纳滤膜制备方法有浸没沉淀法（纳滤膜制备方法有浸没沉淀法（L-SL-S相转换法）、转化法、共混相转换法）、转化法、共混法、荷电化法、复合法等。法、荷电化法、复合法等。纳滤膜纳滤膜第8页，此课件共45页哦一、几种常见的高分子分离膜一、几种常见的高分子分离膜 反渗透膜材质主要为醋酸纤维素（反渗透膜材质主要为醋酸纤维素（CACA）和芳香聚酰胺（）和芳香聚酰胺（PAPA）。）。常见的反渗透膜由上至下分为：第一层聚酰胺材料超薄分离层，常见的反渗透膜由上至下分为：第一层聚酰胺材料超薄分离层，约约0.2m0.2m厚，孔径约厚，孔径约0.10.2nm(0.10.2nm(分离功能分离功能)；第二层聚砜材料多孔

6、中；第二层聚砜材料多孔中间支撑层，约间支撑层，约40m40m厚，孔径约厚，孔径约15nm(15nm(支撑支撑)；第三层聚酯材料增强无纺；第三层聚酯材料增强无纺布，约布，约120m120m厚；厚；(结构强度结构强度)。常用的制膜方法有相转化法（流涎、纺丝）和复合法等。常用的制膜方法有相转化法（流涎、纺丝）和复合法等。反渗透膜反渗透膜第9页，此课件共45页哦二、膜分离技术在实际中的应用二、膜分离技术在实际中的应用n与传统的分离操作相比，膜分离具有以下特点：与传统的分离操作相比，膜分离具有以下特点：1)1)膜分离过程不发生相的变化膜分离过程不发生相的变化,与其它方法相比能耗较低与其它方法相比能耗较低

7、,因此又称节能技术。因此又称节能技术。2)2)膜分离过程是在常温下进行的膜分离过程是在常温下进行的,因而特别适于对热敏感的物质因而特别适于对热敏感的物质,如对废水中有价值如对废水中有价值的重金属、化学药品、生产原料等的分离、分级、浓缩与富集过程。而用膜法处的重金属、化学药品、生产原料等的分离、分级、浓缩与富集过程。而用膜法处理饮用水理饮用水,其出水水质只取决于膜自身的性质其出水水质只取决于膜自身的性质,如膜孔径、膜的选择性等如膜孔径、膜的选择性等,与与原水水质无关。原水水质无关。3)3)膜分离技术不仅适用于有机物和无机物、病毒、细菌的广泛分离膜分离技术不仅适用于有机物和无机物、病毒、细菌的广泛

8、分离,而且还适用于而且还适用于许多特殊溶液体系的分离许多特殊溶液体系的分离,如溶液中大分子与无机盐的分离如溶液中大分子与无机盐的分离,一些共沸物或近沸点物一些共沸物或近沸点物系的分离等系的分离等,而后者是常规方法无能为力的。而后者是常规方法无能为力的。4)4)膜分离是一种物理过滤过程膜分离是一种物理过滤过程,故不会产生副产物。故不会产生副产物。5)5)膜分离法分离装置简单膜分离法分离装置简单,操作容易且以控制操作容易且以控制,便于维修且分离效率高。作为一种便于维修且分离效率高。作为一种新型的水处理方法与常规水处理方法相比新型的水处理方法与常规水处理方法相比,具有占地面积小具有占地面积小,处理效

9、率高等特处理效率高等特点。点。第10页，此课件共45页哦二、膜分离技术在实际中的应用二、膜分离技术在实际中的应用名名 称称膜结构与孔径膜结构与孔径驱驱 动动 力力分离物质分子量分离物质分子量示示 例例微微 滤滤对称微孔膜（0.0510m）压 力（0.050.5MPa）微粒、胶体溶液除菌、澄清,果汁澄清、细胞收集、水中颗粒物去除超超 滤滤不对称微孔膜（250m）压 力（0.21MPa）10001000000溶液除菌、澄清，注射用水制备，果汁澄清、除菌,酶及蛋白质分离、浓缩与纯化，含油废水处理，印染废水处理，乳化液分离、浓缩等纳纳 滤滤带皮层的不对称膜、复合膜（2m）压 力（0.4-1.5MPa）

10、1001000水处理中脱硬度，分子量为 1001000左右有机物分子浓缩或脱除，糖及氨基酸浓缩，反渗透反渗透带皮层的不对称膜、复合膜（100nm）压 力（110MPa）离子、分子量100的有机物低浓度乙醇浓缩，糖及氨基酸浓缩，苦咸水、海水淡化，超纯水制备第11页，此课件共45页哦（一）膜分离技术在水处理中的应用（一）膜分离技术在水处理中的应用（二）膜分离技术在（二）膜分离技术在污水污水处理中的应用处理中的应用（三）膜分离技术在医药领域中的应用（三）膜分离技术在医药领域中的应用（四）膜分离技术在轻工、食品中的应用（四）膜分离技术在轻工、食品中的应用（五）（五）分离膜的使用时限分离膜的使用时限二、

11、膜分离技术在实际中的应用二、膜分离技术在实际中的应用膜分离技术的应用膜分离技术的应用（六六）膜分离技术光彩的反面膜分离技术光彩的反面第12页，此课件共45页哦（一）膜分离技术在水处理中的应用（一）膜分离技术在水处理中的应用高纯水：配制溶液、电高纯水：配制溶液、电子器件加工过程中的清子器件加工过程中的清洗（福能达）洗（福能达）锅炉给水处理、锅炉锅炉给水处理、锅炉外给水处理、汽轮机外给水处理、汽轮机给水精处理和生产水给水精处理和生产水给水处理给水处理海水淡化海水淡化纯水机纯水机净水机净水机第13页，此课件共45页哦降低浊度、色度及有机物去除废水中的有机物和大部分离子,而且可回收部分染料或印染助剂等

12、有效成分降低废水含油量处理造纸黑液，降低COD及BOD减少污染排放，回收水中的重金属离子（二）膜分离技术在污水处理中的应用（二）膜分离技术在污水处理中的应用 第14页，此课件共45页哦（三）膜分离技术在医药领域中的应用（三）膜分离技术在医药领域中的应用 第15页，此课件共45页哦（四）膜分离技术在轻工、食品中的应用（四）膜分离技术在轻工、食品中的应用（1 1）果汁的澄清、浓缩；）果汁的澄清、浓缩；（3 3）生物制品的浓缩；）生物制品的浓缩；（2 2）乳制品的浓缩、纯化；）乳制品的浓缩、纯化；（4 4）饮用水的制备；）饮用水的制备；（6 6）发酵工业中发酵液的纯化；）发酵工业中发酵液的纯化；（5

13、 5）酱油以及米醋的澄清除浊；）酱油以及米醋的澄清除浊；（7 7）酒制品的纯化和澄清。）酒制品的纯化和澄清。第16页，此课件共45页哦（五）分离膜的使用时限（五）分离膜的使用时限 说到分离膜的使用时限，不得不提到两个概念，膜的污染说到分离膜的使用时限，不得不提到两个概念，膜的污染和膜的清洗，而分离膜的使用时限就是二者相互作用的结果。和膜的清洗，而分离膜的使用时限就是二者相互作用的结果。在任何膜分离技术应用中，尽管选择了较合适的膜和适宜的操作条在任何膜分离技术应用中，尽管选择了较合适的膜和适宜的操作条件，在长期运行中，膜的透水量随运行时间增长而下降现象，即膜污染件，在长期运行中，膜的透水量随运行

14、时间增长而下降现象，即膜污染问题必然发生。问题必然发生。第17页，此课件共45页哦（五）分离膜的使用时限（五）分离膜的使用时限 因此必须采取一定的清洗方法，使膜面或膜孔内污染物去除，因此必须采取一定的清洗方法，使膜面或膜孔内污染物去除，达到透水量恢复，延长膜寿命的目的。所以膜清洗方法研究是国内达到透水量恢复，延长膜寿命的目的。所以膜清洗方法研究是国内外膜应用研究中的一个热点，已有大量清洗方法与清洗剂配方专利外膜应用研究中的一个热点，已有大量清洗方法与清洗剂配方专利发表。在清洗程序设计中，通常要考虑下面两个因素：（发表。在清洗程序设计中，通常要考虑下面两个因素：（1 1）膜的化）膜的化学特性，膜

15、的化学特性是指耐酸、碱性、耐温性、耐氧化性和耐化学特性，膜的化学特性是指耐酸、碱性、耐温性、耐氧化性和耐化学试剂特性，它们对选择化学清洗剂类型、浓度、清洗液温度等极学试剂特性，它们对选择化学清洗剂类型、浓度、清洗液温度等极为重要。一般来讲，各生产厂家对其产品化学特性均给出简单说明，为重要。一般来讲，各生产厂家对其产品化学特性均给出简单说明，当要使用超出说明书的化学清洗剂时，一定要慎重，先做小实验检当要使用超出说明书的化学清洗剂时，一定要慎重，先做小实验检测是否可能给膜带来危害。（测是否可能给膜带来危害。（2 2）污染物特性，这里主要是指它在不同）污染物特性，这里主要是指它在不同介质中，不同温度

16、下的溶解性、荷电性和它可氧化性及可酶解性等。这介质中，不同温度下的溶解性、荷电性和它可氧化性及可酶解性等。这样可有的放矢地选择合适化学清洗剂，达到最佳清洗效果。样可有的放矢地选择合适化学清洗剂，达到最佳清洗效果。第18页，此课件共45页哦（五）分离膜的使用时限（五）分离膜的使用时限 膜清洗方法通常可分为物理方法与化学方法，物理方法一般是指用膜清洗方法通常可分为物理方法与化学方法，物理方法一般是指用高流速水冲洗、海绵球机械擦洗和反洗（尤其对单内皮层中空纤维膜适高流速水冲洗、海绵球机械擦洗和反洗（尤其对单内皮层中空纤维膜适用）等，它们的特点是简单易行。近年来新发展的抽吸清洗方法具有不用）等，它们的

17、特点是简单易行。近年来新发展的抽吸清洗方法具有不加新设备、清洗效果好的优点，受到人们青睐、另外，负压清洗、电场加新设备、清洗效果好的优点，受到人们青睐、另外，负压清洗、电场过滤，脉冲清洗（超声波）、脉冲电解清洗及电渗透反洗研究也十分活过滤，脉冲清洗（超声波）、脉冲电解清洗及电渗透反洗研究也十分活跃，具有不错的效果。跃，具有不错的效果。化学清洗通常是用化学清洗剂，如稀碱、稀酸、酶、表面活性化学清洗通常是用化学清洗剂，如稀碱、稀酸、酶、表面活性剂、络合剂和氧化剂等。对于不同种类膜，选择化学清洗剂时要慎剂、络合剂和氧化剂等。对于不同种类膜，选择化学清洗剂时要慎重，以防止化学清洗剂对膜的损害。选用酸类

18、清洗剂，可以溶解除重，以防止化学清洗剂对膜的损害。选用酸类清洗剂，可以溶解除去矿物质，而采用去矿物质，而采用NaOHNaOH水溶液可有效地脱除蛋白质污染。水溶液可有效地脱除蛋白质污染。第19页，此课件共45页哦（六）膜分离技术光彩的另一面（六）膜分离技术光彩的另一面 膜分离技术拥有很多优点，应用广泛，在看到膜分离技膜分离技术拥有很多优点，应用广泛，在看到膜分离技术光彩动人一面的同时，也应注意到膜分离技术的另一面：术光彩动人一面的同时，也应注意到膜分离技术的另一面：(1)(1)膜技术的最大弱点就在于膜本身。由于技术特点，膜在压膜技术的最大弱点就在于膜本身。由于技术特点，膜在压力下不可避免的会被栓

19、塞，会被污染，会断丝，必须定期舒塞、力下不可避免的会被栓塞，会被污染，会断丝，必须定期舒塞、清洁和检查，后期运营成本较高，且容易二次污染。清洁和检查，后期运营成本较高，且容易二次污染。(2)(2)膜的物理分离特性使然，污染物并没有被转化，浓缩膜的物理分离特性使然，污染物并没有被转化，浓缩液的处理在个别领域（如垃圾渗透液处理）已成为非常令人液的处理在个别领域（如垃圾渗透液处理）已成为非常令人头疼的事情。头疼的事情。第20页，此课件共45页哦三、新型分离膜展望三、新型分离膜展望 1.1.反应膜反应膜 目前膜技术已不再局限于单纯分离的范畴而正向反应工程跨入，目前膜技术已不再局限于单纯分离的范畴而正向

20、反应工程跨入，把反应与分离结合在一起制成膜反应器。典型的有机催化反应器是把反应与分离结合在一起制成膜反应器。典型的有机催化反应器是酶膜反应器，广泛应用在生物工程方面。酶膜反应器，广泛应用在生物工程方面。2.2.智能型分离膜智能型分离膜 这种分离膜能对分离体系中的不同这种分离膜能对分离体系中的不同pHpH、盐浓度及温度等作、盐浓度及温度等作出响应，从而改变膜的结构出响应，从而改变膜的结构(特别是膜孔的结构特别是膜孔的结构)，以达到控制分，以达到控制分离的目的。它可用于生化物质的分离提纯、人工器官、药物控制释离的目的。它可用于生化物质的分离提纯、人工器官、药物控制释放和仿生科学等领域。放和仿生科学

21、等领域。第21页，此课件共45页哦四、国家政策及市场空间四、国家政策及市场空间 高性能膜材料是新型高效分离技术的核心材料，已经成为解高性能膜材料是新型高效分离技术的核心材料，已经成为解决水资源、能源、环境等领域重大问题的共性技术之一，在促进决水资源、能源、环境等领域重大问题的共性技术之一，在促进我国国民经济发展、产业技术进步与增强国际竞争力等方面发挥我国国民经济发展、产业技术进步与增强国际竞争力等方面发挥着重要作用。因此，国家在陆续出台的国家着重要作用。因此，国家在陆续出台的国家“十二五十二五”科学和科学和技术发展规划国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的技术发展规划国务院关于加快培育和发展

22、战略性新兴产业的决定高性能膜材料科技发展决定高性能膜材料科技发展“十二五十二五”专项规划专项规划“十二十二五五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划中，明确全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划中，明确对该行业给与了大力支持。对该行业给与了大力支持。（一）国家政策（一）国家政策第22页，此课件共45页哦四、国家政策及市场空间四、国家政策及市场空间第23页，此课件共45页哦四、国家政策及市场空间四、国家政策及市场空间第24页，此课件共45页哦四、国家政策及市场空间四、国家政策及市场空间 作为公认的作为公认的2121世纪最重要的新技术之一，当前膜技术产业在世纪最重要的新技术之一，当前膜技术产业在

23、全球范围内受到了前所未有的高度重视，并将在多数工业中扮演全球范围内受到了前所未有的高度重视，并将在多数工业中扮演战略性角色。近十年来，全球膜市场出现强劲的增长势头。战略性角色。近十年来，全球膜市场出现强劲的增长势头。20042004年全球膜市场的销售额达到年全球膜市场的销售额达到6363亿美元，亿美元，20072007年全球膜及膜组件年全球膜及膜组件的销售额达到的销售额达到8383亿美元，亿美元，20112011年全球膜市场销售额超过年全球膜市场销售额超过100100亿亿美元。我国膜产业也已经步入快速成长期，超滤、微滤、反渗透等美元。我国膜产业也已经步入快速成长期，超滤、微滤、反渗透等膜技术在

24、能源电力、有色冶金、海水淡化、给水处理、污水回用及膜技术在能源电力、有色冶金、海水淡化、给水处理、污水回用及医药食品等领域的工程应用规模迅速扩大，多个具有标志性意义的医药食品等领域的工程应用规模迅速扩大，多个具有标志性意义的大型膜法给水工程、污水回用工程及海水淡化工程已经相继建成。大型膜法给水工程、污水回用工程及海水淡化工程已经相继建成。我国膜产业总产值已经从我国膜产业总产值已经从19941994年年2 2亿元上升到亿元上升到20112011年近年近400400亿元。亿元。（一）（一）市场空间市场空间第25页，此课件共45页哦四、国家政策及市场空间四、国家政策及市场空间 国家环保总局环境规划院

25、预测，我国国家环保总局环境规划院预测，我国 十二五十二五 和和 十三五十三五 时期废水治理投入将分别达时期废水治理投入将分别达1.051.05万亿元和万亿元和1.391.39万亿元，其中工业万亿元，其中工业和城镇生活污水的治理投资将分别达和城镇生活污水的治理投资将分别达43554355亿元和亿元和45904590亿元。在此背亿元。在此背景下，广泛应用于污水处理的膜技术在未来十年间将迎来大发展。景下，广泛应用于污水处理的膜技术在未来十年间将迎来大发展。在市场需求及产业政策的双重推动下，我国膜技术产业将迎来产在市场需求及产业政策的双重推动下，我国膜技术产业将迎来产值可观的值可观的 黄金十年黄金十年

26、，预计这十年内我国膜法水处理工程将以，预计这十年内我国膜法水处理工程将以40%40%的年增长率高速发展，膜产品产值年增长率也将达到的年增长率高速发展，膜产品产值年增长率也将达到20%20%以以上，远远高于国际平均水平，届时中国膜市场将占全球膜市场总上，远远高于国际平均水平，届时中国膜市场将占全球膜市场总需求量的需求量的15%-20%15%-20%。第26页，此课件共45页哦五、国内外主要膜生产企业五、国内外主要膜生产企业 2010 2010 年，我国膜产值超过年，我国膜产值超过300 300 亿元，占全球膜市场的亿元，占全球膜市场的10%10%左左右。全国从事分离膜研究的科研院所、高等院校近右

27、。全国从事分离膜研究的科研院所、高等院校近100 100 家，膜制家，膜制品生产企业达品生产企业达300 300 余家，工程公司超过余家，工程公司超过1000 1000 家，已初步建立了较家，已初步建立了较完整的高性能膜材料创新链和产业链。但在国内众多生产企业中，完整的高性能膜材料创新链和产业链。但在国内众多生产企业中，年营收规模上亿元的不足十家，国内企业在品牌、技术方面仍有年营收规模上亿元的不足十家，国内企业在品牌、技术方面仍有很大提升空间。根据中国水网很大提升空间。根据中国水网 水商圈关于水商圈关于2010-20112010-2011水业设备水业设备满意度指数用户调查报告满意度指数用户调查

28、报告(系列十二：膜元件、膜组件系列十二：膜元件、膜组件)调调查报告，国外的膜组件品牌在国内占有极高的知名度和市场份查报告，国外的膜组件品牌在国内占有极高的知名度和市场份额。在膜产业市场，国内反渗透膜有额。在膜产业市场，国内反渗透膜有90%90%来源于进口，超滤和来源于进口，超滤和微滤膜进口约微滤膜进口约40%40%；而用于制作膜的原材料有；而用于制作膜的原材料有50%-70%50%-70%依赖进口。依赖进口。第27页，此课件共45页哦五、国内外主要膜生产企业五、国内外主要膜生产企业n（一）GEn（二）西门子n（三）旭化成n（四）陶氏化学n（五）诺瑞特n（六）科氏n（七）三菱丽阳n（八）新加坡凯发n（九）新加坡美能n（十）碧水源（300070）n（十一）南方汇通(000920)n（十二）津膜科技（300334）n（十三）海南立升第28页，此课件共45页哦