膜分離技術(shù)PPt

1、膜分離技術(shù)膜分離技術(shù)相關(guān)官方網(wǎng)站：相關(guān)官方網(wǎng)站：中國膜工業(yè)協(xié)會(huì)中國膜工業(yè)協(xié)會(huì) /北美膜學(xué)會(huì)北美膜學(xué)會(huì)(nams) /nams/namshp.html歐洲膜學(xué)會(huì)歐洲膜學(xué)會(huì)(ems) www.ems.cict.fr/ 聯(lián)合國教科文組織膜科學(xué)技術(shù)中心聯(lián)合國教科文組織膜科學(xué)技術(shù)中心 .au/美國過濾與分離學(xué)會(huì)美國過濾與分離學(xué)會(huì)(afs) / 國際水協(xié)會(huì)國際水協(xié)會(huì)(iwa) /國際脫鹽協(xié)會(huì)國際脫鹽協(xié)會(huì)(ida) www.i

2、/內(nèi)容內(nèi)容l 膜技術(shù)概述膜技術(shù)概述l 膜分離裝置膜分離裝置l 極化、污染現(xiàn)象和控制極化、污染現(xiàn)象和控制l 典型的膜分離技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域典型的膜分離技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域 膜膜( (membrane) )是什么？有何特性？是什么？有何特性？ 膜膜，是指在一種流體相內(nèi)或是在兩種流體相之間，是指在一種流體相內(nèi)或是在兩種流體相之間有一層薄的凝聚相，它把流體相分隔為互不相通的兩有一層薄的凝聚相，它把流體相分隔為互不相通的兩部分，并能使這兩部分之間產(chǎn)生傳質(zhì)作用。部分，并能使這兩部分之間產(chǎn)生傳質(zhì)作用。 膜的特性膜的特性：l 不管膜多薄不管膜多薄, , 它必須有它必須有兩個(gè)界面兩個(gè)界面。這兩個(gè)界面

3、分別。這兩個(gè)界面分別與兩側(cè)的流體相接觸。與兩側(cè)的流體相接觸。l 膜膜傳質(zhì)有選擇性傳質(zhì)有選擇性，它可以使流體相中的一種或幾種，它可以使流體相中的一種或幾種物質(zhì)透過，而不允許其它物質(zhì)透過。物質(zhì)透過，而不允許其它物質(zhì)透過。1.膜技術(shù)概述膜技術(shù)概述 1.1 1.1 基本概念基本概念膜分離過程原理膜分離過程原理：以選擇性膜為分離介質(zhì)，通以選擇性膜為分離介質(zhì)，通過在膜兩邊施加一個(gè)過在膜兩邊施加一個(gè)推動(dòng)力推動(dòng)力（如濃度差、壓力（如濃度差、壓力差或電位差等）時(shí)，使原料側(cè)組分選擇性地透差或電位差等）時(shí)，使原料側(cè)組分選擇性地透過膜，以達(dá)到分離提純的目的。通常膜原料側(cè)過膜，以達(dá)到分離提純的目的。通常膜原料側(cè)稱為稱為

4、膜上游膜上游，透過側(cè)稱為，透過側(cè)稱為膜下游膜下游。膜上游膜上游 膜膜 膜下游膜下游選擇性透膜選擇性透膜 分離膜種類分離膜種類: :分離膜分離膜高分子膜高分子膜液體膜液體膜生物膜生物膜帶電膜帶電膜非帶電膜非帶電膜陽離子膜陽離子膜陰離子膜陰離子膜過濾膜過濾膜精密過濾膜精密過濾膜超濾膜超濾膜納米濾膜納米濾膜反滲透膜反滲透膜l 高分子膜的分離功能很早就已發(fā)現(xiàn)。高分子膜的分離功能很早就已發(fā)現(xiàn)。1748年，耐克特（年，耐克特（a. nelkt）發(fā)現(xiàn)水能自動(dòng)地?cái)U(kuò)散到裝有酒精的豬膀胱內(nèi)，開創(chuàng)了）發(fā)現(xiàn)水能自動(dòng)地?cái)U(kuò)散到裝有酒精的豬膀胱內(nèi)，開創(chuàng)了膜滲透膜滲透的研究。的研究。l 1861年，施密特（年，施密特（a.

5、schmidt）首先提出了超過濾的概念。他）首先提出了超過濾的概念。他提出，用比濾紙孔徑更小的棉膠膜或賽璐酚膜過濾時(shí)，若在提出，用比濾紙孔徑更小的棉膠膜或賽璐酚膜過濾時(shí)，若在溶液側(cè)施加壓力，使膜的兩側(cè)產(chǎn)生壓力差，即可分離溶液中溶液側(cè)施加壓力，使膜的兩側(cè)產(chǎn)生壓力差，即可分離溶液中的細(xì)菌、蛋白質(zhì)、膠體等微小粒子，其精度比濾紙高得多。的細(xì)菌、蛋白質(zhì)、膠體等微小粒子，其精度比濾紙高得多。這種過濾可稱為超過濾。按現(xiàn)代觀點(diǎn)看，這種過濾應(yīng)稱為這種過濾可稱為超過濾。按現(xiàn)代觀點(diǎn)看，這種過濾應(yīng)稱為微微孔過濾孔過濾。 1.2 膜分離技術(shù)發(fā)展簡史膜分離技術(shù)發(fā)展簡史l 50年代初，為從海水或苦咸水中獲取淡水，開始了年代

6、初，為從海水或苦咸水中獲取淡水，開始了反反滲透膜滲透膜的研究。的研究。l 真正意義上的分離膜出現(xiàn)在真正意義上的分離膜出現(xiàn)在20世紀(jì)世紀(jì)60年代。年代。1961年，年，米切利斯（米切利斯（a. s. michealis）等人用各種比例的酸性）等人用各種比例的酸性和堿性的高分子電介質(zhì)混合物以水和堿性的高分子電介質(zhì)混合物以水-丙酮丙酮-溴化鈉為溶溴化鈉為溶劑，制成了可截留不同分子量的膜，這種膜是真正的劑，制成了可截留不同分子量的膜，這種膜是真正的超過濾膜超過濾膜。美國。美國amicon公司首先將這種膜商品化。公司首先將這種膜商品化。l 1967年，年，dupont公司研制成功了以尼龍公司研制成功了以

7、尼龍-66為主要組為主要組分的中空纖維反滲透膜組件。同一時(shí)期，丹麥分的中空纖維反滲透膜組件。同一時(shí)期，丹麥dds公公司研制成功司研制成功平板式反滲透膜組件平板式反滲透膜組件。反滲透膜開始工業(yè)。反滲透膜開始工業(yè)化?；?。 自上世紀(jì)自上世紀(jì)60年代中期以來，膜分離技術(shù)真正實(shí)年代中期以來，膜分離技術(shù)真正實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。首先出現(xiàn)的分離膜是現(xiàn)了工業(yè)化。首先出現(xiàn)的分離膜是超過濾膜超過濾膜（簡稱（簡稱uf膜）、膜）、微孔過濾膜微孔過濾膜（簡稱（簡稱mf膜）和膜）和反滲透膜反滲透膜（簡（簡稱稱ro膜）。以后又開發(fā)了許多其它類型的分離膜。膜）。以后又開發(fā)了許多其它類型的分離膜。 在此期間，除上述三大膜外，其他類型的

8、膜也獲在此期間，除上述三大膜外，其他類型的膜也獲得很大的發(fā)展。得很大的發(fā)展。80年代年代氣體分離膜氣體分離膜的研制成功，使功的研制成功，使功能膜的地位又得到了進(jìn)一步提高。能膜的地位又得到了進(jìn)一步提高。l 具有分離選擇性的人造具有分離選擇性的人造液膜液膜是馬?。ㄊ邱R?。╩artin）在）在60年代初研究反滲透時(shí)發(fā)現(xiàn)的，這種液膜是覆蓋在固體年代初研究反滲透時(shí)發(fā)現(xiàn)的，這種液膜是覆蓋在固體膜之上的，為支撐液膜。膜之上的，為支撐液膜。l 60年代中期，美籍華人黎念之博士發(fā)現(xiàn)含有表面活年代中期，美籍華人黎念之博士發(fā)現(xiàn)含有表面活性劑的水和油能形成界面膜，從而發(fā)明了不帶有固體性劑的水和油能形成界面膜，從而發(fā)明

9、了不帶有固體膜支撐的新型液膜，并于膜支撐的新型液膜，并于1968年獲得純粹液膜的第一年獲得純粹液膜的第一項(xiàng)專利。項(xiàng)專利。l 70年代初，卡斯勒（年代初，卡斯勒（cussler）又研制成功）又研制成功含流動(dòng)載含流動(dòng)載體的液膜體的液膜，使液膜分離技術(shù)具有更高的選擇性。，使液膜分離技術(shù)具有更高的選擇性。1.3 膜的分類膜的分類1. 按膜的材料分類按膜的材料分類表表1 1 膜材料的分類膜材料的分類類類 別別膜材料膜材料舉舉 例例纖維素酯類纖維素酯類纖維素衍生物類纖維素衍生物類 醋酸纖維素，硝酸纖維素，乙基纖維素等醋酸纖維素，硝酸纖維素，乙基纖維素等非纖維素酯非纖維素酯類類聚砜類聚砜類聚砜，聚醚砜，聚芳

10、醚砜，磺化聚砜等聚砜，聚醚砜，聚芳醚砜，磺化聚砜等聚酰聚酰(亞亞)胺類胺類聚砜酰胺，芳香族聚酰胺，含氟聚酰亞胺等聚砜酰胺，芳香族聚酰胺，含氟聚酰亞胺等聚酯、烯烴類聚酯、烯烴類滌綸，聚碳酸酯，聚乙烯，聚丙烯腈等滌綸，聚碳酸酯，聚乙烯，聚丙烯腈等含氟含氟(硅硅)類類聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯，聚二甲基硅氧烷聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯，聚二甲基硅氧烷其他其他殼聚糖，聚電解質(zhì)等殼聚糖，聚電解質(zhì)等2. 按膜的分離原理及適用范圍分類按膜的分離原理及適用范圍分類 根據(jù)分離膜的分離原理和推動(dòng)力的不同，可將根據(jù)分離膜的分離原理和推動(dòng)力的不同，可將其分為微孔膜、超過濾膜、反滲透膜、納濾膜、滲其分為微孔膜、超過濾膜、反滲透

11、膜、納濾膜、滲析膜、電滲析膜、滲透蒸發(fā)膜等。析膜、電滲析膜、滲透蒸發(fā)膜等。3. 按膜的形態(tài)分類按膜的形態(tài)分類 按膜的形狀分為平板膜按膜的形狀分為平板膜(flat membrane)、管、管式膜式膜(tubular membrane)和中空纖維膜和中空纖維膜(hollow fiber membrane)。4. 按膜的結(jié)構(gòu)分類按膜的結(jié)構(gòu)分類 按膜的結(jié)構(gòu)分為：按膜的結(jié)構(gòu)分為： 對(duì)稱膜對(duì)稱膜( (symmetric membrane) ) 非對(duì)稱膜非對(duì)稱膜( (asymmetric membrane) ) 復(fù)合膜復(fù)合膜( (composite membrane) )1.4 膜過濾的基礎(chǔ)理論膜過濾的基礎(chǔ)

12、理論通透量理論通透量理論：一種基于粒子懸濁液在毛細(xì)管內(nèi)流動(dòng)一種基于粒子懸濁液在毛細(xì)管內(nèi)流動(dòng)的毛細(xì)管理論。的毛細(xì)管理論。水通量（水通量（jw）和截留率（）和截留率（r）：）：w透水量，透水量，a膜的有效面積，膜的有效面積，t時(shí)間時(shí)間c1料液中溶質(zhì)濃度，料液中溶質(zhì)濃度， c2透過透過液中溶質(zhì)濃度液中溶質(zhì)濃度tawjw121cccr膜分離基本原理膜分離基本原理 1.5 1.5 膜分離過程的類型膜分離過程的類型 分離膜的基本功能是從物質(zhì)群中有選擇地透過或輸送特定的物分離膜的基本功能是從物質(zhì)群中有選擇地透過或輸送特定的物質(zhì)，如顆粒、分子、離子等?；蛘哒f，物質(zhì)的分離是通過膜的選擇質(zhì)，如顆粒、分子、離子等。

13、或者說，物質(zhì)的分離是通過膜的選擇性透過實(shí)現(xiàn)的。幾種主要的膜分離過程及其傳遞機(jī)理如表性透過實(shí)現(xiàn)的。幾種主要的膜分離過程及其傳遞機(jī)理如表2 2所示。所示。表表2 2 幾種主要分離膜的分離過程幾種主要分離膜的分離過程膜過程膜過程推動(dòng)力推動(dòng)力傳遞機(jī)理傳遞機(jī)理透過物透過物截留物截留物膜類型膜類型微濾微濾壓力差壓力差顆粒大小形狀顆粒大小形狀水、溶劑溶解物水、溶劑溶解物懸浮物顆粒懸浮物顆粒纖維多孔膜纖維多孔膜超濾超濾壓力差壓力差分子特性大小形狀分子特性大小形狀水、溶劑小分子水、溶劑小分子膠體和超過截留膠體和超過截留分子量的分子分子量的分子非對(duì)稱性膜非對(duì)稱性膜納濾納濾壓力差壓力差離子大小及電荷離子大小及電荷水

14、、一價(jià)離子、水、一價(jià)離子、多價(jià)離子多價(jià)離子有機(jī)物有機(jī)物復(fù)合膜復(fù)合膜反滲透反滲透壓力差壓力差溶劑的擴(kuò)散傳遞溶劑的擴(kuò)散傳遞水、溶劑水、溶劑溶質(zhì)、鹽溶質(zhì)、鹽非對(duì)稱性膜非對(duì)稱性膜復(fù)合膜復(fù)合膜膜過程膜過程推動(dòng)力推動(dòng)力傳遞機(jī)理傳遞機(jī)理透過物透過物截留物截留物膜類型膜類型滲析滲析濃度差濃度差溶質(zhì)的擴(kuò)散傳溶質(zhì)的擴(kuò)散傳遞遞低分子量物、低分子量物、離子離子大分子物大分子物非對(duì)稱性膜非對(duì)稱性膜電滲析電滲析電位差電位差電解質(zhì)離子的電解質(zhì)離子的選擇傳遞選擇傳遞電解質(zhì)離子電解質(zhì)離子非電解質(zhì)，非電解質(zhì)，大分子物大分子物質(zhì)質(zhì)離子交換膜離子交換膜氣體分氣體分離離壓力差壓力差氣體和蒸汽的氣體和蒸汽的擴(kuò)散滲透擴(kuò)散滲透氣體或蒸汽氣體

15、或蒸汽難滲透性難滲透性氣體或蒸氣體或蒸汽汽均相膜、復(fù)均相膜、復(fù)合膜，非對(duì)合膜，非對(duì)稱膜稱膜滲透蒸滲透蒸發(fā)發(fā)壓力差壓力差選擇傳遞選擇傳遞易滲溶質(zhì)或溶易滲溶質(zhì)或溶劑劑難滲透性難滲透性溶質(zhì)或溶溶質(zhì)或溶劑劑均相膜、復(fù)均相膜、復(fù)合膜，非對(duì)合膜，非對(duì)稱膜稱膜液膜分液膜分離離濃度差濃度差反應(yīng)促進(jìn)和反應(yīng)促進(jìn)和擴(kuò)散傳遞擴(kuò)散傳遞雜質(zhì)雜質(zhì)待分離物待分離物乳狀液膜、乳狀液膜、支撐液膜支撐液膜續(xù)上表續(xù)上表1.6 膜材料膜材料 用作分離膜的材料包括天然的與人工合成的用作分離膜的材料包括天然的與人工合成的有有機(jī)高分子材料機(jī)高分子材料和和無機(jī)材料無機(jī)材料。 原則上講，凡能成膜的高分子材料和無機(jī)材料原則上講，凡能成膜的高分子材

16、料和無機(jī)材料均可用于制備分離膜。但實(shí)際上，真正成為工業(yè)化均可用于制備分離膜。但實(shí)際上，真正成為工業(yè)化膜的膜材料并不多。這主要決定于膜的一些特定要膜的膜材料并不多。這主要決定于膜的一些特定要求，如分離效率、分離速度等。此外，也取決于膜求，如分離效率、分離速度等。此外，也取決于膜的制備技術(shù)。的制備技術(shù)。3 3 目前，實(shí)用的有機(jī)高分子膜材料有：目前，實(shí)用的有機(jī)高分子膜材料有：纖維素酯纖維素酯類、聚砜類、聚酰胺類及其他材料類、聚砜類、聚酰胺類及其他材料。從品種來說，。從品種來說，已有成百種以上的膜被制備出來，其中約已有成百種以上的膜被制備出來，其中約40多種已多種已被用于工業(yè)和實(shí)驗(yàn)室中。以日本為例，纖

17、維素酯類被用于工業(yè)和實(shí)驗(yàn)室中。以日本為例，纖維素酯類膜占膜占53，聚砜膜占，聚砜膜占33.3，聚酰胺膜占，聚酰胺膜占11.7，其，其他材料的膜占他材料的膜占2，可見纖維素酯類材料在膜材料中，可見纖維素酯類材料在膜材料中占主要地位。占主要地位。 1. 纖維素酯類膜材料纖維素酯類膜材料 纖維素是由幾千個(gè)纖維素是由幾千個(gè)椅式構(gòu)型的葡萄糖基通過椅式構(gòu)型的葡萄糖基通過1, 4-甙鏈甙鏈連接起來的天然線性高分子化合物，其結(jié)構(gòu)式為：連接起來的天然線性高分子化合物，其結(jié)構(gòu)式為：ohohohhoh hohhch2ohhhoh hohhoch2ohoohohohhoh hohhch2ohhhhoh hohhoch

18、2ohhn_22 從結(jié)構(gòu)上看，每個(gè)葡萄糖單元上有三個(gè)羥基。在催化劑（如從結(jié)構(gòu)上看，每個(gè)葡萄糖單元上有三個(gè)羥基。在催化劑（如硫酸、高氯酸或氧化鋅）存在下，能與冰醋酸、醋酸酐進(jìn)行酯化硫酸、高氯酸或氧化鋅）存在下，能與冰醋酸、醋酸酐進(jìn)行酯化反應(yīng)，得到二醋酸纖維素或三醋酸纖維素。反應(yīng)，得到二醋酸纖維素或三醋酸纖維素。 c6h7o2 + (ch3co)2o c6h7o2(ococh3)2 + h2o c6h7o2 + 3(ch3co)2o c6h7o2(ococh3)3 + 2 ch2cooh 醋酸纖維素是當(dāng)今最重要的膜材料之一。醋酸纖維素是當(dāng)今最重要的膜材料之一。 醋酸纖維素性能醋酸纖維素性能穩(wěn)定，但

19、在高溫和酸、堿存在下易發(fā)生水解。穩(wěn)定，但在高溫和酸、堿存在下易發(fā)生水解。 纖維素醋類材料纖維素醋類材料易受微生物侵蝕，易受微生物侵蝕，ph值適應(yīng)范圍較窄，不值適應(yīng)范圍較窄，不耐高溫和某些有機(jī)溶劑或無機(jī)溶劑。耐高溫和某些有機(jī)溶劑或無機(jī)溶劑。因此發(fā)展了非纖維素酯類因此發(fā)展了非纖維素酯類（合成高分子類）膜。（合成高分子類）膜。醋酸纖維素膜醋酸纖維素膜醋酸纖維素膜的結(jié)構(gòu)示意圖醋酸纖維素膜的結(jié)構(gòu)示意圖99表皮層表皮層孔徑孔徑 0.00080.001 m過渡層過渡層孔徑孔徑 0.02 m多孔層多孔層孔徑孔徑 0.10.4 m1%顯顯微微鏡鏡下下膜膜的的照照片片2. 非纖維素酯類膜材料非纖維素酯類膜材料 常

20、用于制備分離膜的合成高分子材料有常用于制備分離膜的合成高分子材料有聚聚砜、聚酰胺、芳香雜環(huán)聚合物和離子聚合砜、聚酰胺、芳香雜環(huán)聚合物和離子聚合物物等。等。 聚砜類樹脂聚砜類樹脂具有良好的化學(xué)、熱學(xué)和水解穩(wěn)定性，具有良好的化學(xué)、熱學(xué)和水解穩(wěn)定性，強(qiáng)度也很高，強(qiáng)度也很高，ph值適應(yīng)范圍為值適應(yīng)范圍為113，最高使用溫度，最高使用溫度達(dá)達(dá)120，抗氧化性和抗氯性都十分優(yōu)良。因此已成抗氧化性和抗氯性都十分優(yōu)良。因此已成為重要的膜材料之一。為重要的膜材料之一。 早期使用的聚酰胺是早期使用的聚酰胺是脂肪族聚酰胺脂肪族聚酰胺，如尼龍，如尼龍-4、尼龍尼龍-66等制成的中空纖維膜。這類產(chǎn)品對(duì)鹽水的分等制成的中

21、空纖維膜。這類產(chǎn)品對(duì)鹽水的分離率在離率在8090之間，但透水率很低，僅之間，但透水率很低，僅0.076 ml/cm2h。 以后發(fā)展了以后發(fā)展了芳香族聚酰胺芳香族聚酰胺，用它們制成的分離膜，用它們制成的分離膜，ph適用范圍為適用范圍為311，分離率可達(dá)，分離率可達(dá)99.5（對(duì)鹽水），（對(duì)鹽水），透水速率為透水速率為0.6 ml/cm2h。長期使用穩(wěn)定性好。由于。長期使用穩(wěn)定性好。由于酰胺基團(tuán)易與氯反應(yīng)，故這種膜對(duì)水中的游離氯有酰胺基團(tuán)易與氯反應(yīng)，故這種膜對(duì)水中的游離氯有較高要求。較高要求。 聚酰亞胺聚酰亞胺具有很好的熱穩(wěn)定性和耐有機(jī)溶劑具有很好的熱穩(wěn)定性和耐有機(jī)溶劑能力，因此是一類較好的膜材料。

22、例如，下列結(jié)能力，因此是一類較好的膜材料。例如，下列結(jié)構(gòu)的聚酰亞胺膜對(duì)分離氫氣有很高的效率。構(gòu)的聚酰亞胺膜對(duì)分離氫氣有很高的效率。nccoonccooarn 離子性聚合物離子性聚合物可用于制備離子交換膜。與離可用于制備離子交換膜。與離子交換樹脂相同，離子交換膜也可分為子交換樹脂相同，離子交換膜也可分為強(qiáng)酸型陽離強(qiáng)酸型陽離子膜、弱酸型陽離子膜、強(qiáng)堿型陰離子膜和弱堿型子膜、弱酸型陽離子膜、強(qiáng)堿型陰離子膜和弱堿型陰離子膜陰離子膜等。在淡化海水的應(yīng)用中，主要使用的是等。在淡化海水的應(yīng)用中，主要使用的是強(qiáng)酸型陽離子交換膜。強(qiáng)酸型陽離子交換膜。 磺化聚苯醚膜和磺化聚砜膜磺化聚苯醚膜和磺化聚砜膜是最常用的兩

23、種離是最常用的兩種離子聚合物膜。子聚合物膜。 用作膜材料的用作膜材料的乙烯基聚合物乙烯基聚合物包括聚乙烯醇、聚乙包括聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚偏氯乙烯、烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚偏氯乙烯、聚丙烯酰胺等。共聚物包括：聚丙烯醇聚丙烯酰胺等。共聚物包括：聚丙烯醇/苯乙烯磺酸、苯乙烯磺酸、聚乙烯醇聚乙烯醇/磺化聚苯醚、聚丙烯腈磺化聚苯醚、聚丙烯腈/甲基丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯乙烯/乙烯醇等。聚乙烯醇乙烯醇等。聚乙烯醇/丙烯腈接枝共聚物也可用丙烯腈接枝共聚物也可用作膜材料。作膜材料。常見材料的最高允許使用溫度常見材料的最高允許使用溫度 名名 稱稱溫度溫度ca（cel

24、lulose acetate） 聚酰胺聚酰胺聚苯并咪唑聚苯并咪唑聚苯并咪唑酮聚苯并咪唑酮 磺化聚苯醚磺化聚苯醚 磺化聚砜磺化聚砜聚醚砜酮聚醚砜酮35 35 35 35 909070 70 70 70 120 120 160160l無機(jī)膜多以無機(jī)膜多以金屬及其氧化物、多孔玻璃、金屬及其氧化物、多孔玻璃、陶瓷陶瓷為材料。從結(jié)構(gòu)上可分為致密膜、多為材料。從結(jié)構(gòu)上可分為致密膜、多孔膜和復(fù)合非對(duì)稱修正膜三種?？啄ず蛷?fù)合非對(duì)稱修正膜三種。1.7 膜的制備膜的制備1. 分離膜制備工藝類型分離膜制備工藝類型 膜的制備工藝對(duì)分離膜的性能十分重要。同樣膜的制備工藝對(duì)分離膜的性能十分重要。同樣的材料，由于不同的制作

25、工藝和控制條件，其性能的材料，由于不同的制作工藝和控制條件，其性能差別很大。合理的、先進(jìn)的制膜工藝是制造優(yōu)良性差別很大。合理的、先進(jìn)的制膜工藝是制造優(yōu)良性能分離膜的重要保證。能分離膜的重要保證。 目前，國內(nèi)外的制膜方法很多，其中最實(shí)用的目前，國內(nèi)外的制膜方法很多，其中最實(shí)用的是是相轉(zhuǎn)化法相轉(zhuǎn)化法（流涎法和紡絲法）和（流涎法和紡絲法）和復(fù)合膜化法復(fù)合膜化法。2. 相轉(zhuǎn)化制膜工藝相轉(zhuǎn)化制膜工藝 相轉(zhuǎn)化是指將均質(zhì)的制膜液通過溶劑的揮發(fā)或相轉(zhuǎn)化是指將均質(zhì)的制膜液通過溶劑的揮發(fā)或向溶液加入非溶劑或加熱制膜液，使液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔蛉芤杭尤敕侨軇┗蚣訜嶂颇ひ?，使液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔嗟倪^程。相轉(zhuǎn)化制膜工藝中最重要的方法

26、是相的過程。相轉(zhuǎn)化制膜工藝中最重要的方法是ls型制膜法型制膜法。它是由加拿大人勞勃（。它是由加拿大人勞勃（s. leob）和索里）和索里拉金（拉金（s. sourirajan）發(fā)明的，并首先用于制造醋）發(fā)明的，并首先用于制造醋酸纖維素膜。酸纖維素膜。 將制膜材料用溶劑形成均相制膜液，在模具中將制膜材料用溶劑形成均相制膜液，在模具中流涎成薄層，然后控制溫度和濕度，使溶液緩緩蒸流涎成薄層，然后控制溫度和濕度，使溶液緩緩蒸發(fā)，經(jīng)過相轉(zhuǎn)化就形成了由液相轉(zhuǎn)化為固相的膜，發(fā)，經(jīng)過相轉(zhuǎn)化就形成了由液相轉(zhuǎn)化為固相的膜，其工藝框圖可表示如下：其工藝框圖可表示如下：聚合物聚合物溶劑溶劑添加劑添加劑均質(zhì)制膜液均質(zhì)制

27、膜液流涎法制成平板型、圓管型；紡絲法制成中空纖維流涎法制成平板型、圓管型；紡絲法制成中空纖維蒸出部分溶劑蒸出部分溶劑凝固液浸漬凝固液浸漬水洗水洗后處理后處理非對(duì)稱膜非對(duì)稱膜圖圖2 l-s 法制備分離膜工藝流程法制備分離膜工藝流程3. 復(fù)合制膜工藝復(fù)合制膜工藝 由由l-s法制的膜，起分離作用的僅是接觸空氣法制的膜，起分離作用的僅是接觸空氣的極薄一層，稱為表面致密層。它的厚度約的極薄一層，稱為表面致密層。它的厚度約0.251 m ，相當(dāng)于總厚度的，相當(dāng)于總厚度的1/100左右。理論研究表明可左右。理論研究表明可知，膜的透過速率與膜的厚度成反比。而用知，膜的透過速率與膜的厚度成反比。而用l-s法法制

28、備表面層小于制備表面層小于0.1 m的膜極為困難。為此，發(fā)展的膜極為困難。為此，發(fā)展了了復(fù)合制膜工藝復(fù)合制膜工藝，其方框圖如圖，其方框圖如圖3所示。所示。多孔支持膜多孔支持膜涂覆涂覆交聯(lián)交聯(lián)加熱加熱形成超薄膜形成超薄膜親水性高分子溶液的涂覆親水性高分子溶液的涂覆復(fù)合膜復(fù)合膜形成超薄膜的溶液形成超薄膜的溶液交聯(lián)劑交聯(lián)劑圖圖3 3 復(fù)合制膜工藝流程框圖復(fù)合制膜工藝流程框圖1.8 膜的保存膜的保存 分離膜的保存對(duì)其性能極為重要。主要應(yīng)防止分離膜的保存對(duì)其性能極為重要。主要應(yīng)防止微生物、水解、冷凍對(duì)膜的破壞和膜的收縮變形。微生物、水解、冷凍對(duì)膜的破壞和膜的收縮變形。 微生物的破壞微生物的破壞主要發(fā)生在

29、醋酸纖維素膜；主要發(fā)生在醋酸纖維素膜； 而而水解和冷凍水解和冷凍破壞則對(duì)任何膜都可能發(fā)生。溫破壞則對(duì)任何膜都可能發(fā)生。溫度、度、ph值不適當(dāng)和水中游離氧的存在均會(huì)造成膜的值不適當(dāng)和水中游離氧的存在均會(huì)造成膜的水解。冷凍會(huì)使膜膨脹而破壞膜的結(jié)構(gòu)。水解。冷凍會(huì)使膜膨脹而破壞膜的結(jié)構(gòu)。 膜的收縮膜的收縮主要發(fā)生在濕態(tài)保存時(shí)的失水。主要發(fā)生在濕態(tài)保存時(shí)的失水。收縮變形使膜孔徑大幅度下降，孔徑分布不均收縮變形使膜孔徑大幅度下降，孔徑分布不均勻，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成膜的破裂。當(dāng)膜與高濃度勻，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成膜的破裂。當(dāng)膜與高濃度溶液接觸時(shí)，由于膜中水分急劇地向溶液中擴(kuò)溶液接觸時(shí)，由于膜中水分急劇地向溶液中擴(kuò)散而失

30、水，也會(huì)造成膜的變形收縮。散而失水，也會(huì)造成膜的變形收縮。2 膜分離裝置膜分離裝置將膜、固定膜的支撐材料、間隔物或管式外殼等組裝將膜、固定膜的支撐材料、間隔物或管式外殼等組裝成的一個(gè)單元稱為膜組件。膜組件的結(jié)構(gòu)及型式取決成的一個(gè)單元稱為膜組件。膜組件的結(jié)構(gòu)及型式取決于膜的形狀于膜的形狀, ,工業(yè)上應(yīng)用的膜組件主要有工業(yè)上應(yīng)用的膜組件主要有中空纖維式、中空纖維式、管式、螺旋卷式、板框式等四種型式管式、螺旋卷式、板框式等四種型式。管式和中空纖。管式和中空纖維式組件也可以分為內(nèi)壓式和外壓式兩種。維式組件也可以分為內(nèi)壓式和外壓式兩種。 膜組件膜組件( (membrane module) )(1)、板框

31、式、板框式(plate-and-frame)膜組件膜組件 板框式是最早使用的一種膜組件。其設(shè)計(jì)類似于板框式是最早使用的一種膜組件。其設(shè)計(jì)類似于常規(guī)的板框過濾裝置，常規(guī)的板框過濾裝置， 膜被放置在可墊有濾紙的多孔膜被放置在可墊有濾紙的多孔的支撐板上，兩塊多孔的支撐板疊壓在一起形成的料的支撐板上，兩塊多孔的支撐板疊壓在一起形成的料液流道空間，組成一個(gè)膜單元，單元與單元之間可并液流道空間，組成一個(gè)膜單元，單元與單元之間可并聯(lián)或串聯(lián)連接。不同的板框式設(shè)計(jì)的主要差別在于料聯(lián)或串聯(lián)連接。不同的板框式設(shè)計(jì)的主要差別在于料液流道的結(jié)構(gòu)上。液流道的結(jié)構(gòu)上。(2)、管式、管式(tubular)膜組件膜組件 管式膜

32、組件有外壓式和內(nèi)壓式兩種。對(duì)內(nèi)壓式膜管式膜組件有外壓式和內(nèi)壓式兩種。對(duì)內(nèi)壓式膜組件，膜被直接澆鑄在多孔的不銹鋼管內(nèi)或用玻璃纖組件，膜被直接澆鑄在多孔的不銹鋼管內(nèi)或用玻璃纖維增強(qiáng)的塑料管內(nèi)。加壓的料液流從管內(nèi)流過，透過維增強(qiáng)的塑料管內(nèi)。加壓的料液流從管內(nèi)流過，透過膜的滲透溶液在管外側(cè)被收集。對(duì)外壓式膜組件，膜膜的滲透溶液在管外側(cè)被收集。對(duì)外壓式膜組件，膜則被澆鑄在多孔支撐管外側(cè)面。加壓的料液流從管外則被澆鑄在多孔支撐管外側(cè)面。加壓的料液流從管外側(cè)流過，滲透溶液則由管外側(cè)滲透通過膜進(jìn)入多孔支側(cè)流過，滲透溶液則由管外側(cè)滲透通過膜進(jìn)入多孔支撐管內(nèi)。無論是內(nèi)壓式還是外壓式，都可以根據(jù)需要撐管內(nèi)。無論是內(nèi)

33、壓式還是外壓式，都可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)成串聯(lián)或并聯(lián)裝置。設(shè)計(jì)成串聯(lián)或并聯(lián)裝置。(3)、螺旋卷式、螺旋卷式(spiral wound)膜組件膜組件 目前，螺旋卷式膜組件被廣泛地應(yīng)用于多種膜分目前，螺旋卷式膜組件被廣泛地應(yīng)用于多種膜分離過程。離過程。 膜、料液通道網(wǎng)、以及多孔的膜支撐體等通過適膜、料液通道網(wǎng)、以及多孔的膜支撐體等通過適當(dāng)?shù)姆绞奖唤M合在一起，然后將其裝入能承受壓力的當(dāng)?shù)姆绞奖唤M合在一起，然后將其裝入能承受壓力的外殼中制成膜組件。通過改變料液和過濾液流動(dòng)通道外殼中制成膜組件。通過改變料液和過濾液流動(dòng)通道的形式，這類膜組件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也可被設(shè)計(jì)成多種不的形式，這類膜組件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也可被設(shè)計(jì)成多

34、種不同的形式。同的形式。(4)、中空纖維、中空纖維(hollow fiber)膜組件膜組件 中空纖維膜組件的最大特點(diǎn)是單位裝填膜面積比中空纖維膜組件的最大特點(diǎn)是單位裝填膜面積比所有其他組件大，所有其他組件大， 最高可達(dá)到最高可達(dá)到30000m2/m3。中空纖維。中空纖維膜組件也分為外壓式和內(nèi)壓式。將大量的中空纖維安膜組件也分為外壓式和內(nèi)壓式。將大量的中空纖維安裝在一個(gè)管狀容器內(nèi)，中空纖維的一端以環(huán)氧樹脂與裝在一個(gè)管狀容器內(nèi)，中空纖維的一端以環(huán)氧樹脂與管外殼壁固封制成膜組件。料液從中空纖維組件的一管外殼壁固封制成膜組件。料液從中空纖維組件的一端流人，端流人， 沿纖維外側(cè)平行于纖維束流動(dòng)，透過液則

35、滲沿纖維外側(cè)平行于纖維束流動(dòng)，透過液則滲透通過中空纖維壁進(jìn)入內(nèi)腔，然后從纖維在環(huán)氧樹脂透通過中空纖維壁進(jìn)入內(nèi)腔，然后從纖維在環(huán)氧樹脂的固封頭的開端引出，原液則從膜組件的另一端流出。的固封頭的開端引出，原液則從膜組件的另一端流出。 各種膜組件的傳質(zhì)特性和綜合性能比較：各種膜組件的傳質(zhì)特性和綜合性能比較：3. 濃差極化、污染現(xiàn)象和控制濃差極化、污染現(xiàn)象和控制濃差極化濃差極化在膜分離操作中，所有溶質(zhì)均被透過液傳送到膜表在膜分離操作中，所有溶質(zhì)均被透過液傳送到膜表面上，不能完全透過膜的溶質(zhì)受到膜的截留作用，面上，不能完全透過膜的溶質(zhì)受到膜的截留作用，在膜表面附近濃度升高。這種在膜表面附近濃度高在膜表面

36、附近濃度升高。這種在膜表面附近濃度高于主體濃度的現(xiàn)象稱為濃度極化或濃差極化于主體濃度的現(xiàn)象稱為濃度極化或濃差極化( (concentration polarization) )。濃差極化特性濃差極化特性l 它是一個(gè)可逆過程。只有在膜過程運(yùn)行中產(chǎn)生存在，它是一個(gè)可逆過程。只有在膜過程運(yùn)行中產(chǎn)生存在，停止運(yùn)行，濃差極化逐漸消失。停止運(yùn)行，濃差極化逐漸消失。l 它與操作條件相關(guān)，可通過降低膜兩側(cè)壓差，減小它與操作條件相關(guān)，可通過降低膜兩側(cè)壓差，減小料液中溶質(zhì)濃度，改善膜面流體力學(xué)條件，來減輕濃料液中溶質(zhì)濃度，改善膜面流體力學(xué)條件，來減輕濃差極化程度，提高膜的透過流量。差極化程度，提高膜的透過流量。l

37、 膜表面附近濃度升高，增大了膜兩側(cè)的滲透膜表面附近濃度升高，增大了膜兩側(cè)的滲透壓差，使有效壓差減小，透過通量降低。當(dāng)膜表壓差，使有效壓差減小，透過通量降低。當(dāng)膜表面附近的濃度超過溶質(zhì)的溶解度時(shí)，溶質(zhì)會(huì)析出，面附近的濃度超過溶質(zhì)的溶解度時(shí)，溶質(zhì)會(huì)析出，形成凝膠層。當(dāng)分離含有菌體、細(xì)胞或其他固形形成凝膠層。當(dāng)分離含有菌體、細(xì)胞或其他固形成分的料液時(shí)，也會(huì)在膜表面形成凝膠層。這種成分的料液時(shí)，也會(huì)在膜表面形成凝膠層。這種現(xiàn)象稱為凝膠極化（現(xiàn)象稱為凝膠極化（gel polarization） 膜分離過程中遇到的最大問題是膜污染膜分離過程中遇到的最大問題是膜污染（membrane fouling），膜污

38、染的主要原因：），膜污染的主要原因：l 凝膠極化引起的凝膠層凝膠極化引起的凝膠層; ;l 溶質(zhì)在膜表面的吸附層溶質(zhì)在膜表面的吸附層; ;l 膜孔堵塞膜孔堵塞; ; l 膜孔內(nèi)的溶質(zhì)吸附。膜孔內(nèi)的溶質(zhì)吸附。 膜污染膜污染不僅造成透過通量的大幅度下降，而且影不僅造成透過通量的大幅度下降，而且影響目標(biāo)產(chǎn)物的回收率。為保證膜分離操作高效穩(wěn)定地響目標(biāo)產(chǎn)物的回收率。為保證膜分離操作高效穩(wěn)定地進(jìn)行，必須對(duì)膜進(jìn)行定期清洗，除去膜表面及膜孔內(nèi)進(jìn)行，必須對(duì)膜進(jìn)行定期清洗，除去膜表面及膜孔內(nèi)的污染物，恢復(fù)膜的透過性能。的污染物，恢復(fù)膜的透過性能。 膜的清洗膜的清洗一般選用一般選用水、鹽溶液、稀酸、稀堿、表水、鹽溶液

39、、稀酸、稀堿、表面活性劑、絡(luò)合劑、氧化劑和酶溶液面活性劑、絡(luò)合劑、氧化劑和酶溶液等為清洗劑。具等為清洗劑。具體用何種清洗劑應(yīng)根據(jù)膜的性質(zhì)和污染物的性質(zhì)而決體用何種清洗劑應(yīng)根據(jù)膜的性質(zhì)和污染物的性質(zhì)而決定，使用的清洗劑要具有良好的去污能力，同時(shí)又不定，使用的清洗劑要具有良好的去污能力，同時(shí)又不能損害膜的過濾性能。能損害膜的過濾性能。如果用如果用清水清水清洗就恢復(fù)膜的透過性能，則不清洗就恢復(fù)膜的透過性能，則不需使用其他清洗劑。對(duì)于蛋白質(zhì)的嚴(yán)重吸附需使用其他清洗劑。對(duì)于蛋白質(zhì)的嚴(yán)重吸附所引起的膜污染，用蛋白酶（如胃蛋白酶、所引起的膜污染，用蛋白酶（如胃蛋白酶、胰蛋白酶等）溶液清洗，效果較好。胰蛋白酶

40、等）溶液清洗，效果較好。l 清洗操作清洗操作是膜分離過程不可缺少的步驟，但清洗是膜分離過程不可缺少的步驟，但清洗操作是造成膜分離過程成本增高的重要原因。因操作是造成膜分離過程成本增高的重要原因。因此，在采用有效的清洗操作的同時(shí)，得采取必要此，在采用有效的清洗操作的同時(shí)，得采取必要的措施防止或減輕膜污染。例如，選用高親水性的措施防止或減輕膜污染。例如，選用高親水性膜或?qū)δみM(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理（如聚砜膜用乙醇溶膜或?qū)δみM(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理（如聚砜膜用乙醇溶液浸泡），均可緩解污染程度。液浸泡），均可緩解污染程度。l 此外，對(duì)料液進(jìn)行適當(dāng)?shù)拇送?，?duì)料液進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理預(yù)處理（如進(jìn)行預(yù)過濾、（如進(jìn)行預(yù)過濾、調(diào)節(jié)

41、調(diào)節(jié)ph值），也可相當(dāng)程度地減輕污染的發(fā)生。值），也可相當(dāng)程度地減輕污染的發(fā)生。 如何防止膜污染以及開發(fā)高效節(jié)能的污染清除如何防止膜污染以及開發(fā)高效節(jié)能的污染清除技術(shù)是進(jìn)一步普及膜分離技術(shù)的關(guān)鍵之一，也是產(chǎn)技術(shù)是進(jìn)一步普及膜分離技術(shù)的關(guān)鍵之一，也是產(chǎn)學(xué)界孜孜以求的目標(biāo)。研究表明，膜分離過程存在學(xué)界孜孜以求的目標(biāo)。研究表明，膜分離過程存在臨界操作壓力臨界操作壓力，在臨界壓力以下進(jìn)行膜分離操作，在臨界壓力以下進(jìn)行膜分離操作，可長時(shí)間維持較高的透過通量。降低對(duì)清洗操作的可長時(shí)間維持較高的透過通量。降低對(duì)清洗操作的依賴程度，提高膜分離效率。依賴程度，提高膜分離效率。膜分離技術(shù)應(yīng)用中需注意的幾個(gè)問題膜分

42、離技術(shù)應(yīng)用中需注意的幾個(gè)問題膜材料的選擇膜材料的選擇膜孔徑或截留分子量的選擇膜孔徑或截留分子量的選擇膜結(jié)構(gòu)選擇膜結(jié)構(gòu)選擇組件結(jié)構(gòu)選擇組件結(jié)構(gòu)選擇溶液溶液ph 控制控制溶液溫度影響溶液溫度影響溶質(zhì)濃度，料液流速與壓力的控制溶質(zhì)濃度，料液流速與壓力的控制4 典型的膜分離技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域典型的膜分離技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域l 微孔過濾（微孔過濾（microfiltration，mf）l 超濾（超濾（ultrafiltration，uf）l 反滲透（反滲透（reverse osmosis，ro）l 納濾（納濾（nanofiltration，nf）l 滲析（滲析（dialysis，d）l 電滲析（電滲析（elect

43、rodialysis，ed）l 液膜（液膜（liquid membrane，lm）l 滲透蒸發(fā)（滲透蒸發(fā)（pervaporation， pv）微濾微濾超濾超濾納濾納濾反滲透反滲透圖圖5 膜的分類與分離膜的分類與分離水水單價(jià)鹽、非游離酸等單價(jià)鹽、非游離酸等糖、二價(jià)鹽、游離酸、維生素等糖、二價(jià)鹽、游離酸、維生素等大分子（包括蛋白質(zhì)、酶等）大分子（包括蛋白質(zhì)、酶等）懸浮粒子懸浮粒子(細(xì)菌、病毒等細(xì)菌、病毒等) nf 納濾納濾4.1 微孔過濾技術(shù)微孔過濾技術(shù)1. 微孔過濾和微孔膜的特點(diǎn)微孔過濾和微孔膜的特點(diǎn)l 微孔過濾技術(shù)始于十九世紀(jì)中葉，是以微孔過濾技術(shù)始于十九世紀(jì)中葉，是以靜壓差為推靜壓差為推動(dòng)力

44、動(dòng)力，利用篩網(wǎng)狀過濾介質(zhì)膜的，利用篩網(wǎng)狀過濾介質(zhì)膜的“篩分篩分”作用進(jìn)行分作用進(jìn)行分離的膜過程。實(shí)施微孔過濾的膜稱為離的膜過程。實(shí)施微孔過濾的膜稱為微孔膜微孔膜。l 微孔膜是均勻的多孔薄膜，微孔膜是均勻的多孔薄膜，厚度在厚度在90150 m左右，左右，過濾粒徑在過濾粒徑在0.02510 m之間，操作壓在之間，操作壓在0.010.2mpa。到目前為止，國內(nèi)外商品化的微孔膜約有到目前為止，國內(nèi)外商品化的微孔膜約有13類，總計(jì)類，總計(jì)400多種。多種。微孔膜的主要優(yōu)點(diǎn)：微孔膜的主要優(yōu)點(diǎn)： 孔徑均勻，過濾精度高?？讖骄鶆颍^濾精度高。能將液體中所有大于制能將液體中所有大于制定孔徑的微粒全部截留；定孔徑

45、的微粒全部截留； 孔隙大，流速快?？紫洞?，流速快。一般微孔膜的孔密度為一般微孔膜的孔密度為10107 7孔孔/ /cm2，微孔體積占膜總體積的，微孔體積占膜總體積的70708080。由于膜很。由于膜很薄，阻力小，其過濾速度較常規(guī)過濾介質(zhì)快幾十倍；薄，阻力小，其過濾速度較常規(guī)過濾介質(zhì)快幾十倍； 無吸附或少吸附。無吸附或少吸附。微孔膜厚度一般在微孔膜厚度一般在9090150150 m之之間，因而吸附量很少，可忽略不計(jì)。間，因而吸附量很少，可忽略不計(jì)。 無介質(zhì)脫落。無介質(zhì)脫落。微孔膜為均一的高分子材料，過濾時(shí)微孔膜為均一的高分子材料，過濾時(shí)沒有纖維或碎屑脫落，因此能得到高純度的濾液。沒有纖維或碎屑脫

46、落，因此能得到高純度的濾液。微孔膜的缺點(diǎn)：微孔膜的缺點(diǎn)： 顆粒容量較小，易被堵塞；顆粒容量較小，易被堵塞； 使用時(shí)必須有前道過濾的配合，否則使用時(shí)必須有前道過濾的配合，否則無法正常工作。無法正常工作。2. 微孔過濾技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域微孔過濾技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域 （1）微粒和細(xì)菌的過濾微粒和細(xì)菌的過濾?？捎糜谒母叨葍艋?、食品?？捎糜谒母叨葍艋?、食品和飲料的除菌、藥液的過濾、發(fā)酵工業(yè)的空氣凈化和飲料的除菌、藥液的過濾、發(fā)酵工業(yè)的空氣凈化和除菌等。和除菌等。（2）微粒和細(xì)菌的檢測(cè)微粒和細(xì)菌的檢測(cè)。微孔膜可作為微粒和細(xì)菌的。微孔膜可作為微粒和細(xì)菌的富集器，從而進(jìn)行微粒和細(xì)菌含量的測(cè)定。富集器，從而進(jìn)行微粒和細(xì)菌

47、含量的測(cè)定。（3）氣體、溶液和水的凈化氣體、溶液和水的凈化。大氣中懸浮的塵埃、纖。大氣中懸浮的塵埃、纖維、花粉、細(xì)菌、病毒等；溶液和水中存在的微小維、花粉、細(xì)菌、病毒等；溶液和水中存在的微小固體顆粒和微生物，都可借助微孔膜去除。固體顆粒和微生物，都可借助微孔膜去除。（4）食糖與酒類的精制。食糖與酒類的精制。微孔膜對(duì)食糖溶液和啤、黃酒等酒類微孔膜對(duì)食糖溶液和啤、黃酒等酒類進(jìn)行過濾，可除去食糖中的雜質(zhì)、酒類中的酵母、霉菌和其他微進(jìn)行過濾，可除去食糖中的雜質(zhì)、酒類中的酵母、霉菌和其他微生物，提高食糖的純度和酒類產(chǎn)品的清澈度，延長存放期。由于生物，提高食糖的純度和酒類產(chǎn)品的清澈度，延長存放期。由于是常

48、溫操作，不會(huì)使酒類產(chǎn)品變味。是常溫操作，不會(huì)使酒類產(chǎn)品變味。（5）藥物的除菌和除微粒。藥物的除菌和除微粒。以前藥物的滅菌主要采用熱壓法。以前藥物的滅菌主要采用熱壓法。但是熱壓法滅菌時(shí)，細(xì)菌的尸體仍留在藥品中。而且對(duì)于熱敏性但是熱壓法滅菌時(shí)，細(xì)菌的尸體仍留在藥品中。而且對(duì)于熱敏性藥物，如胰島素、血清蛋白等不能采用熱壓法滅菌。對(duì)于這類情藥物，如胰島素、血清蛋白等不能采用熱壓法滅菌。對(duì)于這類情況，微孔膜有突出的優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)過微孔膜過濾后，細(xì)菌被截留，無況，微孔膜有突出的優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)過微孔膜過濾后，細(xì)菌被截留，無細(xì)菌尸體殘留在藥物中。常溫操作也不會(huì)引起藥物的受熱破壞和細(xì)菌尸體殘留在藥物中。常溫操作也不會(huì)引起藥

49、物的受熱破壞和變性。變性。 許多液態(tài)藥物，如注射液、眼藥水等，用常規(guī)的過濾技術(shù)難許多液態(tài)藥物，如注射液、眼藥水等，用常規(guī)的過濾技術(shù)難以達(dá)到要求，必須采用微濾技術(shù)。以達(dá)到要求，必須采用微濾技術(shù)。4.2 超濾技術(shù)超濾技術(shù)1. 超濾和超濾膜的特點(diǎn)超濾和超濾膜的特點(diǎn) 超濾技術(shù)始于超濾技術(shù)始于 1861 年，其過濾粒徑介于微濾和反滲透之間，年，其過濾粒徑介于微濾和反滲透之間，約約510 nm，在，在 0.10.5 mpa 的靜壓差推動(dòng)下的靜壓差推動(dòng)下截留各種可溶性截留各種可溶性大分子大分子，如多糖、蛋白質(zhì)、酶等相對(duì)分子質(zhì)量大于，如多糖、蛋白質(zhì)、酶等相對(duì)分子質(zhì)量大于500的大分子的大分子及膠體，形成濃縮液

50、，達(dá)到溶液的凈化、分離及濃縮目的。及膠體，形成濃縮液，達(dá)到溶液的凈化、分離及濃縮目的。 超濾技術(shù)的核心部件是超濾技術(shù)的核心部件是超濾膜超濾膜，分離截留的原理為篩分，分離截留的原理為篩分，小于孔徑的微粒隨溶劑一起透過膜上的微孔，而大于孔徑的微小于孔徑的微粒隨溶劑一起透過膜上的微孔，而大于孔徑的微粒則被截留。膜上微孔的尺寸和形狀決定膜的分離效率。粒則被截留。膜上微孔的尺寸和形狀決定膜的分離效率。 超濾膜均為不對(duì)稱膜，形式有平板式、卷式、管式和中空纖超濾膜均為不對(duì)稱膜，形式有平板式、卷式、管式和中空纖維狀等。維狀等。 超濾膜的結(jié)構(gòu)一般由超濾膜的結(jié)構(gòu)一般由三層結(jié)構(gòu)三層結(jié)構(gòu)組成。組成。 即最上層的即最上

51、層的表面活性層表面活性層，致密而光滑，厚度為，致密而光滑，厚度為0.11.5 m，其中細(xì)孔孔徑一般小于其中細(xì)孔孔徑一般小于10nm； 中間的中間的過渡層過渡層，具有大于，具有大于10nm的細(xì)孔，厚度一般為的細(xì)孔，厚度一般為110 m； 最下面的最下面的支撐層支撐層，厚度為，厚度為50250 m，具有，具有50nm以上的孔。以上的孔。支撐層的作用為起支撐作用，提高膜的機(jī)械強(qiáng)度。支撐層的作用為起支撐作用，提高膜的機(jī)械強(qiáng)度。 膜的分離性能主要取決于表面活性層和過度層。膜的分離性能主要取決于表面活性層和過度層。中空纖維狀超濾膜的外徑為中空纖維狀超濾膜的外徑為0.52 m。特點(diǎn)是直徑小，。特點(diǎn)是直徑小，

52、強(qiáng)度高，不需要支撐結(jié)構(gòu)，管內(nèi)外能承受較大的壓力差。強(qiáng)度高，不需要支撐結(jié)構(gòu)，管內(nèi)外能承受較大的壓力差。此外，單位體積中空纖維狀超濾膜的內(nèi)表面積很大，能有此外，單位體積中空纖維狀超濾膜的內(nèi)表面積很大，能有效提高滲透通量。效提高滲透通量。制備超濾膜的材料主要有制備超濾膜的材料主要有聚砜、聚酰胺、聚丙烯腈和聚砜、聚酰胺、聚丙烯腈和醋酸纖維素醋酸纖維素等。超濾膜的工作條件取決于膜的材質(zhì)，如醋等。超濾膜的工作條件取決于膜的材質(zhì)，如醋酸纖維素超濾膜適用于酸纖維素超濾膜適用于ph = 38，三醋酸纖維素超濾膜適，三醋酸纖維素超濾膜適用于用于ph = 29，芳香聚酰胺超濾膜適用于，芳香聚酰胺超濾膜適用于ph =

53、 59，溫，溫度度040，而聚醚砜超濾膜的使用溫度則可超過，而聚醚砜超濾膜的使用溫度則可超過100。2. 超濾膜技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域超濾膜技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域 超濾膜的應(yīng)用也十分廣泛，在作為超濾膜的應(yīng)用也十分廣泛，在作為反滲透預(yù)處理、反滲透預(yù)處理、飲用水制備、制藥、色素提取、陽極電泳漆和陰極電飲用水制備、制藥、色素提取、陽極電泳漆和陰極電泳漆的生產(chǎn)、電子工業(yè)高純水的制備、工業(yè)廢水的處泳漆的生產(chǎn)、電子工業(yè)高純水的制備、工業(yè)廢水的處理理等眾多領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用。等眾多領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用。 超濾技術(shù)主要用于含分子量超濾技術(shù)主要用于含分子量500500,000的微粒溶的微粒溶液的分離，是目前應(yīng)用最廣的膜分離過程之

54、一，它的液的分離，是目前應(yīng)用最廣的膜分離過程之一，它的應(yīng)用領(lǐng)域涉及化工、食品、醫(yī)藥、生化等。主要可歸應(yīng)用領(lǐng)域涉及化工、食品、醫(yī)藥、生化等。主要可歸納為以下方面。納為以下方面。 （1）純水的制備。純水的制備。超濾技術(shù)廣泛用于水中的細(xì)菌、病超濾技術(shù)廣泛用于水中的細(xì)菌、病毒和其他異物的除去，用于制備高純飲用水、電子工毒和其他異物的除去，用于制備高純飲用水、電子工業(yè)超凈水和醫(yī)用無菌水等。業(yè)超凈水和醫(yī)用無菌水等。（2）食品工業(yè)中的廢水處理。食品工業(yè)中的廢水處理。在牛奶加工廠中用超濾在牛奶加工廠中用超濾技術(shù)可從乳清中分離蛋白和低分子量的乳糖。技術(shù)可從乳清中分離蛋白和低分子量的乳糖。（3）果汁、酒等飲料的消

55、毒與澄清。果汁、酒等飲料的消毒與澄清。應(yīng)用超濾技術(shù)可應(yīng)用超濾技術(shù)可除去果汁的果膠和酒中的微生物等雜質(zhì)，使果汁和酒除去果汁的果膠和酒中的微生物等雜質(zhì)，使果汁和酒在凈化處理的同時(shí)保持原有的色、香、味，操作方便，在凈化處理的同時(shí)保持原有的色、香、味，操作方便，成本較低。成本較低。（4）在醫(yī)藥和生化工業(yè)中用于處理熱敏性物質(zhì)。在醫(yī)藥和生化工業(yè)中用于處理熱敏性物質(zhì)。分分離濃縮生物活性物質(zhì)，從生物中提取藥物等。離濃縮生物活性物質(zhì)，從生物中提取藥物等。（5）汽車、家具等制品電泳涂裝淋洗水的處理。汽車、家具等制品電泳涂裝淋洗水的處理。汽汽車、家具等制品的電泳涂裝淋洗水中常含有車、家具等制品的電泳涂裝淋洗水中常含

56、有12的涂料（高分子物質(zhì)），用超濾裝置可分離出清的涂料（高分子物質(zhì)），用超濾裝置可分離出清水重復(fù)用于清洗，同時(shí)又使涂料得到濃縮重新用于水重復(fù)用于清洗，同時(shí)又使涂料得到濃縮重新用于電泳涂裝。電泳涂裝。（6）造紙廠的廢水處理。造紙廠的廢水處理。超濾膜截留分子量的確定超濾膜截留分子量的確定中空纖維超濾膜結(jié)構(gòu)中空纖維超濾膜結(jié)構(gòu)單內(nèi)皮層單內(nèi)皮層雙皮層雙皮層 超濾膜裝置超濾膜裝置4.3 反滲透技術(shù)反滲透技術(shù)1. 反滲透原理及反滲透膜的特點(diǎn)反滲透原理及反滲透膜的特點(diǎn) 滲透是自然界一種常見的現(xiàn)象。人類很早以前滲透是自然界一種常見的現(xiàn)象。人類很早以前就已經(jīng)自覺或不自覺地使用滲透或反滲透分離物就已經(jīng)自覺或不自覺地

57、使用滲透或反滲透分離物質(zhì)。目前，反滲透技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為一種普遍使用質(zhì)。目前，反滲透技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為一種普遍使用的現(xiàn)代分離技術(shù)。在海水和苦咸水的脫鹽淡化、超的現(xiàn)代分離技術(shù)。在海水和苦咸水的脫鹽淡化、超純水制備、廢水處理等方面，反滲透技術(shù)有其他方純水制備、廢水處理等方面，反滲透技術(shù)有其他方法不可比擬的優(yōu)勢(shì)。法不可比擬的優(yōu)勢(shì)。圖圖4 滲透與反滲透原理示意圖滲透與反滲透原理示意圖 滲透和反滲透的原理如下圖所示。滲透和反滲透的原理如下圖所示。如果用一張只能透過水而不能透過溶質(zhì)的半透如果用一張只能透過水而不能透過溶質(zhì)的半透膜將兩種不同濃度的水溶液隔開，水會(huì)自然地透過膜將兩種不同濃度的水溶液隔開，水會(huì)自然地

58、透過半透膜滲透從低濃度水溶液向高濃度水溶液一側(cè)遷半透膜滲透從低濃度水溶液向高濃度水溶液一側(cè)遷移，這一現(xiàn)象稱移，這一現(xiàn)象稱滲透滲透（圖（圖4a4a）。這一過程的推動(dòng)力。這一過程的推動(dòng)力是低濃度溶液中水的化學(xué)位與高濃度溶液中水的化是低濃度溶液中水的化學(xué)位與高濃度溶液中水的化學(xué)位之差，表現(xiàn)為水的滲透壓。學(xué)位之差，表現(xiàn)為水的滲透壓。 隨著水的滲透，高濃度水溶液一側(cè)的液面升高，隨著水的滲透，高濃度水溶液一側(cè)的液面升高，壓力增大。當(dāng)液面升高至壓力增大。當(dāng)液面升高至h時(shí)，滲透達(dá)到平衡，兩時(shí)，滲透達(dá)到平衡，兩側(cè)的壓力差就稱為側(cè)的壓力差就稱為滲透壓滲透壓（圖（圖4b）。滲透過程達(dá)到）。滲透過程達(dá)到平衡后，水不再

59、有滲透，滲透通量為零。平衡后，水不再有滲透，滲透通量為零。 如果在高濃度水溶液一側(cè)加壓，使高濃度水溶液如果在高濃度水溶液一側(cè)加壓，使高濃度水溶液側(cè)與低濃度水溶液側(cè)的壓差大于滲透壓，則高濃度側(cè)與低濃度水溶液側(cè)的壓差大于滲透壓，則高濃度水溶液中的水將通過半透膜流向低濃度水溶液側(cè)，水溶液中的水將通過半透膜流向低濃度水溶液側(cè)，這一過程就稱為這一過程就稱為反滲透反滲透（圖（圖4c）。）。 反滲透技術(shù)所反滲透技術(shù)所分離的物質(zhì)的分子量一般小于分離的物質(zhì)的分子量一般小于500，操作壓力為操作壓力為 2100mpa。 用于實(shí)施反滲透操作的膜為用于實(shí)施反滲透操作的膜為反滲透膜反滲透膜。反滲透膜。反滲透膜大部分為不對(duì)稱膜，大部分為不對(duì)稱膜，孔徑小于孔徑小于0.5nm，可截留溶質(zhì)分子。，可截留溶質(zhì)分子。 制備反滲透膜的材料主要有制備反滲透膜的材料主要有醋酸纖維素、芳香族聚醋酸纖維素、芳香族聚酰胺、聚苯并咪唑、磺化聚苯醚、聚芳砜、聚醚酮、酰胺、聚苯并咪唑、磺化聚苯醚、聚芳砜、聚醚酮、聚芳醚酮、聚四氟乙烯聚芳醚酮、聚四氟乙烯等。等。 反滲透膜的分離機(jī)理至今尚有許多爭論，主要有反滲透膜的分離機(jī)理至今尚有許多爭論，主要有氫鍵理論、選擇吸附氫鍵理論、選擇吸附-毛細(xì)管流動(dòng)理論、溶解擴(kuò)散理論毛細(xì)管流動(dòng)理論、溶解擴(kuò)散理論等。等。2. 反滲透與超濾、微孔過濾的比較反滲透與超濾、微孔過濾的比較 反滲透、超濾和微孔過濾都是以