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当前位置:首页 > 机械/制造/汽车 > 机械/模具设计 > 天津工业大学膜分离复习题
复习题1、什么是膜分离,膜材料为什么能够具有选择渗透性?膜分离是借助膜的选择渗透作用,对混合物中的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法。膜材料能够选择渗透的原因:1.膜中分布有微细孔穴,不同孔穴有选择渗透性;2.膜中存在固定基团电荷,电荷的吸附、排斥产生选择渗透性;3.被分离物在膜中的溶解、扩散作用产生选择渗透性。2、膜分离设备的主要类型,其主要结构和优缺点。1.板框式膜器使用的是平板膜,其结构与板框式压滤机类似,由导流板、膜和多孔支撑板交替重叠组成。优点:膜的组装方便、清洗更换容易,不易堵塞。缺点:对密封要求高、结构不紧凑。2.卷式膜器结构:由平板膜制成,在两片膜中夹入一层多孔支撑材料,将两片膜的三边密封,再在膜上铺上一层隔网,将该多层材料卷绕在多孔管上,整个组件装入圆筒形压力容器中,使用时料液沿隔网流动,与膜接触,透过膜的透过液沿膜袋内的多孔支撑材料流向中心管,然后导出。优点:结构紧凑、单位体积膜面积很大、透水量大、设备费用低;缺点:浓差极化不易控制,易堵塞,不易清洗,换膜困难。3.中空纤维膜器优点:设备紧凑、单位体积的膜表面积大不需要支撑材料缺点:中空纤维内径小,阻力大,易堵塞,对料液的预处理要求高。4.管式膜器膜器膜固定在一个多孔的不锈钢、陶瓷或塑料管内结构与列管式换热器结构类似优点:能够有效地控制浓差极化,流动状态好,可大范围地调节料液的流速,膜生成污垢后容易清洗,对料液的预处理要求不高并可处理含悬浮固体的料液。缺点:投资和运行费用较高,单位面积内膜的面积较低。3、电渗析工作原理。在淡化室中通入含盐水,接上电源,溶液中带正电荷的阳离子,在电场的作用下,向阴极方向移动到阳膜,受到膜上带负电荷的基团的异性相吸引的作用而穿过膜,进入右侧的浓缩室。带负电荷的阴离子,向阳极方向移动到阴膜,受到膜上带正电荷的基团的异性相吸引的作用而穿过膜,进入左侧的浓缩室。淡化室盐水中的氯化钠被除去,得到淡水,氯化钠在浓缩室中浓集。4、膜污染产生的原因、减小膜污染控制方法以及膜的清洗方法原因:在许多场合,浓差极化是导致膜污染的根源:另外还有进水中生物活性高、前处理不充分、系统间断操作、清洗的不彻底前处理絮凝剂加入过量、化学品互不兼容、清洗用化学品不适合、进水有污染、进水水质较差、进水SDI值超出控制范等。控制方法:1、选择合适的膜材料-膜的亲疏水性、荷电性会影响到膜与溶质间相互作用的大小及膜的污染程度2、选择合适的膜孔径或截留分子量3、选择合适的膜结构和组件结构4、适当控制溶液中盐浓度、pH值、溶液浓度和温度、离子强度、压力与料液流速以及溶液与膜接触时间和膜表面粗程度等。清洗方法:水力学清洗、化学清洗。机械清洗、电清洗等。5、制备无机膜常用的方法。常用方法:溶胶—凝胶法、阳极氧化法、相分离—沥滤法、热分解法、水热合成法、悬浮粒子法、CVD法等6、热分解法膜集成技术对海水进行淡化的示意图,每一操作单元所起的作用7、分置式和一体式膜生物反应器的工作原理和优缺点。一体式:将膜组件置入反应器内,压力驱动靠水头压差,或用真空泵抽吸;膜腔内形成负压,混合液中的水和小分子物质通过膜孔,进入膜腔内,经泵输送至出口成为膜出水优点:能耗相对较低省去了混合液循环系统,并且靠抽吸出水,每吨出水的动力消耗约是分置式的1/10、结构紧凑缺点:膜通量相对较低,容易发生膜污染,不容易清洗和更换膜组件分置式:膜组件与生物反应器分开设置,膜的压力驱动依靠加压泵;生物反应器中的污泥混合液由循环泵增压后,输送至膜组件内侧,在压差作用下,混合液中的水和小分子物质通过膜孔,成为系统处理出水;而悬浮物和大分子物质等则被膜截留,并回流至生物反应器内优点:运行稳定可靠,易于操作管理;膜容易清洗、更换;膜通量较高缺点:为了减少污染物在膜表面的沉积,一般需要用循环泵提供较高的膜面错流速度,致使水流循环量加大,动力消耗和运行费用增加,每吨出水的能耗是传统活性污泥法的10~20倍、泵的回流产生的剪切力也可能影响到微生物的催化活性8、浸没沉淀技术制备高分子中空纤维膜的过程,多孔膜的骨架和孔是如何形成的。多孔膜的骨架:将聚合物溶液刮涂在适当的支撑体(如无纺聚酯)上,然后浸入含有非溶剂(一般为水,也可用乙醇、甲醇、丙酮等)的凝固浴中,由于溶剂与非溶剂之间的扩散而导致凝胶,形成了多孔膜的骨架。多孔膜的孔:当凝胶层中的剩余溶剂和添加剂进一步被凝胶浴交换出来后,膜孔形成9、瞬时分相和延迟分相?可形成什么样的孔结构?瞬时液液分相--制膜液浸没凝胶浴后迅速分相成膜。瞬时液液分相-得到相对多孔的膜表层-形成多孔膜-如微滤(MF)和超滤(UF膜)延时液液分相---制膜液浸入凝胶浴中一定时间后才分相成膜。延时液液分相-得到致密和较厚的膜表层-形成具有致密表层和多孔底层的聚合物膜(如气体分离(GS)和渗透汽化(PV)膜9、MF、UF、NF、RO、气体分离、渗透汽化等膜过程常用的材料?应用领域?MF:天然高分子材料:纤维素酯类(硝酸纤维素、醋酸纤维素、再生纤维素)合成高分子材料:亲水性材料聚醚砜、磺化聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚砜、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮疏水性材料:聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯无机材料:陶瓷(氧化铝、氧化锆)、金属(不锈钢、钨、钼)、微孔玻璃和碳化硅应用领域:1、电子工业-纯水制备,去除粒子2、医药卫生用水的灭菌3、中水回用4、食品、饮料工业5、油田采出水处理UF:高分子材料:醋酸纤维素、聚砜、芳香聚酰胺、聚丙烯腈、聚氯乙烯共聚物。无机材料:多孔金属(Ag、Ni、Ti、不锈钢等:多孔陶瓷(氧化铝、二氧化硅、氧化锆、二氧化钛等)、分子筛应用领域:1、工业废水处理2、食品工业中的应用3、高纯水的制备4、生物制药领域中的应用NF:高分子材料:芳香聚酰胺、聚哌嗪酰胺、磺化聚(醚)砜、聚乙烯醇、聚芳酯。无机材料:Al2O3、SiO2、ZrO2、TiO2应用领域:1、生产和生活用水的净化及软化2、物料回收、分级及浓缩3、废液处理和再利用RO:高分子材料:醋酸纤维素类、芳香聚酰胺类、聚哌嗪酰胺类应用领域:1、海水脱盐2、苦咸水淡化3、超纯水生产4、工业污水的处理气体分离:高分子材料:聚酰亚胺、含硅聚合物、聚苯胺等。无机材料:金属及其合金膜、陶瓷膜、分子筛膜以有机-无机杂化材料等。应用领域:氢气的分离回收、水蒸气的脱除、空气分离(氮/氧分离)CO2分离、有机蒸气分离、He的回收等。渗透汽化:高分子材料:聚乙烯醇、聚羟基甲撑、甲氧基甲基化尼龙-3、交联聚甲基丙烯酸、硅橡胶、含氟聚合物、纤维素衍生物和聚苯醚、醋酸纤维素、聚酰亚胺、Naifon、聚苯醚、聚吡咯、聚乙烯醇/聚丙烯酞胺、聚乙烯、聚麟酸/醋酸纤维素、液晶聚合物、聚酯、聚氨酯、聚酰亚胺、聚酯共聚物、全氟磺酸、PPO、聚吡咯等。无机材料:陶瓷、合金、高分子金属配合物、分子筛和玻璃膜等。应用领域:有机溶剂脱水、水中脱除或回收有机物、有机混合物分离等11、计算题-通量、截留率的计算通量:在一定操作条件下,单位时间通过单位面积膜的体积流量。单位L/m2.h.Pa截留率:R=1-Cp/CfCf原液浓度,mg/L;Cp透过液浓度,mg/L。以上内容仅供参考........
本文标题:天津工业大学膜分离复习题
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