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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(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)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(shù)3、超濾基本傳質(zhì)理論4、超濾膜材料5、超濾的應(yīng)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(shí)驗(yàn)結(jié)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(zhì)；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(shù)語。1963年，美國馬薩諸塞大學(xué)的Michaels利用不同比例的酸性和堿性高分子電解質(zhì)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(chǎn)；超濾膜發(fā)展史20世
2、紀(jì)70年代，超濾從實(shí)驗(yàn)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(shù)，工業(yè)應(yīng)用發(fā)展十分迅速。我國對超濾技術(shù)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(xì)菌、煤灰、發(fā)酵細(xì)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(zhì)、大于100Da的有機(jī)溶質(zhì)水、小于100Da的有機(jī)溶質(zhì)表征膜性能的參數(shù)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(yàn)，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?yàn)榇蠓肿尤苜|(zhì)會沉積在膜表面，使濾速下降（約為純水通量的10%）由Jw的數(shù)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(zhì)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(zhì)全部被截留；如R＝0，則Cp＝Cb，表示溶質(zhì)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(biāo)準(zhǔn)物截留率為90%時所對應(yīng)的相對分子質(zhì)量為該膜的截留相對分子質(zhì)量。相對分子質(zhì)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(shù)膜生產(chǎn)廠家采用。尚無統(tǒng)一的測試方法和標(biāo)準(zhǔn)物。常用標(biāo)準(zhǔn)物一般分為三類:球狀蛋白質(zhì)、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(guān)系稱為截斷曲線。質(zhì)量好的膜應(yīng)有陡直的截斷曲線,可使不同分子量的溶質(zhì)分離完全；反之，斜坦的截斷曲線會導(dǎo)致分離不完全。MWCO與孔徑切割分子量與膜平均孔徑的關(guān)系依據(jù)截留分子量選擇超濾膜標(biāo)稱截
5、留相對分子質(zhì)量仍是選擇膜的最好參考指標(biāo)。如果僅涉及濃縮體系，參考以蛋白為標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)量應(yīng)相差至少10倍。若僅以高通量為目標(biāo)，膜孔徑要比溶質(zhì)中最小粒子小5-10倍。膜的最終選擇要依據(jù)實(shí)驗(yàn)確定。超濾基本理論在超濾中，超濾膜對溶質(zhì)的分離過程主要有：（1）在膜表面及微孔內(nèi)的吸附（一次吸附）（2）在孔內(nèi)停留而被去除（阻塞）（3）在膜面的機(jī)械截留（篩分）在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，膜表面的化學(xué)特性對大分子溶質(zhì)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(xué)特性。超濾的基本傳質(zhì)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(zhì)理論由于濃差極化現(xiàn)象的存在，膜表面截留的溶質(zhì)濃度為cw，則膜的真實(shí)截留率應(yīng)為：截留率R雖然能真實(shí)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(jì)算進(jìn)料濃差極化當(dāng)發(fā)生濃差極化后，膜面上濃度Cw大于主體濃度Cb，溶質(zhì)向主體反擴(kuò)散；當(dāng)溶質(zhì)向膜面的流動速度與反擴(kuò)散速度達(dá)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(dǎo)邊界層形成后，通量與Cw及Cb的關(guān)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(jìn)入微元薄層的速度JvC應(yīng)等于透過膜的通量與反擴(kuò)散速度之和，故有利用邊界條件，當(dāng)x＝0時，C=Cw；當(dāng)x=δ時，C=Cb，將上式積分，并得到令K＝D/δ為膜表面?zhèn)髻|(zhì)對流系數(shù)，δ：濃度邊界層厚度，D：膜表面擴(kuò)散系數(shù)。上式成為；濃差極化如果溶質(zhì)完全被截留，Cp=0上式就可以寫成Cw/Cb稱為極化模數(shù)（polarizati
