膜过程

通过膜的基本传质形式有以下三种。

①被动传递(passive transport)  组分以化学势梯度为推动力通过膜,为热力学下坡过程,化学势梯度可以是膜两侧的压力差、浓度差、温度差或电势差。现已工业化的膜过程均为被动传递过程。
 
②促进(facilitated)传递在膜巾添加对待分离组分有特异结合功能的载体,载体与进料侧溶液中的待分离组分结合形成络合体,然后在浓度梯度推动下向下游渗透侧传递,在膜的渗透侧表面释放出结合的组分而还原为载体,再在浓度梯度推动下反向传递到进料侧表面。促进传递利用载体与渗透组分产生可逆络合反应,促进组分在膜内的选择性渗透,组分通过膜的传质推动力仍是膜两侧的化学势梯度,是一种高选择性的被动传递,已用于02N2、酸性气体H2S和CO2的脱除、饱和烃和不饱和烃的分离等。生物膜中脂双层(lipid bilayer­­­)渗透性不好,传递是由脂双层中的蛋白质载体实现的。
 
③主动( active)传递  组分逆其化学势梯度传递,为热力学上坡过程,推动力由膜内化学反应提供,主要存在于生物膜中。钠-钾泵通过细胞膜的传递就是一种主动传递。组织中的细胞内钾浓度高而钠浓度低,在细胞外侧则相反,维持一定的钠和钾的浓度需要消耗能量。每一个ATP分子可以使两个钾离子进入细胞,使三个钠离子离开细胞。
 
主要膜过程具有以下特点:
 
①高效,例如,以重力为基础的分离技术,其最小极限是微米,而膜可以将相对分子质量为几千乃至几百的物质分离;
②大多不发生相变,能耗较低;
③通常在室温下操作,特别适用于热敏物质的分离。
 
膜科学与技术涉及材料科学和过程工程科学等多个学科,如膜制备属于高分子和无机化学领域;过程传递机理属于物理化学范畴;过程流体力学、传热、传质、工程设计和工业应用属于化学工程与工艺、环境工程等领域。

膜技术的发展方向主要有以下方面。
 
(1)研制高选择性的有机物/有机物分离的渗透汽化膜,在某些化工分离中代替高耗能的精馏;研制脱除水中挥发性有机物的渗透汽化膜,用于食品工业中香料的回收和环境工程中的废水处理;研制抗有机溶剂的膜组件。1993年,美国能源部组织国际著名膜专家对7个膜过程中的38项优先研究课题进行排序和评价,结果有机/有机液体混合物的分离膜被列为首位,这主要是由于石油化工中有大量的有机混合物需要分离,而传统的精馏技术操作复杂,能耗高,分离效果不理想,渗透汽化在这方面独具优势,在工业中最具应用前景。
 
(2)研制抗氯、耐氧化的复合反渗透膜。聚酰胺膜易被氯、H2O2化剂破坏,而这些氧化剂常用于膜过程中的灭菌。
 
(3)研制超薄皮层的气体分离膜、高选择性的O2/N2分离膜、对O2具有选择性的固体促进传递膜以及抗污染超滤膜。
 
(4)研制人工离子通道膜。细胞膜中的离子通道由若干蛋白质构成,膜蛋白分子可响应外界刺激,通过改变构象完成通道的打开和关闭,实现细胞内外的物质交换和信息传递。人工离子通道膜具有分子识别和选择分离功能,可用于金属离子分离、传感器等。自组装是构筑人工离子通道的常用方法,采用的超分子化合物受体主要有冠醚、环糊精、杯芳烃和卟啉等。



当前网址:http://www.jehay.com/cn/industry/technical-articles/2013/11/25130.html