职称论文发表 发表论文
职称论文 发表论文 合作流程 联系方式 论文发表
职称论文发表 会员登录 用户名: 密码: 我要注册
职称论文发表网   首页   经济论文 |法学论文 |理工科论文 |管理学论文 |计算机论文 |文史论文 |医学论文 |教育论文 |艺术论文 |社会学论文 |政治论文 |试题 |应用文 |论文投稿 |职称评定 |教案 |论文关键词 |电子商务 |体育论文 |学术机构 |发表论文 |教育资讯 |医学资讯 |物联网论文 |中国论文网 | 职称论文
职称论文 本站论文搜索
职称论文 设为首页 职称论文发表网 收藏本站 职称论文发表 联系我们
职称论文  首页-->理工科论文-->理工相关-->文章正文
无机膜液相分离技术及其应用

作者 :化学工程与装备更新时间:2012-11-1

职称论文发表
职称论文发表 专业提供:发表论文、论文发表、毕业论文、职称论...
住在汉口网
住在汉口网是一个专业提供汉口房产信息、车辆服务、生活服务、招...
职称论文网
职称论文网提供:发表论文、论文发表、毕业论文、职称论等服务。
摘 要:无机膜是一种新兴的高新技术。综述了无机膜在液相分离中的过滤特性 ,包括其基本原理、基本现象和分离过程影响因素等 ,并介绍无机膜技术在液相分离上的应用。
关键词:无机膜 微滤 超滤 吸附 浓差极化

1 无机膜及其特点
无机膜是固体膜的一种 ,它是由无机材料如金属、金属氧化物、陶瓷、多孔玻璃、沸石、无机高分子
材料等制成的半透膜。无机膜在液体分离方面的应用研究 ,始于 20世纪 70年代中期。20世纪 80年代初 ,无机膜在液体分离中的应用取得了实质性的进展 ,实现了产业化应用 ,尤其是陶瓷膜 ,成功地在法国的奶业和饮料(葡萄酒、啤酒、苹果酒 )业推广使用后 ,其技术和产业地位逐步确立。无机膜在液相分离方面的应用主要是两方面 ,即孔径在 100~1000nm范围内的微滤和孔径在几个到 100nm范围内的超滤。
与聚合分离膜相比 ,无机膜具有以下一些优点:①化学稳定性好 ,能耐酸、耐碱、耐有机溶剂; ②机械
强度大 ,担载无机膜可承受几十个大气压的外压 ,并可反向冲洗; ③抗微生物能力强 ,不与微生物发生作用 ,可以在生物工程及医学科学领域中应用; ④耐高温 ,一般均可以在 400℃下操作,最高可达 800℃以
上; ⑤孔径分布窄 ,分离效率高。

2 无机膜过滤特性
2. 1 基本原理
无机膜技术在液相分离中基本原理是:在压力差下 ,利用膜孔的筛分特性 ,使混合物组分得到分级
或分离。产品可以是渗透液、截留液或两者皆是。无机膜的分离特性以渗透通量和渗透选择性为衡量
指标 ,二者均与膜结构、分离对象体系性质及操作条件等密切相关。

2. 2 基本现象
2. 2. 1 吸附
凡大分子与膜表面接触都会发生强弱不同的相互作用 ,此现象通称为吸附。吸附的直接结果就是
导致膜孔减小而使渗透通量衰减。膜表面上形成吸附层的趋势与其表面性质有密切的关系。例如 ,当
过滤液中存在有机物时 ,常常观测到憎水表面的吸附比亲水表面强的多。吸附总是从单分子层开始 ,
即使是单层吸附 ,也可能降低渗透通量 20%~30%。在高的溶质浓度下 ,容易形成多层吸附 ,更会引起渗
透通量进一步衰减 ,以至失去原有渗透通量的 80%~90%,严重者几乎全部丧失。由于孔径级别的差
异 ,超滤膜比微滤膜更容易因吸附而被阻塞。

2. 2. 2 浓差极化
在膜分离过程中 ,溶质被膜截留而在膜表面附近积累 ,使得局部浓度高于主体浓度 ,这种浓度累积
会导致溶质向原料液主体的反向扩散运动 ,这种浓差极化现象经过一定时间会成为定态。浓差极化会
使膜的截留率和膜通量发生变化。对于溶质为盐等低分子量物质时 ,往往因为膜表面处溶质浓度升高,
实测的截留率会低于真实或本征截留率。而对于大分子溶质混合物,往往会出现被完全截留的高分子
量溶质形成动态膜 ,而使得小分子量溶质的截留率升高的现象。浓差极化往往造成膜通量的下降。在
超滤过程中浓差极化显得特别显著 ,当膜表面溶质浓度增大时 ,局部浓度达到最大的凝胶值 ,称为凝胶
极化 ,凝胶层成为决定通量的制约因素 ,此时操作压差增大使得凝胶阻力增大 ,推动力的增大为阻力的
增大所抵消 ,渗透通量不变。

2. 3 分离过程影响因素
2. 3. 1 膜结构参数对分离过程的影响
(1)膜孔径是影响膜通量和截留率等分离性能的主要因素。一般来说 ,孔径越小 ,对粒子或溶质的截留率越高而相应的通量往往越低。对于纯溶剂介质而言 ,膜孔径越大 ,通量越高 ,但在实际体系分离溶质或颗粒的性质直接关系到其对膜的污染方式、程度等 ,从而影响膜的分离性能。另外 ,由于陶瓷膜都带有电荷 ,而且其ζ电位受溶液性质影响 ,因此溶液性质改变往往改变膜的表面荷电性质 ,使得膜与溶质或颗粒、膜与溶剂的相互作用发生变化 ,进而对膜分离性能产生影响。

2. 3. 3 操作参数对分离过程的影响
(1)操作压力
对于压力推动的膜过滤过程 ,操作压力差将直接影响膜通量 ,无机膜过滤过程中存在一临界压力 ,在临界压力之下 ,操作压差与膜通量呈正比关系;而在临界压力之上 ,由于浓差极化等因素的影响 ,过滤压差与膜通量不再存在线性关系 ,而且操作压差对通量的影响不大 ,前者称为压力控制区 ,后者称为质量传递控制区 ,此临界压力对应的膜通量称为极限通量。确定临界压力有助于选择合适的操作压力 ,这对降低能耗 ,获得较高的膜通量 ,避免过滤操作的条件恶化具有非常重要的意义。有关参数影响的一般规律是流速增大、温度升高、浓度降低将使临界压力增大 ,通量升高 ,在相同的膜通量下 ,所需推动力降低。

(2)错流速度
错流速度是影响膜渗透通量的重要因素之一。错流速度的大小主要取决于原料液的性质和膜材料机械强度 ,在绝大多数的操作过程中 ,错流速度的范围一般在 2~8m·s - 1之间。一般认为 ,较高的剪切速度有利于带走沉积于膜表面的颗粒、溶质等 ,减轻膜污染 ,因而可以有效地提高膜通量 ,而且提高错流速度还有利于减轻浓差极化的影响 ,对分离过程能量消耗等也有着非常重要的影响。

(3)温度
一般情况下 ,温度的升高 ,会使溶液黏度下降 ,悬浮颗粒的溶解度增加,传质扩散系数增大 ,还可以促进膜表面溶质向主体运动 ,减薄了浓差极化层 ,从而提高过滤速度 ,增加膜通量。如果膜通量升高将减少单位产量所需的膜面积 ,从而降低投资成本;不过升高温度也会使能耗增加 ,提高运行费用;而且对于易变性的体系反而不宜升温。

(4)临界通量
有学者根据微滤试验现象提出了临界通量的概念。微滤过程的临界通量是指在微滤过程启动时存在某通量值,在该通量值之下过滤不发生通量随时间的衰减 ,而在该通量之上有膜污染出现 ,这个通量即为临界通量。由于不同体系的物种表面作用变化十分显著 ,临界通量的测定很难事先确定 ,不过作为对体系优化的指导 ,临界通量的概念还是有价值的。

3 无机膜在液相分离中的应用
3. 1 工业废水的处理
3. 1. 1 含油废水的处理
无机膜在含油废水处理中具有操作稳定、出水水质好、占地面积小、扩建方便、正常工作时不消耗化学药剂、也不产生新的污泥以及回收油质量比较好的特点。Lahiere et al用 Al2 O3陶瓷膜处理石化含二氯己烷、烷基苯的乳化液 ,并用 HCl和 FeCl3对乳液进行预处理 ,处理所得油含量低于 5mg/L。

3. 1. 2 纺织业废水的处理
纺织染色工程均以水为介质 ,而且往往需要一次或多次水洗 ,用水量比较大 ,排放的废水对环境污染较重。Soma等人利用无机微滤膜处理印染废水,膜孔径平均为 0. 2μm ,压力为 0. 5~1MPa,错流速度为 3~5m·s - 1。实验结果表明 ,无机膜对悬浮物、有机物的去除效果明显 ,其中不溶性染料去除率大于98%,通过加入一些表面活性剂可使可溶性染料的去除率大于 97%。

3. 2 食品工业中的应用
3. 2. 1 脱脂牛乳的处理
王荫榆等人利用陶瓷膜微滤技术对 ESL牛乳的生产应用进行了研究 ,利用该过滤工艺处理脱脂牛乳 ,即可保证牛乳新鲜 ,同时有效成分不受损失 ,使高品质牛乳的批量生产成为可能 ,尤其结合高温灭菌可以显著延长产品的货架期。
吕加平等人在均一孔径膜微滤系统的基础上,通过梯度膜切向流反向脉冲微滤系统的构建 ,研究了梯度膜用于牛奶微滤除菌的效果。梯度膜对细菌和芽孢高效的截留率分别达到 99. 94%和 99. 86%,但对脱脂乳成分几乎没有截留。

3. 2. 2 啤酒的酿制
范广璞等人选择 0. 5μm孔径的陶瓷膜对生啤酒进行过滤,陶瓷膜对啤酒中蛋白质和色素的截留率均很低,过滤后啤酒中的微生物数量亦符合要求,能达到除菌的目的,理化指标较为理想,尤其是双乙酰含量的降低,使得生啤酒的口味更能满足大众的要求。

3. 2. 3 饮用水生产中的应用
传统饮用水生产多采用沙、活性炭等介质过滤,但只适用处理低浊度的水。无机膜可用于地下水和地表水的净化过程,用于除去水中的颗粒 ,河水、井水、湖水中的细菌及某些重金属污染物。Castelas等用 0. 2μm和 4nm氧化铝膜过滤氧化塘水 ,细菌水平从 1000~5000个 /cm3 降到 0. 03~0. 4个 /cm3 ,大肠杆菌总数从 50~500/cm3 降到零水平。

3. 3 生化与制药工业中的应用
3. 3. 1 头孢菌素药物的生产
头孢菌素 C传统的提取工艺滤液质量不高、收率较低 ,且劳动强度大 ,生产环境差 ,产品市场竞争力低。朱国民研究采用平板式超滤膜技术直接处理头孢菌素 C的发酵液。结果表明 ,所用的超滤系统能够一步截留未经处理的头孢菌素 C发酵液中的菌体蛋白、固体颗粒等杂质 ,去除蛋白能力是原工艺的10倍 ,过滤收率提高了 6%,膜通量的衰减幅度较小 ,产品质量好。

3. 3. 2 酶的分离纯化
凝血酶是一种蛋白水解酶 ,能促使纤维蛋白原转化成纤维蛋白而加速血液凝固。根据牛凝血酶原的相对分子质量 ,采用超滤法 ,截留相对分子质量60000以上的物质。结果所得凝血酶平均比活为38. 24 IU/mg,比传统方法所得比活提高了 2倍 ,既节省了时间,又提高了酶的比活。

4 结束语

无机膜由于其优异的材料性能 ,在环保、食品、化工、生物工程等众多领域的液相分离中得到应用 ,
效果比较显著。尤其是在石油与石油化工、化学工业等高温、高压、有机溶剂和强酸、强碱体系表现出
有机膜所不具备的功能。无机膜凭借其技术优势 ,已成为国内外竞相研究开发的热点之一。无机膜在
许多领域的成功应用 ,必将进一步开阔其发展空间。

参考文献
1 徐南平,邢卫红,赵宜江.无机膜分离技术与应用 [M ].北京. 化学工业出版社. 2003.
2 汪锰,王湛,李政雄. 膜材料及其制备 [M ]. 北京. 化学工业出版社. 2003.
3 许保玖.给水处理理论 [M ]. 北京. 中国建筑工业出版社. 2000:578.
4 JMueller, YCen. Cross- flowmicrofiltration ofoilywater[J]. JMembSci,1997,129:221.
5 C. Soma,M. Rumeau, C. sergent. Use of mineral membranes in the treatmentof texil…… 职称论文发表网http://www.issncn.com 职称论文发表网http://www.issncn.com

1 2
论文首页】【设为主页】【加入收藏】【打印本文】【回到顶部
最新上传
 《美与时代》城市版杂志稿...
 让快乐体育走进孩子们心中
 武昌区开展小学体育教学研...
 中英校际交流,校园足球添...
 《原地单手肩上投篮》教学...
 七年级《篮球运球》教学设...
 职校教师的角色定位
 我对因材施教的看法
 物理教学中德育渗透
 中职德育课堂的应用表现性...
 肺结核治疗综述
 肺结核治疗方案
 肺结核治疗问题
 肺结核50例临床治疗
 肺结核病人护理
职称论文
本站推荐
 武昌区开展小学体育教学研...
 中英校际交流,校园足球添...
 《原地单手肩上投篮》教学...
 七年级《篮球运球》教学设...
 我对因材施教的看法
 中职德育课堂的应用表现性...
 肺结核治疗方案
 肺结核治疗问题
 肺结核50例临床治疗
 肺结核病人护理
 农村城镇化探析
 篮球运动员身体素质训练
 国防经济研究
 公共危机应急保障机制建设
 科研院所物业管理社会化
职称论文发表
所有资料均源于网上的共享资源及期刊共享,请特别注意勿做其他非法用途。
如有侵犯您的版权或其他有损您利益的行为,请联系指出,我们会立即进行改正或删除有关内容!
  网站介绍 联系我们 广告服务 网站导航 投诉建议 服务承诺 人才招聘 版权声明  
  •   投稿邮箱:83041061@qq.com    服务热线:027-62220402 手机: 18907137973
    点击及可直接咨询
    联系地址:武汉市江汉区新华下路江花苑13楼   电子地图
  • Copyright (C) 2007-2009 http://www.issncn.com/ All Rights Reserved.. 鄂ICP备:09016318号
    技术支持:腾浪科技    法律顾问:廖泉冰律师