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《膜分離工程 第五章 超濾(UF)課件.ppt》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在教育資源-天天文庫。
1、超濾(UF)1、超濾膜發(fā)展史2、表征膜性能的參數3、超濾基本傳質理論4、超濾膜材料5、超濾的應用超濾膜發(fā)展史最早使用的超濾膜是動物的臟器薄膜1861年，Schmidt首次公開了用牛心胞膜截留可溶性阿拉伯膠的實驗結果；1896年，馬丁制備了第一張人工超濾膜，可以部分截留蛋白質；1907年，Bechhold較為系統(tǒng)的研究了超濾膜，并首次采取了“超濾”這一科技術語。1963年，美國馬薩諸塞大學的Michaels利用不同比例的酸性和堿性高分子電解質混合物，以水—丙酮—溴化鈉為溶劑首先制成各種不同孔徑的不同醋酸纖維素（CA）超濾膜，并主持開辦了亞米康公司，開始了超濾膜的商品化生產；超濾膜發(fā)展史20世
2、紀70年代，超濾從實驗室規(guī)模的分離手段發(fā)展成重要的工業(yè)分離單元操作技術，工業(yè)應用發(fā)展十分迅速。我國對超濾技術70年代起步，首先研制了管式超濾膜及組器；80年代是快速發(fā)展的階段，先后研制成功了中空纖維，卷式和板式超濾裝置。目前，超濾膜已有：PS、PAN、PES、PSA、PP、PE、PVDF等十余個品種。微濾0.1～10?m：細菌、煤灰、發(fā)酵細胞、顏料、蛋白等超濾0.002～0.1?m：蛋白、顏料、多糖、大分子納濾0.0005～0.002?m：低聚糖、染料、多價離子反滲透0.0001～0.001?m：電解質、大于100Da的有機溶質水、小于100Da的有機溶質表征膜性能的參數通量截留分子量孔的
3、特征、pH適用范圍、抗壓能力、對熱和溶劑的穩(wěn)定性等。純水通量：純水在一定壓力，溫度(0.35MPa，25℃)下試驗，透過水的速度JW=W/At同類膜，孔徑?，純水通量Jw?。純水通量Jw不能代表處理大分子料液的透過速度，因為大分子溶質會沉積在膜表面，使濾速下降（約為純水通量的10%）由Jw的數值可了解膜是否污染和清洗是否徹底。1通量2截留分子量（MWCO）截留率R膜對溶質的截留能力以截留率R（rejection）來表示，其定義為R＝1－Cp／Cb式中Cp和Cb分別表示在某一瞬間，透過液和截留液的濃度。如R＝1，則Cp＝0，表示溶質全部被截留；如R＝0，則Cp＝Cb，表示溶質能自由透過膜。2
4、截留分子量截留分子量:（molecularweightcut-off，MWCO）膜對某標準物截留率為90%時所對應的相對分子質量為該膜的截留相對分子質量。相對分子質量(MWCO)不僅表示超濾膜孔徑的大小,而且可表征膜的分離特性.通常定義此法為大多數膜生產廠家采用。尚無統(tǒng)一的測試方法和標準物。常用標準物一般分為三類:球狀蛋白質、帶支鏈的多糖（如葡萄糖）、線性分子（如聚乙二醇等）。截斷曲線截留率與分子量之間的關系稱為截斷曲線。質量好的膜應有陡直的截斷曲線,可使不同分子量的溶質分離完全；反之，斜坦的截斷曲線會導致分離不完全。MWCO與孔徑切割分子量與膜平均孔徑的關系依據截留分子量選擇超濾膜標稱截
5、留相對分子質量仍是選擇膜的最好參考指標。如果僅涉及濃縮體系，參考以蛋白為標準物的MWCO即可。若涉及組分分級，膜選擇較困難。由于超濾膜孔徑分布較寬，兩組分相對分子質量應相差至少10倍。若僅以高通量為目標，膜孔徑要比溶質中最小粒子小5-10倍。膜的最終選擇要依據實驗確定。超濾基本理論在超濾中，超濾膜對溶質的分離過程主要有：（1）在膜表面及微孔內的吸附（一次吸附）（2）在孔內停留而被去除（阻塞）（3）在膜面的機械截留（篩分）在實際應用中發(fā)現，膜表面的化學特性對大分子溶質的截留有重要影響。因此在考慮超濾膜截留性能時，必須兼顧膜表面的化學特性。超濾的基本傳質理論超濾特性一般可以用透過通量（JV）和
6、表觀截留率（Ra）表示。JV——透過通量，m3/（m2.s）V——濾液體積，m3A——分離膜的有效面積，m2t——獲得V體積濾液所需時間cb——原液濃度，mg/Lcp——透過液液濃度，mg/L超濾的基本傳質理論由于濃差極化現象的存在，膜表面截留的溶質濃度為cw，則膜的真實截留率應為：截留率R雖然能真實的表示超濾特性，但由于膜表面濃度無法測定，所以可以按濃差極化模型計算進料濃差極化當發(fā)生濃差極化后，膜面上濃度Cw大于主體濃度Cb，溶質向主體反擴散；當溶質向膜面的流動速度與反擴散速度達到平衡時，在膜面附近存在一個穩(wěn)定的濃度梯度區(qū)，這一區(qū)域稱為濃度極化邊界層；在邊界層中取一微元薄層，對此微元薄層
7、作物料衡算。推導邊界層形成后，通量與Cw及Cb的關系。濃差極化濃差極化邊界層中的濃度分布濃差極化隨主體流動進入微元薄層的速度JvC應等于透過膜的通量與反擴散速度之和，故有利用邊界條件，當x＝0時，C=Cw；當x=δ時，C=Cb，將上式積分，并得到令K＝D/δ為膜表面?zhèn)髻|對流系數，δ：濃度邊界層厚度，D：膜表面擴散系數。上式成為；濃差極化如果溶質完全被截留，Cp=0上式就可以寫成Cw/Cb稱為極化模數（polarizati
