现代分离技术与方法论文

《现代分离技术与方法》课程论文第1页第1页浅谈膜分离技术的应用与前景目录引言(一)、膜分离技术概述1—1、膜分离技术的原理及优势1—2、膜分离技术的种类1—3、膜材料及特点（二）、膜分离技术的设备及应用2—1、相关设备1、陶瓷膜分离技术和设备2、超滤膜分离技术和设备3、不锈钢膜分离技术和设备4、反渗透膜分离技术和设备5、多功能集成膜设备6、中空纤维膜分离技术和设备2—2、相关应用1、膜分离技术在食品工业中的应用2、膜分离技术在水处理中的应用3、膜分离技术在生物技术中的应用4、在医药工业中的应用（三）、膜分离技术的前景及个人建议参考文献《现代分离技术与方法》课程论文第2页第2页浅谈膜分离技术的应用与前景项目选题（25分）内容（30）格式（15）表达（15）文献（15）总分（100分）得分阅卷人摘要：膜分离技术是一种新型的分离技术，它是一种分离效率高、快速而且节能的21世纪的高新技术。膜分离技术被作为一种新型的分离技术应用于现代。按照其分离过程和特征的不同，膜分离技术可以分为几种，包括电渗析、反渗透、超滤、气体分离等等。然后，介绍了膜分离的设备、应用及其一些优势。最后，张望了一下膜分离技术的前景并且提出了一些我个人的建议。关键词:膜分离，技术，应用，前景Abstract:Themembraneextractiontechniqueisanewtypeextractiontechniquewithhighefficiency,highspeedandsavingenergyinthe21stcentury.Membraneseparationisappliedasanewkindofseparationtechnology.Theseparationmechanismandcharacteristicsofdifferentkindsofmembranetechnologieswereintroduced,includingelectrodialysis,reverseosmosis,ultrafiltration,gasseparation,membranereactorandsoon.Furthermore,theequipment,theapplication,andsomeadvantageofit.Finally,applicationprospectofmembraneseparationtechnologywaspresented,andmyopinionadvise.Keywords:membraneseparation;technique；application;progress引言:人们对膜进行科学研究是近几十年来的事。1950年朱达W.Juda试制出选择透过性能的离子交换膜，奠定了电渗析的实用化基础。1960年洛布和索里拉简(首次研制成世界上具有历史意义的非对称反渗透膜，这在膜分离技术发展中是一个重要的突破，使膜分离技术进入了大规模工业化应用的时代。其发展的历史大致为：20世纪30年代微孔过滤；40年代透析；50年代电渗析；60年代反渗透；70年代超滤和液膜；80年代气体分离；90年代渗透汽化。[1]此外，以膜为基础的其它新型分离过程，以及膜分离与其它分离过程结合的集成过程也日益得到重视和发展。我国的膜分离技术的发展是从1958年对离子交换膜的研究开始的，起步比较晚，但经过数十年坚持不懈的努力，我国在膜分离技术的研究开发方面已涌现出一批具有实用价值，接近或达到国际先进水平的成果。但从总体上讲，中国的膜分离技术和世界先进水平相比还有不小的差距，还有待于进一步研究开发。《现代分离技术与方法》课程论文第3页第3页(一)、膜分离技术概述膜分离技术被公认为20世纪末至21世纪中期最有发展前途的高新技术之一。膜分离技术目前已广泛应用于各个工业领域，并已使海水淡化、烧碱生产、乳品加工等多种传统的工业生产面貌发生了根本性的变化，膜分离技术已经形成了一个相当规模的工业技术体系。[2]1—1、膜分离技术的原理及优势膜分离是指用半透膜作为障碍层,借助于膜的选择渗透作用,在能量、浓度或化学位差的作用下对混合物中的不同组分进行分离提纯。由于半透膜中滤膜孔径大小不同,可以允许某些组分透过膜层,而其它组分被保留在混合物中,以达到一定的分离效果。膜分离兼有分离、浓缩、纯化和精制的功能，与蒸馏、吸附、吸收、萃取、深冷分离等传统分离技术相比，与传统的蒸馏、吸附、吸收、萃取、深冷分离等分离技术相比，膜分离具有以下优点[3]：（1）膜分离通常是一个高效的分离过程（2）膜分离过程的能耗(功耗)通常比较小（3）多数膜分离过程的工作温度在室温附近，特别适用于对热敏物质的处理（4）膜分离设备本身没有运动的部件，工作温度又在室温附近，所以很少需要维护，可靠度很高。它的操作十分简单，而且从开动到得到产品的时间很短，可以在频繁的启、停下工作。（5）膜分离过程的规模合处理能力可在很大范围内变化，而它的效率、设备单价、运行费用等都变化不大。（6）膜分离由于分离效率高，通常设备的体积比较小，占地较少，可以直接插入已有的生产工艺流程，不需要对生产线进行大的改变。1—2、膜分离技术的种类膜分离过程按照其开发的年代先后有微孔过滤（MF,1930）、透析（D，1940）、电渗析（ED，1950）、反渗透（RO，1960）、超滤（UF，1970）、气体分离（GP,1980）和纳滤（NF，1990）等，正在研究中的新的膜技术有真空膜蒸馏、支撑液膜、膜萃取、膜生物反应器、膜控制释放、仿生膜以及生物膜等过程[4]，膜分离技术相关特性如表1所示:《现代分离技术与方法》课程论文第4页第4页表1膜分离技术的特性[5]分离过程透过组分截留组分分离驱动力分离原理膜类型进料或透过物的物理状态微滤溶液、气体0.02～10um压力差筛分多孔膜液体或气体超滤小分子溶液1～20um大分子溶质压力差筛分非对称膜液体纳滤溶剂、低价小分子溶质1nm以上溶质压力差溶解～扩散（唐南效应）非对称膜或复合膜液体反渗透溶剂、可被电渗析截留的组分0.1～1nm小分子溶质压力差优先吸附、毛细管流动、溶解～扩散（唐南效应）非对称膜或复合膜液体渗析小分子溶质0.02um截留，血液渗析中0.05um截留浓度差筛分微孔膜内的受阻扩散非对称膜或离子交换膜液体电渗析小离子组分同性离子、大离子和水电化学势、电渗透反离子经离子交换膜的迁移离子交换膜液体气体分离气体、较小组分或膜中易溶组分较大组分（除非膜中溶解度高）压力差溶解～扩散均质膜、复合膜、非对称膜、多孔膜气体《现代分离技术与方法》课程论文第5页第5页渗透气化膜内易溶解组分或挥发组分不易溶解组分或较大、较难挥发物分压差、浓度差溶解～扩散均质膜、复合膜、非对称膜料液为液体，透过物为气体乳化液分离[6]在液膜相中有高溶解度的组分或能反应的组分在液膜中难溶解组分浓度差、PH值差促进传递和溶解～扩散[6]液膜通常为液体，也可以为气体1—3、膜材料及特点膜材料分为有机和无机两大类。有机材料主要包括纤维素类、聚酰胺类、芳香杂环类、聚砜类、聚烯烃类、硅橡胶类、含氟高分子类等；无机材料主要以金属、金属氧化物、陶瓷、多孔玻璃、沸石、无机高分子材料等为主。微孔有机聚合物是近年来新研发的纳米多孔材料，在气体存储、吸附、分离和催化等应用领域极具潜力，其中自具微孔聚合物可以用常见的有机溶剂溶解，容易加工处理成任意形状，具有广阔的应用前景。[7]无机膜具有聚合物分离摸索无法比拟的一些优点[8]：化学稳定性好、机械强度大、抗微生物能力强、耐高温、孔径分布窄分离效率高等。（二）、相关设备1、陶瓷膜分离技术和设备《现代分离技术与方法》课程论文第6页第6页2、超滤膜分离技术和设备膜芯规格3、不锈钢膜分离技术和设备4、反渗透膜分离技术和设备《现代分离技术与方法》课程论文第7页第7页5、多功能集成膜设备6、中空纤维膜分离技术和设备2—2、相关应用随着科技的发展与进步，膜分离技术作为一种高新的技术，在许多领域都将会得到越来越广泛的应用，下面主要介绍膜分离技术应用的几个方面。1、膜分离技术在食品工业中的应用[9]由于膜分离过程不需要加热，可防止热敏物质失活、杂茵污染，无相变，集分离、浓缩、提纯、杀菌为一体，分离效果高，操作简单、费用低，特别适合食品工业的应用。主要用于以下几个方面：(1)利用膜分离技术对植物蛋白进行浓缩、提纯和分离。(2)利用膜分离技术加工乳制品。(3)利用膜分离技术对卵蛋白惊醒浓缩。(4)利用膜分离技术对动物血浆进行浓缩。(5)利用膜分离技术对明胶进行提纯。(6)在含酒精饮料加工中的应用。(7)在非酒精饮料加工中的应用。(8)膜分离技术在处理淀粉废水中的应用。(9)《现代分离技术与方法》课程论文第8页第8页膜分离技术在制糖工业中的应用。(10)膜分离技术在食用油加工中的应用。(11)膜分离技术在食品添加剂生产中的应用。2、膜分离技术在水处理中的应用[10]微孔陶瓷膜分离技术在给水处理中的应用始于20世纪80年代初期,其优点是能够保证更好和更可靠的水质,不用化学物质,特别适合于高附加值产品。无机陶瓷膜在废水处理中的应用主要包括处理含油废水、纺织废水、化工废水、对放射性废水、含重金属废水、城市生活污水和造纸废水等。3、膜分离技术在生物技术中的应用[11]在生物技术方面,膜技术也有各种应用，其中应用最广泛的是微滤和超滤技术。例如：从植物或动物组织萃取液中进行酶的精制；从发酵液或反应液中进行产物的分离、浓缩等。虽然膜分离技术在生物技术方面的应用越来越广泛，但膜技术用于生物技术也有一些问题，其中最主要的是：与色谱法比较，分离精度不高。4、在医药工业中的应用[12]膜分离技术在这方面的应用已经有30多年的历史,现在微滤、超滤、反渗透和渗透等膜技术已经在医药和医疗设备上得到了广泛的应用[12]。在制药工业中膜技术主要用于：①利用微滤技术进行药物澄清；②利用超滤和反渗透技术进行药液精制和浓缩；③利用分渗透技术制备灭菌水，除热原水和注射水等；④渗析技术在医药科学中的典型应用是人工模拟肾脏进行血液的透析分离；⑤利用亲合膜技术,通过在膜上固载特定的功能配位键。在医疗设备方面除了用于药物控制释放的膜技术外，膜式人工肺、人工肾也都应用了膜分离技术。随着新的膜材料的出现以及膜成本的降低，膜技术将会在医药和医院中起到更重要的作用。（三）、结语（膜分离技术的前景及个人建议）目前膜分离技术在许多方面得到广泛应用，由于其具有高效节能等一系列的优点，膜分离技术有着特别重要的应用前景。比如用于大规模空气分离制氧实现煤的富氧清洁燃烧，以及燃煤电站烟气二氧化碳分离捕集等过程；比如利用膜分离技术制造出来的药物毒性小，安全性能可靠；比如膜分离技术使海水脱盐制备纯净的饮用水；膜分离技术用于食品加工，使食品不会因加热而产生色、香、营养成分等质量指标的恶化等等。在对产品质量要求不断提高、生产成本要求不断降低的今天，膜技术的优势越来越明显，其必将取代传统的低效分离技术。《现代分离技术与方法》课程论文第9页第9页但我们也应该清醒的认识到，膜分离技术的大量应用毕竟是近几十年开始的，许多方面还不成熟，还有待进一步深入的研究，比如膜的稳定性和选择性问题以及膜污染问题等。我们应该继续研发新型膜材料和拓展新型膜材料和技术，以减少膜污染、增大过滤通量、延长膜寿命等，我相信这些新型膜材料和技术将会在全世界各个领域得到广泛的应用，也将为我国的经济发展和环境保护作出巨大贡献。致谢通过一个学期的学习，您那治学严谨的态度和诲人不倦的精神给我留下了深刻的印象。它是一笔财富，将对我以后的人生有着不可磨灭的影响。您讲课详细而且很生动，几乎每个知识点都有延伸，让我们从不懂到略懂再到详知。您在课堂上提的问题新颖而富有代表性，启发我们去学会创新思维。您的见解独到精辟，每次听完您的课，我们都有种恍然大悟之感。下课后，您有孜孜不倦地为我们答疑解惑。真的很感谢老师这一个学期的细心教导，老师您辛苦了。希望老师您能在工作之余也要照顾好自己的身体。祝老师身体健康身体健康，桃李满天下！参考文献