424-435 xxxx1 xxxxxx,xxxxxx,xxxxxx · microfiltration 8 4 6 1 2 red blood cell bacteria emulsions...
TRANSCRIPT
Demo
���� ������������� ��������������������������� � ��������
1. �� �
����������������������������
���������������������������
�����������������������������
����������������������������
�����������������������������
����������������������������
����������������������������
������������������� ������������
������� ����������������������������
�����������������������������
�����������������������������
�����������������������������
����������������������������
����������������������������
������������������������������
����������������������������
����������������������������
����������������������������
������������������������
��������������������������
����������������������������
�������������������������
�����������
� � � ��
������������������� ������� ���� ���� ���� ������� ������
������������������������������������������������ ������������������� ����!"#$%�&����������
'���(�����������) ���"$*#*�������� ��$��� +����,�-����������
������������������$.��������&����� ���/��������� �����0������1������023&���4'�
��5��������������(�����������) ��!"$65%���������
���������������)��$0����&�)����'����&�����2��������) �/��7 �1����� �������6!�8����$
)���!��/�9�������) ���%$65��������� �
� ����
!""!�
!""��
�
!""��
�
!""!��
� �
�
�����������������
��������“�������
�����������������
��: ���“���������
���� 2.���
������������
�����
�
�
�
� ����
!""!�
!""!��
� �
!""4��
� �
�
���������������
��������������
�.���$'������
��������������
����������
� � �
� ����
�%%!�
�%%!��
�%%#�
!""���
!""4�
�%%#��
� �
!""5��
� �
�
'����&�����2�����3.�������
��� ����&;&����
������
����������������
�
��������������
�����
�������������
����������
�
������������ ���� ���� ������ ��� � ����
������*���������������������
���������������������������
���������������������������
�������������������������
����������������������������
����������������������1�����
������ ��!$5�����������������
��������������������������)����
���� ) ��������������������$�� ) �������$
��������� ���� ������������
������������������������� ��
���������������������%5"����� ��
����� �����������������������
���<�������)��,����������������
�������������������������
�����2������������%#"���������
���������������������� ���
�%6%����=����� ��(�������������
���������������������� ����%*�
��������������� ��� �%*!�����
��������� ��� �
���� ���� ��� ���� ���� ������
��������������������������
����������������������������
�������������������4���������
������� ���������������������
������������������������������
�������������������������������
����������������� �����������
�����������������������������
������������� ����������� ����
������������������������������
������������������������������
�������������������������������
�����������������������������
��#$�#
������������������������
���������������������������
��������������������� � ��>���������
����������������������������
���������� ��) ������������� �����
������������������������
���������������������������
����������������������������
�������������������6$�%
�������
������������������������������
��$�������$������������������
������!"$!!
���3��������������
��������������������������
���������������������
��������������� ������ ����� �����������
��������������� �������� ����� ������������������������������
���������������� �������� ����� ����������������
��!��������� "�� �����!�� ��#�� �����������$�!����
������!�������%� &'�� ��##� !�����������
��(����������%� &'�� ��)�� ����*�����!�����������
��������������%� &'�� ��)�� ���+����������������
,������������%� &'�� ��-�� �!�,������(����
���������!������������ �������� ��.�� ���+����/������������
���(�������%��������0�
"�� �����!����.��
!� �!���������,������
��(�����
?���� ���� �@�A���()���� ���� �� �
������������������
������ ������� ��� �
���� ������� �����
����� ����� ������� ��� �����������
�������������� �!� ��""�
���#��$��%� ������� & �'��� �����������
������% �� �� ( ��)��������� �����*��+���� ����,�����
����� ��#���� ��%� �� �� ��,����!� ���-�
������% �� �� ������ �-�"�
���) ����%�������� +���� ��� �-���
�� �%� ������) ���� .$����#� �-��,�-���
�� )��������� /������ �-���
������������� ������ � �-���
���) ����%�������� (�� �����0�#� ������ � �-���
%� �������� ��'����0�� �� �-"����-"��
��� )����'� ���#����� 1������1���'��!#� �-���
������,������������� 2������� �-�"�
�����������������������������
����������� ���������� ����������������
���������������������������
������������������������������
������������������������������
��������������
��������������������������
����������
�������������������������
����������������
�������������������������
����������
�������������������������
���������������������
�����������������������������
�������������
�������������������������
�����������������
����������������
��� ������������� ��������������������������� � ��������
���� �!��� �
�
�
2. �� �
2.1 ���� ��� �
���������������������������$
��������� ������������ ��������� � ���) $
���� �������������������� ������������
����������������������������������
������������������1�����������
������������������������� �
�����4������������������������
������������������� �������
Å µmMol.Wt.
107
106
105
104
Gen
eral
Filt
rati
on
1000
800
600
400
200105100
• Sewing NeedleDiameter
• Razor BladeThickness
• 150 Mesh
Beach sand
Drizzle
80
60
4037
2010
• Smallest visibleparticle
• Human HairDiameter
• 400 Mesh• Ragweed Pollen
Carbonblack
Mist
Pollens
Mic
rofi
ltra
tion
8
4
6
12
Red bloodcell
Bacteria
Emulsions
(Latex)Syrups
WhiteLite
Micro-scopy
0.8
0.6
0.4
0.20.1
8000
4000
10001,000,000
Yeasts&Fungi
• Serratiamarcescens
• Pseudomonasdiminuta;DOP
Mycoplasm
Ult
rafi
ltra
tion
400
800
100
500,000
300,000
100,000
0.08
0.06
0.04
0.020.01
TobaccoSmoke
Endotoxins(Pyrogen)
Proteins
Colloids
ElectronMicroscopy
Virus• Albumin(60,000MW)50,000
30,000
10,000
80
40
10
0.0080.006
0.004
0.002
0.001
500
50
Rev
erse
Osm
osis
Soluble Salts(Ions) Metal Ions
�
����������������������������������
������������ ���� ���� ������ ��� � ����
�����������������������������
� ��!5�� �������������������
����������"�!""���������������
��������������������������
����������������������������
����������"�"""�!""�"""��������
��"�""4�"�4�µ��������������������
���������� �%�#�� ;����������
����������������������������
���%6"�������������� ��������
�������������� ��������������
�������� �
����������������������������
���������������������������
�����������������������������
��������������������������������
������������������������ ��� ��
�����������������������������
���������������������������
����������������� �
��������������������������
����������������������������
����������������������������
���������������!"��""��������
���������������������� '��� ���� �
(���� ��(� �� �(�������� �4�"""���B<���
�������!4������%6���������������
�������������������� !6�������
������������������������ ��
�������������� ������������
����������������!�������������
����������������������������
���������������������������
�����������������������������
���������������������"�!�5����
����������������������������
����������������������������
����� �9�)�(�������������� �9������������
����)�) ������������ �����(�������������
������������(��������������C������C�(���
��%�������� ���������� �������
�� !"��"$#� �B��������������� ���
�"$#��B��������������5��"
$#��B�������
�#��"$#��B����������%��"
$#��B�������
���������������������������
��������������5��������������
������������ �
�������������������������
����������������������������
����������������������������
����������������������������
������� )���������������������
�����������������������������
���������������������������
�����������������������������
�����������������������������
������������������� �
2.2 �� ����
2.2.1 �� ��� ��
��������������������������
���������������������������
���� ����������������������
�����������������������������
�����������������������������
����������������������������
������������������
������� ����������������� ���� ��� �!"� #����������
��������������� $%&�'%$ $%(�($$ )&$$*$$$ �������*����������������������
+�������������� (%,�($ $%$$,�$%, ($*$$$�&$$*$$$ ������������*���-���*������������
.������������� ($�&$ $%$$(�$%$( &$$�($*$$$ "���*��
��*��������
/�-���������� &$�($$ 0$%$$( 0&$$ �����*���
������������������������������
�������������� ����
� �������������� ����
��������
��������
������� ���� ���� ��������������� ����
����������� � �� � �� � ������������!"� ��� �
"� ���#����� ��� � ����������� �������
������ � ���� ����$������ ����
%� � ����� ������� ������� ��� �
���������&�'(� ���� ����������� �� �����
���� ������������� ��������������������������� � ��������
��������������������������
���������������������������
���������������� �
�
���������
����������������
�
�������������������������
����� ������ �
�
totR
PJ
η∆= � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �!�� �
�
�����������������∆���������� ���
����������������������������
������������������������������������������2����������������
����������������3�����������
��������������������������� �
2.2.2 ���� ��
���4 �����5���������������
��������������� ��� �
��������������������������
��������������������������
����������������������������
�����������������������������
�������������������� ���������
�����������������������������
������������������������������
������������� �) ��������������
(���)����������������������������
����������������������������
���� ������������������������
���������������������������
���������� �
�
pvvC CJdx
dcDJ =− � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ���� �
�
�������������������������� �
�����������������������
����� �
Time
Flux
�
������������������������������������
Porousmembrane
Rp
Ra
Rm
Rg
Rcp
feed
Ra
Rm
Rg
Rcp
Various resistance
Rp : pore-blocking
: adsorption
: membrane
: gel layer formation
: concentration polarization
�
���������������������������������
��������������
bulk feed
boundarylayer
membrane
Cp
Cb
backdiffusion
permeate
Cm
x = 0x = δ�
�������������������������������
permeate
permeate
feed in concentrationboundary layer
membrane
�
������������������������������
������������ ���� ���� ������ ��� � ����
��"�� � � � � � �� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �5��
�
��� � � � � � �� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��4��
�
�� ���������� �
�
=
−−
D
J
CC
CC v
pb
bm δexp � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �#��
�
�����������������������
����������� �
�
δD
k = � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �6��
�
�����������������������,�����������������
�������������#����
�
=++
=k
JR
R
k
J
C
C vtin
v
b
m exp)1(
exp
int
� � � � � � � � � � � � � �*��
�
������������������������������
�
����D�$���������������������������������������������������%��
�
����������������(��,����������������
������������ �
�
����D�$���������������������������������������������������"��
�
���������������������������$
����������� ��>��������() )�������������
��������������D��"����D"���� �#����
���������� �
�
=
k
J
C
C v
b
m exp � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �����
2.2.3 ���� ����
���������������������������
������������������������6����
����������������������� ��� �
�����������������������
���������������������������
���������������������������
�������������������������
���������������������������
�������������� ������������
�����������������������
���������������������� �����
��������������������������
�������������������������
������ �� ������'��������������
���������������������������
���������������������7��������
����������������������������6����������������������������
����������� ��� �
2.3 ��� ��
���������������������������
��������������� �� ���������� ���� ���
���� �������� ���������
����������� ���� ���
������������������������������
������
����������� ���� ��������������������� ��������� ����
� ������������������
����� ��������� �� ��� ������������������ �������!��
"�������� # �� # ��������� ��������
��������������������������������
��������
��������������
�� �����������������������������������������
����������������������������������������������������������
����������������
����������
����������
����� ����������������������������
������������ ����
�� ������������������������ � � � ������ �����
�������!�������
��������"�������� � �#������������
�����!��������
"�������$��������� "�������������������������
$������������"���������������������
� �������� � ������������
����������$��������� ������������������������������
%����������%�������������������!��������
������ �����
&���'�������� �����������������������������
�������������������������� �������� ��������������(
���������
��������$��������������� ������������
�������������������������� ����
���� ������������� ��������������������������� � ��������
�������������������� ������
������������������� ��������
���������������������������
������ ��������������)�����$
������������������������������
����$��)�� ���������������������
������ ����������������������
���������������������������
����������������������������
������������� ���������
����������������������������
���������������������������
�������������������������
������������ �������������
����������������������������
��������� ������������������
���������������������������
������� ����������.&���� ������ �(���$�
� )��(���.E';���� ������ )������ �����. ;2���
� ��� ����..���� ����(��.F����� ) ����������
� ��) �����.������ ������$���(���.2������� �$
���������������.22������������������
������������ �������������������$
�������� ����$�����������������������
�����������������������������$�
����������������������������
������������.&����������7��� �. ;2��.E';������������..�����������
�����8������������� ��������
. ;2�����������������������
��������������������������.E';
vortices
vortex formation
centerlineflow
membrane
poroussupport
permeate
porous wall
protuberence
porous wall
inserts
porous wall
porous wall
parabolic flow
withpulsations
�
����������������������������������
C
CH3
CH3
O* O C
O
*
�
��������������� ����������
C
F
* C
F
*
FF
polytetrafluoroethylene
* C C *
F H
HF
polyvinylidenefluoride
* C C *
H CH3
H H
polypropylene �
�������������������������
������������ ���� ���� ������ ��� � ����
��. ;2����������������������
����(������ ������(��'G;���(������ ����$
���(��'GF���� ������ �������� 2.��� ���
������������������������. ;2��
����������� ����������������������
������� .E';������������ ������������
������ �
..������������������� ����������
��������������������������������
�������������������������������
��������. ;2��.E';����..�������
���������������������������
������������������������� ��
����������������������������
���������������� �����������
������������� �� ) �������9��� �� )$ ��������������� ) ����������������� ) ������$
������������� ��� ) ������� ) �������������� )$
�����������$�)����������������������
�������� �� ) �����������������
� ����������� ������������
���� ������������� �
&� ) ������������������������
��� ��"""��� %�"""���� ������������
�� 4""�"""��� ��4""�"""������� 8 )�����
��������� �� ) ������������� �� ) �����������
������� ��� ) ��������������������
����������(�H� �������������8 )�����
���������9�����������β$��5$� )$����(�������������������������
��������������������������
���������������������������
�������������(�H� �������������
������������������� ������
�����������������������������
��������������������������
������������������ =� 5�#�4��
���������������������������
���� �
�������������� �������������
���(�����$&I$/=$������������ �$
���(��������10���������� � ����(���
����������������� � ����(�����
��������������������������
���������������� �������
������ � ����(��������������
���������������� ���������
�������� �
��������������"�"4�"���µ����
������� ���������� ����$���������� ����������
������������������������ �����
���������������������������
�������������������������� �
���� .������ � �������) ������.2���� � �$
��� ����� ��.F/����� ) ������������ ����(�B�
� ���������(����� ����(�������.E';���� �$
���������������.22����� �������� .���
����11����������� �%"����� .2���
��12��� !�"�������������������
������� �
��������� �������������� ��
��������������������� �����
�����������.� ������������.2������
13��������������������������� �
���������������������������
���.22�����14����������������
������������������� �
.� ����(���������������������
O
OH
OH
CH2OH
O
CH2OH
OH
HO
O
*O *
�
�
������� ������ ����������
N
H
* CH2 5 C
O
*
Nylon-6
N*
H
N
H
C
O
C *
O
poly(m-phenylene isophtalamide) (Nomex) �
��� ���� ���� �������� ����������� ���� �����
���� ���� ����������
���� ������������� ��������������������������� � ��������
������ ����� �������������.� �$
���(��.����� ��������(��.2�����������
�����15����� ��� �
.F/��� ��������������������
������������������ ������������
����������������������������
����������������������������
������� �������������� ������� ����������
������������� �
�
�
3. ������
�
3.1 ���� ��
!""�������������������� *"���
�����������������%�%J���������*J��
���� !��4J������������������
!�*J��������������������������B5
�������������������� !""#�� �""��
���������������!""*����!5���
�����������!""!����!""*�������
���������������������8�����
��� �
������������������������!""�
������������#�!J��������������
������������ !""�������������
����������!!�4J���!""*��!"�6J����
!J���������������� ����������
�%��J����*��J������������������
��������� !*�"J��� !*�5J�������
����������������������������
������!5�!J���!4�*J���J��������
���������������������������
����������������������� ����
�������������������� %!��J���
�������������6�%J��������������
������������� !""*���� %�!J�����
��������������� �
3.2 ��� ����
������������ !""5�����������
����� #�� #�!""������� ���� 4�� 5��
*""�����������*���5""����������
������ #�� %�%""��������������
��������������������!""!����
!""*������������������������
16����� ��� �
���������������������������
F����� ������������&� ��(��;�����)���82F�;� $
�������� ������G����� �9��I������G�����$
���������.��������������������������$
O* C
CH3
CH3
OO2S *
�
�
����������������� ����������
*O2S O *
�
�
����������� �� ������ ����������
* O C *
O
��
��������������������
* O O C *
O
�
���������������������
C
N
C
N
C
O **
O
O
O
O
polyimide (Kapton)
C
N
CO
*
O
O
C
CH3
CH3
O
N
O
O
*
polyetherimide (PEI) (Ultem) �
�������������������������
�������������������� ������ ��������
��������������� �� � ���� ���� ���� ���� ���� ����
������ ������ ������ ������ ����� � � ����� �����
����� !�����!�� ������ ������ ������ ������ ��� �� ����� � ���
�!�� !�����!�� ����� � ��� ����� ����� �� �� �� ��� ������
��"����!#$!%�
��&����!�������� ������ ����� ����� ����� ����� �� ���
'�����&����!�� ���� ���� ���� ���� ���� ���� ����
(���� ������ ������ ��� �� ������ ��������������� �����
Demo
������������ ����� ���� ������ ��� � ��
�������������������������
��������������� �������
������������� ��������
������������������������
������������������������������
� ��������������� �� ��� ��� ����
��� � � � ���� ���� ����� � ��
������������� !���������
���������� ��� ��������
����������� �������� ����
������ "� �� �������������
���������������"�!������
������������������������
�� "�������������������
"���!�����������"��������
���!� ��������������������
��������!�������������
������
���17�����������������
����������
���������������������
����������������������
���������� !���������
��� ��� ���������������
������ � � �������������
������� �� ��"����������
���������������!��� ������
�� �� �� "���������������
�������������#$$���%���&
'��(���)*#+���$���(�����%�,�����������
���(�(-���(��.�/0�1��%��$������(��2���
3�,4(���-����+2�����(�,��50+����6�(�,��
633���6�7�,46(���(����(���������������$����
��8������9�/0�-�,������+����(�:��4�������&
$�������'��(��3����$�����������
���#1����,4���$����,4�*��6((�;����(�
<�(�(����
������������������� ��
���������������������
�������������������
����������18���������
���������� ��� ��� "!� "� ���
������������ � ������
����� �� !� ��������� � �
0
1000
2000
3000
4000
5000
2002
20032004
20052006
20072008
RO/NFUF
MFOther
Total
Sal
es (
US
$ m
illio
n)
Year
Membrane Process�
�
������������������������������
0
1000
2000
3000
4000
5000
2002
20032004
20052006
20072008
RO/NFUF
MFOther
Total
Sal
es (
US
$ m
illio
n)
Year
Membrane Process�
��������������������������������
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
2002
20032004
20052006
20072008
RO/NFUF
MFOther
Total
Sal
es (
US
$ m
illio
n)
Year
Membrane Process�
�������������������������������
Demo
���� ������������� ��������������������������� � ��������
���������� ��� ������������������
��� �������������� ������������
������������ �
������������ ��� ������������
�������������������������������
�� ����������������� �� ��� ������
������� �� ��� ������������������
�� �� ������������� �� �� �������
�������������������������� ����
�� �� ��������������� �� ��� �����
����������������������������
�� �� ��� ���������� �� ��� ���������
�����������������������������
���������19������20�������������
3.3 �� �� ����
���������������������������
����������������������������
����������������������������
�������������������������9���
������������
��9�������������������� ��� �
�� ���������� �������� � ���������
�������������������������������
����� �����������������������
�����������������������������
������������������������������
��������� �
�
�
4. �� �
����������������������� ����
�����������������������������
������������������������������
����������������������������
����������������������������
�������������������������
����������������������������
���������������������������
�����������������������������
�����������������������������
�������������������� ������
�����������������������������
�������������������������������
����������������������������
��������������������������
������������������ ����������
���������������� �������������
����������������������������
������������������������� ���
����������� ��������������
0
20
40
60
80
100
120
140
160
2002
20032004
20052006
20072008
RO/NFUF
MFOther
Total
Sal
es (
US
$ m
illio
n)
Year
Membrane Process�
�
��������������������������������
0
50
100
150
200
2002
20032004
20052006
20072008
RO/NFUF
MFOther
Total
Sal
es (
US
$ m
illio
n)
Year
Membrane Process�
�
���������������������������������
��������������������������� ���������
��������������� �� � ���� ���� ���� ���� ���� ����
������ ��� ��� ��� �� � ���� ���� ����
������ ����� �� �� � � ��� ��� ��� ���� ����
� ��� ����� �� � �� ���� ���� ���� ���� ���� ����
��!���� "# $������� �� ��� ��� ��� ���� ���� ���� � ��
%��������� �� ��� ��� ��� ��� ��� ���� � �
&���� �'� �� �'���� �' ��� �'���� �'���� �'���� �'����
������������ ���� ���� ������ ��� � ����
������ ������������ �� �������
����������������������������
����������������������������
������������������������������
������������������������
����������������������������
������ ���������������������
��������������������������
����������������������������
��������������������������
��������������������������
�������������������������
���������������������� �
�
�
���� �
� �������������Basic principles of membrane technology��
������������������ ���!������"�������� �
� ���#�������$%%����&�the Journal of Membrane Science,�
�����'���(�� �
� ��)�����*�+%������J. Membr. Sci.,�������'���(�� �
� ���,�������%�+��J. Membr. Sci.,��������'��(�� �
� ���-�����)�������.��#�+�"�/���+��0��1��2������Mem-
branes in bioprocessing -theory and applications��3"��4
��+�5�)������� �� �
� ������#������Handbook of industrial membranes��%�������
,�%�6�����78&���������� �
� ��������!��43�+��2����*����+��3��9��#����/��3�����
:����:�����:���������+������������J. Membr. Sci.,�
������ �'���(�� �
� ���:��;��%�����,��,%��������+����������+���Water Sci.
Technol.,��������'���(�� �
� ���!��1��2��:�������3�� -�� #���+<����� �+��0��;��
:��+%�+���Water Sci. Technol.,�������'���(�� �
���-�� 9�� ����/�6��"�� �+�� ��� 0�� ����=��6�++��� J.
Membr. Sci.,���������'���(�� �
��������%��������������"������+��)��7">���J.
Ferment. Technol.,��������'���(�� �
���)�� #"���"��� 9�� ������� )�� )����� ��� ?@�<��� ���
9�<�������:�� #"�+@��� #��A���"�� �+��:��:%�@���
Biotechn. Bioeng.,��������'���(�� �
��#��:�<���+���)��$��"�����:��B� �%"������+��B��
$��������Desalination������ ��'���(�� �
���.��#�"�������+��)��#�"�������Colloids Surf. A,������
� �'���(�� �
���9��9� ��������������+������������%��J. Membr. Sci.,
������'����(�� �
������#��&�+�6��"��)��1��:������"�������:�+����0��
A��:���<�+%���+�����*��B����%"��J. Surg. Res.,�����
��'���(�� �
�����3"��>�+��Ultrafiltration and Microfiltration Handbook��
:��"+������� ��3���$+����*�+��%���������� �
���0��A��A����+��Membrane Filtration�������)��=����
;��%��������� �
���*��-��C���+��+�����*��C>�+�>��Microfiltration and
Ultrafiltration���������!�<<����9�B�������� �
��������������#��;�<��������+��.��#�+�"�/��J. Membr.
Sci.,��������'���(�� �
���A��;��&�����0��)��!�6�%�� �+�����*��C>�+�>�� J.
Membr. Sci.,������'���(�� �
����,������"��%%�+��J. Membr. Sci.,������ �'�� (�� �
� ��!�������%�����+��#��#�����<��+���Rev. Macromol.
Chem. Phys.,�������'���(�� �
������� #������Handbook of Industrial Membranes�� ,�4
%�6���������� �
����Profile of the International Membrane Industry-Market
Prospects to 2008-�� ��������,�%�6����������� �
�����$#:$������ ���� �� �����������
�