关于现代分离技术的综述

Question

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Answer 1

　　···莱特··莱德···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。膜分离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(MF)、超滤膜(UF)、纳滤膜(NF)和反渗透膜(RO)等;根据材料的不同，可分为无机膜和有机膜：无机膜主要还只有微滤级别的膜，主要是陶瓷膜和金属膜，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。膜分离都采用错流过滤方式。膜分离是一门新兴的跨学科的高新技术。膜的材料涉及无机化学和高分子化学;膜的制备、分离过程的特征、传递性质和传递机理属于物理化学和数学研究范畴;膜分离过程中涉及的流体力学、传热、传质、化工动力学以及工艺过程的设计，主要属于化学工程研究范畴;从膜分离主要应用的领域来看，还涉及生物学、医学以及与食品、石油化工、环境保护等行业相关的学科。膜分离过程已成为工业上气体分离、水溶液分离、化学品和生化产品的分离与纯化的重要过程。广泛应用于食品、饮料加工过程、工业污水处理、大规模空气分离、湿法冶金技术、气体和液体燃料的生产以及石油化工制品生产等。膜从广义上可以定义为两相之间的一个不连续区间。这个区间的三维量度中的一度和其余两度相比要小的多。膜一般很薄，厚度从几微米、几十微米至几百微米之间，而长度和宽度要以米来计量。膜可以是固相，液相，甚至是气相的。用各种天然或人工材料制造出来的膜品种繁多，在物理、化学和生物性质上呈现出多样的特性。膜可以对双组分或多组分体系进行分离，分级，提纯或浓缩。大部分的分离膜都是固体膜，其中尤以有机高分子聚合物材质制成的膜及其分离过程为主。但仍有待发展。气体在理论上可以构成分离膜，但研究它的人很少。物质选择透过膜的能力可分为两类：一种是借助外界能量，物质发生由低位向高位的流动;另一种是以化学位差为推动力，物质发生由高位向地位的流动。

Answer 2

膜分离技术综述一
膜分离技术是近三十多年来发展起来的高新技术，是多学科交*的产物，亦是化学工程学科发展新的增长点。它与传统的分离方法比较，具有如下明显的优点：
1.高效：由于膜具有选择性，它能有选择性地透过某些物质，而阻挡另一些物质的透过。选择合适的膜，可以有效地进行物质的分离，提纯和浓缩；
2.节能：多数膜分离过程在常温下*作，被分离物质不发生相变, 是一种低能耗，低成本的单元*作；
3.过程简单、容易*作和控制；
4.不污染环境。
二.膜分离技术简介
1.分离膜的种类：膜是膜技术的核心，膜材料的性质和化学结构对膜分离性能起着决定性的影响。膜的种类很多，其中按材料分有高分子膜、金属膜、无机膜。高分子膜用途最广，其所使用的材料见后面附件Ⅰ。
按结构分有七类：
(1)均质膜或致密膜，为结构均匀的致密薄膜，见附件Ⅱ图1。
(2)对称微孔膜，平均孔径为0.02～10。按成膜方法不同，有三种类型的微孔膜，即核孔膜、控制拉伸膜和海绵状结构膜(见附件Ⅱ图2、图3、图4)。
(3)非对称膜。(见附件Ⅱ图5)，膜断面为不对称结构，是工业上应用最多的膜。
(4)复合膜，如图6。在多孔膜表面加涂另一种材料的致密复合层。
(5)离子交换膜
(6)荷电膜
(7)液膜、包括支撑液膜和乳状液膜
2.膜分离设备(组件)
板框式，见图8，结构类似板框式压滤机。
卷式，见图9，结构类似出螺旋板换热器。
管式，见图10，结构类似列管式换热器。
中空纤维式，图11，结构类似列管式换热器，由几千根甚至几百万根中空纤维组成。
3.膜分离过程
膜分离过程是以选择性透过膜为分离介质，当膜两侧存在某种推动力(如压力差、浓度差、电位差、温度差等)时，原料侧组分选择性地透过膜，以达到分离，提纯的目的。不同的膜过程使用不同的膜，推动力也不同。目前已经工业化应用的膜分离过程有微滤(MF)、超滤(UF)、反渗透(RO)、渗析(D)、电渗析(ED)、气体分离(GS)、渗透汽化(PV)、乳化液膜(ELM)等八种。
反渗透、超滤、微滤、电渗析这四大过程在技术上已经相当成熟，已有大规模的工业应用，形成了相当规模的产业，有许多商品化的产品可供不同用途使用。
气体分离和渗透汽化是正在发展中的技术。其中气体分离相对较为成熟一些。目前已有工业规模的气体分离体系是, 空气中氧和氮的分离；合成氨厂中氨、氮、甲烷混合气中氢的分离；天然气中二氧化碳与甲烷的分离。渗透汽化是这些膜过程中唯一有相变的过程，在组件和过程设计中均有特殊的地方。它主要用于有机物／水，水／有机物，有机物／有机物分离，是最有希望取代某些高能耗的精馏技术的膜过程。80年代中期进入工业化应用阶段。
除了以上八种已工业应用的膜分离过程外，还有许多正在开发研究中的新膜过程，它们是膜萃取、膜蒸馏、双极性膜电渗析、膜分相、膜吸收、膜反应、膜控制释放、膜生物传感器等。这些膜过程目前尚处在小型试验和中试阶段。
五.目前基础研究的前沿课题
1.以水处理为主的膜材料及膜研究
大通量、高表面积的反渗透膜研究
截留分子量低于1000, 高于100万的超滤膜及透过机理; 抗污染膜制造孔径从0.1m到75m 微孔膜系列化研究
界面缩聚法制备纳滤膜活性层的方法
2. 大通量高选择性气体分离膜研究
二氧化碳分离
有机废气(VOCS)处理
3. 渗透汽化膜
从水中分离有机物的高选择性膜研究
有机物/有机物分离膜研究
4. 无机膜
超薄化, 超微孔化复合膜研究; 多组分复合膜研究
电导移动膜研究
无机与有机材料接枝膜
5. 膜催化反应器的传质、传热模型
6. 膜过程在环境保护及治理、水资源再生、燃料电池隔膜的理论和应用研究
7.膜中的分子模拟