‘壹’ 常见的膜分离技术有哪些,分别适用于什么情况
根据膜的种类可分为微滤、超滤、反渗透、纳滤、透析、电渗析、渗透气化和气体分离。
常见的膜分离技术的特点介绍:
(1)膜分离过程不发生相变化,与有相变化的分离法和其他分离法相比,能耗要低。
(2)膜分离过程是在常温下进行,因而特别适用于对热敏感的物质,假如汁、酶、药品等的分离、分级、浓缩与富集。
(3)膜分离技术不仅适用于有机物和无机物,从病毒、细菌到微粒的广泛分离的范围,而且还适用于很多特殊溶液体系的分离,如溶液中大分子与无机盐的分离、一些共沸物或近沸点物系的分离等。
(4)由于只是用压力作为膜分离的推动力,因此分离装置简单,操纵轻易,易自控、维修。
‘贰’ 什么是膜分离技术
膜分离技术以选择性透过膜为介质,在电位差、压力差、浓度差等推动力下,有选择地透过膜,从而达到分离提纯的目的。主要有以下2种方法:
(1)钯膜扩散法。在一定温度下,氢分子在钯膜一侧离解成氢原子,溶于钯并扩散到另一侧,然后结合成分子。经一级分离可得到99.99%~99.9999%纯度的氢。由于钯属于贵金属,该方法只适于较小规模且对氢气纯度要求很高的场合使用。
(2)有机中空纤维膜扩散法。中空纤维膜分离回收氢装置应用得最广,甲醇厂放空气、石油炼制过程中排放各种尾气,基本上都采用这种装置。采用有机中空纤维膜分离工艺,可以利用放空尾气的自身压力,以膜两侧的分压差为推动力。
‘叁’ 膜分离技术主要包含哪些
1、微滤:与常规过滤相比,微滤属于精密过滤,它是截留溶液中的砂砾、淤泥、黏土等颗粒和贾第虫、隐孢子虫、藻类和一些细菌等,而大量溶剂、小分子及少量大分子溶质都能透过膜的分离过程。微滤操作有死端过滤和错流(又称切线流)过滤两种形式。
2、超滤:超滤是在压差推动力作用下进行的筛孔分离过程,它介于纳滤和微滤之间,膜孔径范围在1nm~0.055m之间。最早使用的超滤膜是天然动物的脏器薄膜。
3、纳滤:纳滤膜分离在常温下进行,无相变,无化学反应,不破坏生物活性,能有效地截留二价及高价离子和相对分子质量高于200的有机小分子,而使大部分一价无机盐透过,可分离同类氨基酸和蛋白质,实现高分子量和低分子量有机物的分离,且成本比传统工艺低,因而被广泛应用于超纯水的制备、食品、化工、医药、生化、环保、冶金等领域的各种浓缩和分离过程。
‘肆’ 常用的分离技术有哪两类各包括哪些这些常用的分离技术的基本原理是什么
分离方法开始主要用于化工行业中化工产品的分离,但是随着生物工程技术下游技术的不断发展,结合传统的化工分离方法,新的高效的分离方法被人们高度重视起来。
常用到得分离方法:盐析、萃取分离法(包括溶剂萃取、胶团萃取、双水相萃取、超临界流体萃取、固相萃取、固相微萃取、溶剂微萃取等)、医学|教育|网搜集整理膜分离方法(包括渗析、微滤、超滤、纳滤、反渗透、电渗析、膜萃取、膜吸收、渗透汽化、膜蒸馏等)、层析方法(离子交换层析、尺寸排阻层析、疏水层析、固定离子交换层析IMAC、亲和层析等)。在这些方法中膜分离的方法和层析技术越来越受到人们的重视。
基本原理:
1、双水相萃取的原理:
双水相萃取与水 -有机相萃取的原理相似 ,都是依据物质在两相间的选择性分配 ,但萃取体系的性质不同 。当物质进入双水相体系后 ,由于表面性质、电荷作用和各种力 (如憎水键、氢键和离子键等 )的存在和环境因素的影响 ,使其在上、下相中的浓度不同 .{主要:静电作用和疏水作用}
2、差速离心法原理:
采用逐渐增加离心速度或低速和高速交替进行离心,使沉降速度不同的颗粒在不同的分离速度及不同的离心时间下分批离心的方法,称为差速离心法。当以一定离心力在一定的离心时间内进行离心时,在离心管底部就会得到和*重颗粒的沉淀,分出的上清液在加上加速转速下再进行离心,又得到第二部分较大、较重颗粒的“沉淀”及含小和轻颗粒“上清液”,如此,多次离心处理,即能把液体中的不同颗粒较好分开,这时所得沉淀是不纯的,需经再悬浮和再离心(2-3次),才能得到较纯颗粒。
3、速率-区带离心原理:
不同颗粒之间存在沉降系数差时,在一定离心力作用下,颗粒各自以一定离心速度沉降,在密度梯度不同区域上形成区带的方法。介质梯度应预先形成,介质的密度要小于所有样品颗粒的密度。
4、等密度梯度离心原理:
当不同颗粒存在浮力密度差时,在离心力场下,在密度梯度介质中,颗粒或向下沉降,或向上浮起,一直移动到与他们各自的密度恰好相等的位置上形成区带,从而使不同浮力密度的物质得到分离。
‘伍’ 膜分离技术有哪些优点及不足
膜是具有选择性分离功能的材料,利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程称作膜分离。它与传统过滤的不同在于,膜可以在分子范围内进行分离,并且这过程是一种物理过程,不需发生相的变化和添加助剂。
膜的孔径一般为微米级,依据其孔径的不同(或称为截留分子量),可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜,根据材料的不同,可分为无机膜和有机膜,无机膜主要是陶瓷膜和金属膜,其过滤精度较低,选择性较小。有机膜是由高分子材料做成的,如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等等。
微滤(MF)又称微孔过滤,它属于精密过滤,其基本原理是筛孔分离过程。微滤膜的材质分为有机和无机两大类,有机聚合物有醋酸纤维素、聚丙烯、聚碳酸酯、聚砜、聚酰胺等。无机膜材料有陶瓷和金属等。鉴于微孔滤膜的分离特征,微孔滤膜的应用范围主要是从气相和液相中截留微粒、细菌以及其他污染物,以达到净化、分离、浓缩的目的。
对于微滤而言,膜的截留特性是以膜的孔径来表征,通常孔径范围在0.1~1微米,故微滤膜能对大直径的菌体、悬浮固体等进行分离。可作为一般料液的澄清、保安过滤、空气除菌。
超滤(UF)
是介于微滤和纳滤之间的一种膜过程,膜孔径在0.05um至1nm之间。超滤是一种能够将溶液进行净化、分离、浓缩的膜分离技术,超滤过程通常可以理解成与膜孔径大小相关的筛分过程。以膜两侧的压力差为驱动力,以超滤膜为过滤介质,在一定的压力下,当水流过膜表面时,只允许水及比膜孔径小的小分子物质通过,达到溶液的净化、分离、浓缩的目的。
对于超滤而言,膜的截留特性是以对标准有机物的截留分子量来表征,通常截留分子量范围在1000~300000,故超滤膜能对大分子有机物(如蛋白质、细菌)、胶体、悬浮固体等进行分离,广泛应用于料液的澄清、大分子有机物的分离纯化、除热源。
纳滤(NF)
是介于超滤与反渗透之间的一种膜分离技术, 其截留分子量在80~1000的范围内,孔径为几纳米,因此称纳滤。基于纳滤分离技术的优越特性,其在制药、生物化工、 食品工业等诸多领域显示出广阔的应用前景。
对于纳滤而言,膜的截留特性是以对标准NaCl、MgSO4、CaCl2溶液的截留率来表征,通常截留率范围在60~90%,相应截留分子量范围在100~1000,故纳滤膜能对小分子有机物等与水、无机盐进行分离,实现脱盐与浓缩的同时进行。
反渗透(RO)
是利用反渗透膜只能透过溶剂(通常是水)而截留离子物质或小分子物质的选择透过性,以膜两侧静压为推动力,而实现的对液体混合物分离的膜过程。反渗透是膜分离技术的一个重要组成部分,因具有产水水质高、运行成本低、无污染、操作方便运行可靠等诸多优点 ,而成为海水和苦咸水淡化,以及纯水制备的最节能、最简便的技术.已广泛应用于医药、电子、化工、食品、海水淡化等诸多行业。反渗透技术已成为现代工业中首选的水处理技术。
反渗透的截留对象是所有的离子,仅让水透过膜,对NaCl的截留率在98%以上,出水为无离子水。反渗透法能够去除可溶性的金属盐、有机物、细菌、胶体粒子、发热物质,也即能截留所有的离子,在生产纯净水、软化水、无离子水、产品浓缩、废水处理方面反渗透膜已经应用广泛,如垃圾渗滤液的处理。
膜分离技术的优点归纳有以下几点:
(1)在常温下进行
有效成分损失极少,特别适用于热敏性物质,如抗生素等医药、果汁、酶、蛋白的分离与浓缩
(2)无相态变化
保持原有的风味,能耗极低,其费用约为蒸发浓缩或冷冻浓缩的1/3-1/8
(3)无化学变化
典型的物理分离过程,不用化学试剂和添加剂,产品不受污染
(4)选择性好
可在分子级内进行物质分离,具有普遍滤材无法取代的卓越性能
(5)适应性强
处理规模可大可小,可以连续也可以间隙进行,工艺简单,操作方便,易于自动化
(6)能耗低
只需电能驱动,能耗极低,其费用约为蒸发浓缩或冷冻浓缩的1/3-1/8
缺点:
所有的技术都不是万能的,并不是任何场合都适合采用膜技术,也不是采用单一膜技术就能解决所有问题,比如膜技术虽然浓缩成本低,但不能将产品浓缩成干物质;再比如膜技术虽然具有选择过滤性,但是同分异构体就无法实现分离。因此在设计生产工艺的过程中,需要结合实际情况,结合传统工艺,在适当的地方才是适当的技术,才能使生产工艺最顺畅。最终的目的是工艺流程通畅、能耗最低、人工最省,占地最少,经济最优。
‘陆’ 什么是膜分离技术,类型及应用特点
常规膜分离技术有微滤、超滤、纳滤、反渗析,以及结合电化学技术的电渗析、连续电除盐等。
1.1
微滤技术
微滤(MF)
又称微孔过滤,根据筛分原理以压力差作为推动力的膜分离过程。膜的孔径范围通常在0.1~20
μm,能从气相或液相中截留大直径的菌体、悬浮固体及其他污染物。微滤膜一般由陶瓷、金属等无机材料,或醋酸纤维素、聚丙烯、聚碳酸酯、聚砜、聚酰胺等有机材料制造。
1.2
超滤技术
超滤分离技术(UF)
也是由压力驱动的膜分离过程,膜的孔径在0.001
5~0.02
μm
之间,推动压力在100~1000
kPa。通常截留相对分子质量在1
000~300
000,股超滤膜能对大分子有机物(蛋白质、细菌)
、胶体、悬浮固体等进行分离,广泛应用于料液的澄清、大分子有机物的分离纯化、除热源,是替代活性炭过滤器和多介质过滤器的优良产品。
1.3
纳滤技术
纳滤(NF)
是介于超滤与反渗透之间的一种膜分离技术,其截留相对分子质量在100~1
000,孔径为几纳米,故称为纳滤。纳滤膜的截留特征是以对标准NaCl、MgSO4、CaCl2溶液的截留率来表征,对小分子有机物等与水、无机元素进行分离,实现脱盐与浓缩的同时进行。
1.4
反渗透技术
反渗透膜(RO)
的截留对象是除水以外的所有离子、小分子,如可溶性的金属盐、有机物、细菌、胶体粒子、发热物质等。以膜两侧静压为推动力实现对水的净化提纯,获得高质量纯水。广泛应用于生产纯净水、软化水、无离子水、产品浓缩、废水处理等生产环节。
1.5
电渗析与连续电除盐技术
电渗析分离技术(ED)
是一种利用电能的膜分离技术,在直流电场的作用下,以电位差为推动力,利用阴、阳离子交换膜对水中阴、阳离子的选择透过性,使某种离子通过膜转移到另一侧,从而实现溶液的浓缩、淡化、精制和提纯。
将电渗析技术与离子交换技术有机结合而成的连续电除盐(EDI)
技术是在电场的作用下进行水的电解,通过离子交换膜的离子选择通过功能,结合阴阳树脂的加速离子迁移能力,去除进水中大部分的离子,以使产水达到电导率低于0.2
μs
/cm,符合锅炉补给水的要求。既克服了电渗析不能深度脱盐的缺点,又弥补了离子交换不能连续工作、需消耗酸碱再生的不足。
2
新型膜分离技术
在传统膜分离技术广泛用于工业生产的同时,越来越多的新工艺对膜分离技术提出更高的要求:一方面要提高膜的工作性能,增加膜通量、减轻膜污染、降低压力驱动消耗等;
另一方面力求尽力降低成本,简化膜的制造技术,延长单膜使用时间。由此诞生了渗透汽化膜、液膜和动态膜等新型膜分离技术。
‘柒’ 常见的膜分离技术有哪些,分别适用于什么情况
膜分离技术是指在分子水平上不同粒径分子的混合物在通过半透膜时,实现选择性分离的技术,半透膜又称分离膜或滤膜,膜壁布满小孔,根据孔径大小可以分为:微滤膜(MF)、超滤膜(UF)、纳滤膜(NF)、反渗透膜(RO)等,膜分离都采用错流过滤方式。
微滤
具体涉及领域主要有:医药工业、食品工业(明胶、葡萄酒、白酒、果汁、牛奶等)、高纯水、城市污水、工业废水、饮用水、生物技术、生物发酵等。
超滤
早期的工业超滤应用于废水和污水处理。三十多年来,随着超滤技术的发展,如今超滤技术已经涉及食品加工、饮料工业、医药工业、生物制剂、中药制剂、临床医学、印染废水、食品工业废水处理、资源回收、环境工程等众多领域。
纳滤
纳滤的主要应用领域涉及:食品工业、植物深加工、饮料工业、农产品深加工、生物医药、生物发酵、精细化工、环保工业等。
反渗透
由于反渗透分离技术的先进、高效和节能的特点,在国民经济各个部门都得到了广泛的应用,主要应用于水处理和热敏感性物质的浓缩,主要应用领域包括以下:食品工业、牛奶工业、饮料工业、植物(农产品)深加工、生物医药、生物发酵、制备饮用水、纯水、超纯水、海水、苦咸水淡化、电力、电子、半导体工业用水、医药行业工艺用水、制剂用水、注射用水、无菌无热源纯水、食品饮料工业、化工及其它工业的工艺用水、锅炉用水、洗涤用水及冷却用水。
‘捌’ 不同膜分离技术存在哪些不同的原理
在生物化工过程中常用的膜分离技术有微滤(MF)、超滤(UF)、反渗透(RO)、纳滤(NF)、电渗析(ED)、液膜(LM)等。
微滤
微滤是以多孔细小的薄膜作为过滤的介质,以筛分原理为根据的薄膜过滤。在压力作为推动力的作用下,溶剂、水、盐类及大分子物质均能透过薄膜,而微细颗粒和超大分子等颗粒直径大于膜孔径的物质均被滞留下来,以达到分离的目的,进一步使溶液净化。微滤是目前膜分离技术中应用最广且经济价值最大的技术,主要应用于生物化工中的制药行业。
超滤
超滤是根据筛分原理,以一定的压力差为推动力,从溶液中分离出溶剂的操作。同微滤过程相比,超滤过程受膜表面孔的化学性质影响较大,在一定的压力差下溶剂或小分子量的物质可以透过膜孔,而大分子物质及微细颗粒却被截留,以达到分离目的。超滤膜通常为不对称膜,膜孔径的大小和膜表面的性质分别起着不同的截留作用。超滤主要应用于浓缩大分子溶液的净化等.在生物化工过程中应用最广。
反渗透
反渗透过程主要是根据溶液的溶解、扩散原理,以压力差为推动力的膜分离过程。它与自然的渗透过程刚好相反。渗透和反渗透均是通过半透膜来完成的。在浓溶液一侧,当施加压力高于自然渗透压力时,就会迫使溶液中溶剂反向透过膜层,流向稀溶液一侧,从而达到分离提纯的目的。反渗透过程主要应用于低分子量组分的浓缩,如氨基酸浓缩(甘氨酸HGB
3075—79)、乙醇浓缩(GB 679-65)等。其渗透压的大小与膜的种类无关,而与溶液的性质有关。
纳滤
纳滤也是根据吸附、扩散原理,以压力差为推动力的膜分离过程。它除了有本身的工作原理外,还具有反渗透和超滤的工作原理。纳滤又可以称为低压反渗透,是一种新型的膜分离技术,这种膜过程,拓宽了液相膜分离的应用,分离性能介于超滤和反渗透之间,其截断分子量约为200~2000。纳米膜属于复合膜,允许一些无机盐和某些溶剂透过膜。纳滤过程所需压力比反渗透低得多,具有节约动力的优点。它能截断易透过超滤膜的那部分溶质,同时又可能被反渗透膜所截断的溶质透过,其特有功能是反渗透和超滤无法取代的。纳滤膜具有良好的热稳定性、pH
稳定性和对有机溶剂的稳定性,因此现已广泛应用于各个工业领域,尤其是医药、生物化工行业的分离提纯过程。纳滤膜是现今最先进的膜分离技术。微滤、超滤、反渗透、纳滤4种分离技术没有太明显的分界线,均是以压力作为推动力,被截断的溶质的直径大小在某些范围内相互重叠。
电渗析
电渗析是以电位差为推动力,在直流电作用下利用离子交换膜的选择透过性,把电解质从溶液中分离出来,从而实现溶液的淡化、精制或纯化目的。
液膜
液膜是悬浮在液体中的一层乳液微粒,形成液相膜。依据溶解、扩散原理,通过这层液相膜可以将两个组成不同而又互溶的溶液分开,并通过渗透的现象起到分离、提纯的效果,它克服了固体膜存在的选择性低和通量小的特点。液膜一般由溶剂、表面活性剂和添加剂构成。
‘玖’ 膜分离技术都有哪些种类各类膜分离技术的分离原理是什么
膜分离技术种类有:微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(UF)、反渗透(RO)、膜生物反应器(MBR)、膜集成技术等。
膜分离技术广泛应用于纺织、电力、机械、发酵、食品、医药化工、生物、环保、农药化工、冶金、能源、石油、水处理、电子、仿生等领域,在提高分离效率的同时,能耗大大降低。
‘拾’ 膜分离技术有哪些优点及不足
膜分离技术的优点:
1、在常温下进行:有效成分损失极少,特别适用于热敏性物质,如抗生素等医药、果汁、酶、蛋白的分离与浓缩;
2、无相态变化:保持原有的风味,能耗极低,其费用约为蒸发浓缩或冷冻浓缩的1/3-1/8;
3、无化学变化:典型的物理分离过程,不用化学试剂和添加剂,产品不受污染;
4、选择性好:可在分子级内进行物质分离,具有普遍滤材无法取代的卓越性能;
5、适应性强:处理规模可大可小,可以连续也可以间隙进行,工艺简单,操作方便,易于自动化;
6、能耗低:只需电能驱动,能耗极低,其费用约为蒸发浓缩或冷冻浓缩的1/3-1/8。
缺点:
1、膜技术虽然浓缩成本低,但不能将产品浓缩成干物质;
2、膜技术虽然具有选择过滤性,但是同分异构体就无法实现分离。
膜分离技术,是指在分子水平上不同粒径分子的混合物在通过半透膜时,实现选择性分离的技术。由于兼有分离、浓缩、纯化和精制的功能,又有高效、节能、环保、分子级过滤及过滤过程简单、易于控制等特征,因此,已广泛应用于食品、医药、生物、环保、化工、冶金、能源、石油、水处理、电子、仿生等领域,产生了巨大的经济效益和社会效益,已成为当今分离科学中最重要的手段之一。
应用领域:
1、微滤
具体涉及领域主要有:医药工业、食品工业(明胶、葡萄酒、白酒、果汁、牛奶等)、高纯水、城市污水、工业废水、饮用水、生物技术、生物发酵等。
2、超滤
早期的工业超滤应用于废水和污水处理。三十多年来,随着超滤技术的发展,如今超滤技术已经涉及食品加工、饮料工业、医药工业、生物制剂、中药制剂、临床医学、印染废水、食品工业废水处理、资源回收、环境工程等众多领域。
3、纳滤
纳滤的主要应用领域涉及:食品工业、植物深加工、饮料工业、农产品深加工、生物医药、生物发酵、精细化工、环保工业等。
4、反渗透
由于反渗透分离技术的先进、高效和节能的特点,在国民经济各个部门都得到了广泛的应用,主要应用于水处理和热敏感性物质的浓缩,主要应用领域包括以下:食品工业、牛奶工业、饮料工业、植物(农产品)深加工、生物医药、生物发酵、制备饮用水、纯水、超纯水、海水、苦咸水淡化、电力、电子、半导体工业用水、医药行业工艺用水、制剂用水、注射用水、无菌无热源纯水、食品饮料工业、化工及其它工业的工艺用水、锅炉用水、洗涤用水及冷却用水。
5、其他
除了以上四种常用的膜分离过程,另外还有渗析、控制释放、膜传感器、膜法气体分离、液膜分离法等。