滲析-反滲透..

1、化工分離技術(shù)簡介山東大學(xué) - 化學(xué)工藝專業(yè)滲析&反滲透PART0 膜分離依靠膜的選擇性，將液體中的組分進(jìn)行分離的技術(shù)膜分離的發(fā)展u高分子膜的分離功能很早就已發(fā)現(xiàn)。1748年，諾萊特（A. Nollet）發(fā)現(xiàn)水能自動地擴(kuò)散到裝有酒精的豬膀胱內(nèi)，開創(chuàng)了膜滲透的研究。u1950年W.Juda試制出選擇透過性能的離子交換膜，奠定了電滲析的實(shí)用化基礎(chǔ)。u1960年洛布 (Loeb)和索里拉簡 (Souriringan)首次研制成世界上具有歷史意義的非對稱反滲透膜，這在膜分離技術(shù)發(fā)展中是一個重要的突破，使膜分離技術(shù)進(jìn)入了大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用的時代。分離膜的應(yīng)用技術(shù)高分子分離膜離子交換膜液膜新型分離膜滲

2、透蒸發(fā)膜膜萃取膜膜蒸發(fā)膜膜吸收膜微濾、納濾膜超濾、反滲透膜氣體分離膜無機(jī)分離膜各種膜分離過程的應(yīng)用范圍各種膜分離過程的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢多數(shù)膜分離過程無相變發(fā)生，能耗通常較低膜分離過程一般無需從外界加入其他物質(zhì)，可以節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境膜分離過程可使分離與濃縮、分離與反應(yīng)同時實(shí)現(xiàn)，大大提高了分離效率膜分離過程通常在溫和條件下進(jìn)行，因而特別適用于熱敏性物質(zhì)的分離、分級、濃縮與富集膜分離過程的規(guī)模和處理能力可在很大范圍內(nèi)變化，而它的效率、設(shè)備單價、運(yùn)行費(fèi)用等都變化不大膜組件結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便，可在頻繁的啟停下工作，易自控和維修，而且膜分離可以直接插入已有的生產(chǎn)工藝流程膜分離的共同特點(diǎn)謝謝PART1 滲析

3、一種以濃度差為推動力的膜分離操作，利用膜對溶質(zhì)的選擇透過性，實(shí)現(xiàn)不同性質(zhì)溶質(zhì)的分離。原理 | Principle圖8-1圖8-1溶質(zhì)中的小分子由A側(cè)通過擴(kuò)散透過膜溶劑（水）由B側(cè)根據(jù)滲透原理透過膜經(jīng)一段時間后，兩側(cè)液體中的小分子物質(zhì)和水達(dá)到動態(tài)平衡這里所說的不是溶劑和溶質(zhì)的分離，而是溶質(zhì)之間的分離濃度差（化學(xué)位）是這種分離過程的唯一推動力滲析膜材料 理想透析膜材料的特點(diǎn)v膜材料純度高，不含有任何對生體有害的物質(zhì)v具有優(yōu)良的生物相容性，對蛋白質(zhì)無特異吸附v有穩(wěn)定的物理、化學(xué)性能和良好的力學(xué)性能v能經(jīng)受消毒處理而不影響結(jié)構(gòu)、性能v加工成型方便，膜表皮層及支撐層的孔隙率盡可能高，以獲得更高的通量滲析

4、膜材料v目前用于制備透析膜的材料主要有天然纖維素及其衍生物與合成聚合物兩大類v纖維素類有醋酸纖維素、再生纖維素等v合成聚合物類包括聚酰胺、聚丙烯腈、聚碳酸酯、聚砜、聚烯烴、聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚醚嵌段共聚物等v由于透析膜主要用于醫(yī)療用途，對膜材料的要求非?？量?，因此可臨床應(yīng)用的膜材料只有少數(shù)幾種 聚合形式聚合形式聚合物材質(zhì)聚合物材質(zhì)臨床應(yīng)用臨床應(yīng)用商品化商品化線性縮聚聚酰胺聚碳酸酯-聚醚聚砜聚醚砜磺化聚砜HFHFHF、HDFHFHF線性縮聚再生纖維素醋酸纖維素三醋酸纖維素HFHD、HDFHD、HDF、HF線性加成聚丙烯聚丙烯腈聚丙烯聚丙烯腈

5、-甲代烯丙基磺酸鈉聚乙烯-聚乙烯醇聚甲基丙烯酸甲酯聚電解質(zhì)HDF、HFHDFHDF、HD、HFHD、HDFHF無機(jī)玻璃HFHD-血液滲析；HF-血液過濾；HDF-血液滲析過濾 應(yīng)用人工腎（血液透析）腎對血液進(jìn)行過濾，排泄尿素、肌酐、尿酸、胍的衍生物等代謝產(chǎn)物及某些毒物和藥物，調(diào)節(jié)體內(nèi)水、電解質(zhì)和酸堿平衡；調(diào)節(jié)血壓，激活維生素D；分泌血管活性物質(zhì)和促紅細(xì)胞生成素等。腎功能衰竭可造成新陳代謝物質(zhì)在體內(nèi)沉積，產(chǎn)生代謝紊亂，從而引起尿毒癥，危及人的生命。腎臟患者，治療手段以人工腎和/或腎臟移植為主，并輔以藥物治療。臨床上用于治療急、慢性腎功能衰竭最有效的常規(guī)腎臟替代療法人工腎人工腎工作原理血液透析是借

6、助于血液透析機(jī)與患者建立體外循環(huán)的過程透析機(jī)依靠具有特殊通透性的透析膜，分隔血液和透析液，利用膜兩測液體溶質(zhì)的濃度差及膜孔徑大小的差異，使血液中小于膜孔截留分子量的溶質(zhì)擴(kuò)散、滲透通過濾膜，以除去患者血液中的代謝小分子廢物和毒物調(diào)節(jié)水和電解質(zhì)平衡以及酸堿平衡人工腎依靠透析膜，使血液中的代謝產(chǎn)物進(jìn)入到由外界引入的已配制好的透析液中，并通過透析膜達(dá)到電解質(zhì)的平衡，經(jīng)過透析處理解毒后的血液回到人體的靜脈中，而需排泄的物質(zhì)則引出棄去，與人體腎臟相比，透析器起到了人工腎的作用 人工腎的構(gòu)成由透析器、透析液供給裝置和自動監(jiān)護(hù)裝置三部分組成，通過血液回路把人體與透析型人工腎連接起來透析器是人工腎的關(guān)鍵部件之一

7、，血液透析過程就在透析器中進(jìn)行 人工腎與人體腎比較在血液透析過程中，動脈中的血液通過半透膜與透析液相接觸，憑借液體間的濃度差，血液與透析液進(jìn)行物質(zhì)交換，即尿毒癥病因物質(zhì)從血液中經(jīng)半透膜擴(kuò)散進(jìn)入透析液，而透析液中含有的人體必需的物質(zhì)則擴(kuò)散進(jìn)入血液。交換后的血液經(jīng)靜脈返回體內(nèi)，而有害物質(zhì)則隨透析液排出體外 。血液透析回路應(yīng)用壓榨(堿)液的回收在粘膠纖維生產(chǎn)中，壓榨液約為纖維產(chǎn)量的1822倍，壓榨液的堿濃度為1617，還含有大量的半纖維素、樹脂和機(jī)械雜質(zhì)。中空纖維透析器的膜材料由聚乙烯醇制成。經(jīng)預(yù)處理過的壓榨液和軟水分別由壓榨液和軟水進(jìn)口管進(jìn)入透析器，在膜的兩側(cè)反向流動，壓榨液中的NaOH不斷進(jìn)入軟

8、水中。殘余液出透析器后進(jìn)入廢液槽，經(jīng)處理后排放。滲析法回收壓榨液中NaOH壓榨堿液滲析法回收壓榨液流程壓榨液中NaOH的回收率可達(dá)98%NaOH進(jìn)入調(diào)整槽調(diào)整濃度后作為浸漬液回用應(yīng)用鋼鐵酸洗廢液中回收硫酸 鋼材加工需要預(yù)先除去表面的氧化鐵?，F(xiàn)在廣泛采用硫酸（或鹽酸）溶液酸洗法。在酸洗過程中，溶液中硫酸亞鐵含量不斷增加，當(dāng)達(dá)到200g/L以上時，酸洗效果明顯降低，成為廢液，而廢液中硫酸含量高達(dá)50g/L，必須經(jīng)過處理才能排放。目前，處理方法主要為：石灰中和后排放、冷卻結(jié)晶回收鐵礬及硫酸采用石灰中和法，不但不能回收有用物質(zhì)，而且增加了廢渣的處理問題。用冷卻結(jié)晶法雖可回收鐵礬和硫酸，但處理的成本高，

9、經(jīng)濟(jì)上不合算。酸洗廢液擴(kuò)散滲析和離子交換膜電解相結(jié)合回收硫酸酸洗廢液回收處理流程采用擴(kuò)散滲析法和離子交換膜電解組合工藝處理酸洗廢液的流程如圖所示在電解槽中，以稀硫酸溶液為陽極液，以透析液為陰極液。在直流電場作用下，陽極室中硫酸濃度不斷升高，而陰極上不斷沉積出電解純鐵，這樣可同時達(dá)到回收硫酸和鐵的目的 。發(fā)展前景由于透析過程的傳質(zhì)推動力是膜兩側(cè)物料中組份的濃度差，受體系本身?xiàng)l件的限制，透析過程的傳質(zhì)速度慢，且透析膜的選擇性低，對于化學(xué)性質(zhì)相似或分子大小相近的溶質(zhì)體系很難用透析法分離，這是其發(fā)展受到了很大限制，透析過程逐漸被借助外力驅(qū)動的膜過程，如電滲析、超濾等所取代，應(yīng)用范圍日漸縮小。然而，對于

10、某些高濃度的蛋白質(zhì)溶液，由于濃差極化的原因，使用超濾方法進(jìn)行分離較為困難，這種情況下使用透析方法較為合適，特別是使用人工腎處理濃度差較高的血液時，透析法無疑更具有優(yōu)越性。目前透析法應(yīng)用最大的市場是血液透析，現(xiàn)在血液透析已成為治療腎病患者的常規(guī)療法。另外，對于少量物料的處理，由于透析不需要使用超濾那樣的特殊器件和裝置，所以迄今其應(yīng)用仍較為廣泛。PART2 反滲透一種以壓力差為推動力，從溶液中分離出溶劑的膜分離原理 | Principle鹽水純水鹽水純水半透膜半透膜外加壓力滲透反滲透v滲透v滲透壓v平衡v反滲透評價指標(biāo)=100%產(chǎn)水流量回收率進(jìn)水流量=100%產(chǎn)水含鹽量鹽透過率進(jìn)水含鹽量=100%

11、 脫鹽率鹽透過率反滲透膜材料1964年 世界上第一個反滲透膜醋酸纖維素類聚烯烴類聚酯類芳香聚酰胺類聚砜類硝酸纖維素類聚苯乙烯類聚乙烯醇類v國外已有日產(chǎn)水量10萬噸級的反滲透海水淡化裝置，目前正在運(yùn)行的大型卷式膜海水淡化裝置的單機(jī)能力為日產(chǎn)水量6000噸。v國內(nèi)目前已建和在建的反滲透海水淡化裝置日產(chǎn)水量350-1000噸，在河北建設(shè)的日產(chǎn)水量18000噸的“亞海水”脫鹽裝置是國內(nèi)最大的使用海水淡化膜的反滲透裝置。反滲透法海水淡化應(yīng)用海水淡化鹽份鹽份細(xì)菌細(xì)菌顆粒和泥沙顆粒和泥沙有機(jī)物有機(jī)物高純產(chǎn)品水壓力進(jìn)水高脫鹽率的膜高脫鹽率的膜( (濃縮水 污物水水膜組件v膜分離裝置的核心是膜組件，它是將膜、固

12、定膜的支撐材料、間隔物、或管式外殼等通過一定的黏合或組裝構(gòu)成的一個單元。v工業(yè)上應(yīng)用的膜組件主要有板框式、螺旋卷式、管式、中空纖維四種形式。v大多數(shù)的反滲透膜組件是螺旋卷式的。膜組件膜組件膜組件反滲透的基本流程高壓泵濃水產(chǎn)品水進(jìn)水膜組件典型的兩段式反滲透流程 濃水濃水產(chǎn)水產(chǎn)水進(jìn)水進(jìn)水IA 1IA 2IA 6IB 1IB 2IB 6II 1II 6II 2. . . . . . .1st 段2nd 段典型的反滲透系統(tǒng)溫度計溫度計壓力表壓力表SDI測定儀測定儀前處理前處理 反滲透膜組件反滲透膜組件壓力開關(guān)壓力開關(guān)壓力表壓力表閥門閥門壓力容器壓力容器濃水濃水F1F1產(chǎn)水產(chǎn)水流量計流量計流量計流量計濃水控制閥濃水控制閥濃水排放濃水排放高壓泵高壓泵發(fā)展前景開發(fā)抗氧化性、抗酸堿性以及高透水性的新型膜材料。開發(fā)具有低能耗、抗污染、耐高溫、高壓和特種分離等性能的反滲透膜組件