無機(jī)膜與有機(jī)膜的一些性能比較

無機(jī)膜與有機(jī)膜楊彬彬一、膜的發(fā)展史

膜分離現(xiàn)象的揭示可以追溯到200多年以前。1748年阿培諾來發(fā)現(xiàn)動(dòng)物膀胱里充滿酒精，然后浸入水中，膀胱就逐漸脹大，甚至破裂。相反，膀胱中充滿水，再把它浸入酒精中，則情況相反，膀胱中的水會(huì)向外滲透，膀胱收縮。還發(fā)現(xiàn)，凡是和膀胱同類性質(zhì)的薄膜，都具有這種滲透功能。又經(jīng)過100多年，于1886年范特荷甫從現(xiàn)象提高到理論，歸納了范特荷甫滲透定律（對稀溶液來說，滲透壓與溶液的濃度和溫度成正比，它的比例常數(shù)就是氣體狀態(tài)方程式中的常數(shù)R

）。但膜分離技術(shù)在工業(yè)上獲得重要應(yīng)用并取得高速發(fā)展卻是近四、五十年的事。膜分離的關(guān)鍵是膜材料。根據(jù)成膜材料不同，膜技術(shù)可分為有機(jī)膜和無機(jī)膜兩大類，其中，有機(jī)膜也稱為高分子分離膜。國際上無機(jī)膜的研制起始于20世紀(jì)40年代，在上世紀(jì)上半葉，高分子膜和電滲析膜的研發(fā)應(yīng)用占據(jù)很大比重，而無機(jī)膜主要用于早期核工業(yè)燃料鈾的濃縮工藝。至上世紀(jì)80年代才由于其獨(dú)特性能得以在更廣泛的領(lǐng)域發(fā)展起來。經(jīng)過50多年的發(fā)展，我國膜產(chǎn)業(yè)已經(jīng)步入快速成長期。超濾、微濾、反滲透等膜技術(shù)在能源電力、有色冶金、海水淡化、給水處理、污水回用及醫(yī)藥食品等領(lǐng)域的工程應(yīng)用規(guī)模迅速擴(kuò)大，多個(gè)具有標(biāo)志性意義的大型膜法給水工程、污水回用工程及海水淡化工程已經(jīng)相繼建成。我國膜產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值已經(jīng)從1994年2億元上升到2011年近400億元。解體前的蘇聯(lián)十分重視無機(jī)剛性膜的開發(fā)與研究，它有著廣闊的開發(fā)前景。當(dāng)時(shí)有學(xué)者預(yù)言，雖然它的制造成本要比目前常用的高分子膜貴2~4倍，但未來的無機(jī)膜將取代大部分有機(jī)高分子聚合膜。這是膜材料的發(fā)展趨勢。也可以稱無機(jī)膜為“未來膜”，這是因?yàn)闊o機(jī)膜具有有高分子膜無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。二、無機(jī)膜與有機(jī)膜的一些性能比較1、材質(zhì)特點(diǎn)根據(jù)相似相容原理，一般的有機(jī)膜材料與大多數(shù)有機(jī)溶劑有機(jī)污染物等均具有非極性或弱極性特點(diǎn)，這就造成未經(jīng)改性處理的有機(jī)膜易受到有機(jī)料液和化學(xué)試劑吸附侵蝕甚至溶解，影響到膜抗污能力分離效果和適用范圍，降低使用壽命。雖然隨著有機(jī)膜制備技術(shù)的不斷改進(jìn)，多種工程高分子膜表現(xiàn)出非疏水性或親水性，對反應(yīng)體系污染程度和pH值等具有較寬的適應(yīng)范圍。但是，仍無法比擬無機(jī)膜。與有機(jī)膜相比，無機(jī)膜的材質(zhì)特點(diǎn)及優(yōu)良性能主要體現(xiàn)在：（1）優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性；（2）溫度適用范圍廣；（3）耐污染能力強(qiáng)，由于無機(jī)材料具有較強(qiáng)極性，使油類蛋白等非極性污染物對膜表面與膜孔內(nèi)部的粘附功較?。唬?）機(jī)械強(qiáng)度高，更適用于高黏度高固含量含硬性顆粒的復(fù)雜流體物料的分離，對物料的預(yù)處理要求相對較低；（5）分離效率高，孔徑分布窄和非對稱膜結(jié)構(gòu)可顯著提高對特征污染物或特定分子量范圍溶質(zhì)的去除率；（6）易于實(shí)現(xiàn)膜再生，無機(jī)膜元件使用壽命長達(dá)有機(jī)高分子膜的3~5倍以上。2、應(yīng)用領(lǐng)域膜分離技術(shù)廣泛應(yīng)用于石油化工生物醫(yī)藥食品加工和環(huán)保工程等眾多領(lǐng)域，但由于膜特性的區(qū)別，有機(jī)膜適用范圍往往局限于濃度較低或微污染等相對簡單的反應(yīng)體系中當(dāng)原料體系具有強(qiáng)酸強(qiáng)堿強(qiáng)腐蝕性高溫及高濃度有機(jī)溶劑的污染特征時(shí)，有機(jī)膜易發(fā)生膜孔堵塞且難以恢復(fù)，與高腐蝕性物料通過化學(xué)反應(yīng)會(huì)大幅度縮減使用壽命，溶于有機(jī)廢液后還將引入二次污染問題。反觀析無機(jī)血膜分非離技躍術(shù)，銹無機(jī)釣?zāi)は捣澜y(tǒng)具查有較符高的球膜滲鵝透通軋量及博分離罰效率事，在筋受到君高濃絹度物體料污伍染后劍可采扔用多冠種化存學(xué)清暖洗劑在進(jìn)行生正向厭清洗護(hù)和反寸向脈凈沖在滑線清框洗，病或進(jìn)猜行高雁溫消插毒清拆除生拔物型候污染缺物，憑同時(shí)叛具備廳回收朝酸堿險(xiǎn)高腐亡蝕性極物料短表面侍活性性劑重授金屬照離子壘以及小熱能岔的功倡能特抓點(diǎn)，渣可顯預(yù)著降冷低資去源和醫(yī)能源甜消耗閑。3、過痕濾方節(jié)式膜工并藝過跟濾方滑式基趟本可恩分為賽死端大過濾罪和錯(cuò)瓣流過坡濾。由于從錯(cuò)流晌過濾謎操作誼比膜搖過濾導(dǎo)消耗州更多著的單進(jìn)位濾棚液能敬耗，夕較高路的膜望面流獸速會(huì)版在一欲定程緒度上碌消減召膜污腿染程符度，警且無倆機(jī)膜劃往往唐具備躬更高蠶的過午濾操紹作壓躺力和駱反沖輝洗壓離力，蔬所以悉無機(jī)絞膜過莫濾效耐果會(huì)攝好一俘點(diǎn)。4、經(jīng)度濟(jì)成贏本從投航資成僑本來乞看，療相同渡處理挎規(guī)模提的國倦產(chǎn)無從機(jī)膜協(xié)比國章產(chǎn)有企機(jī)膜閥造價(jià)騾偏高行，但煌考慮勝到無務(wù)機(jī)膜風(fēng)在苛痕刻處餡理?xiàng)l巡壽件下德的廣區(qū)泛適教用性省及更肉長的堤使用墊壽命鞭，故才國產(chǎn)須無機(jī)姻膜在技投資袍成本吩方面出與國木產(chǎn)有拒機(jī)膜鋒相差怨不多伶。哄對于墓膜系渴統(tǒng)運(yùn)過行成堂本，描由于碎錯(cuò)流浩過濾民操作冠比死濁端過緒濾消宿耗更肅多的泳單位辯濾液殊能耗牧，較懷高的露膜面慶流速為會(huì)在樸一定極程度秩上消紐奉減膜應(yīng)污染暮程度硬，且咳無機(jī)舅膜往盯往具扭備更盼高的減過濾討操作諷壓力盈和反搭沖洗省壓力溪，因雅此，錫無機(jī)柿膜系顛統(tǒng)的輝單位查處理郵成本愧一般西不低駛于或裙略高姿于有怨機(jī)膜央分離該系統(tǒng)湊。5、膜意的保茄存條微件保存商條件勵(lì)是影驗(yàn)響膜覽元件師使用閘壽命懷的重漂要因色素之你一，葛無機(jī)世膜和歷有機(jī)繭膜在庸保養(yǎng)召方法品上存拋在較蹈大差喝異。淋無機(jī)普陶瓷綢膜管憑應(yīng)進(jìn)勇行干腹態(tài)保旦存，路放置糖在陰忙涼干梁燥通脊風(fēng)的煎環(huán)境收中，追在保甩存及瘡運(yùn)輸診過程穗中應(yīng)標(biāo)防止鉆碰撞京有機(jī)移膜可流進(jìn)行牛濕法罰保存食和干慣法保埋存，獨(dú)主要趴目的駛是防底止膜崗水解撥、微殿生物顯滋生妖及膜摧收縮吩變形拆等。潑相比蝴較而螺言，急無機(jī)塵膜保雜存方普式較撤為簡涼便，顧不會(huì)米受到杜膜體洞水解導(dǎo)微生些物侵矛蝕等永危害杰，而石有機(jī)腫膜對坡存儲(chǔ)忍溫度嘗、相嶄對濕擔(dān)度、pH值以筆及濕你膜轉(zhuǎn)群為干潮法保旗存的習(xí)處理拼方法潮均具躁有較石嚴(yán)格牽的要叉求。6、膜鴉污染舍控制電方法皮比較（1）原拔料液借預(yù)處萌理無機(jī)被膜對她原料賴液進(jìn)巷行預(yù)治處理密的目呀的在穗于去拾除大紅粒徑錢懸浮鉛物和列硬性芒顆粒杏，使司微小嚷懸浮賠物和杠溶解撞性污即染物殲生成暢易碎煤而無犬黏聚秋力的批絮凝孟物，攪而有指機(jī)膜拘預(yù)防茄污染按的特?cái)偸庑耘阍谟谧卜乐棺屇さ囊m生物漆性劣房誠化防石止料脂液溫串度和pH值超定出適吩當(dāng)范材圍等童。（2）膜麥面改衣性與槐修飾通過笛采取石各種家方法且形成五親水穩(wěn)性的鏈聚合劍物表顏面，目削弱辮膜表癢面結(jié)鐵構(gòu)對拼蛋白碼質(zhì)、疊油類攝、菌清體等訓(xùn)污染先物的棍吸附請作用饅。在文無機(jī)棄膜領(lǐng)烘域，跳一方救面選格用Ti績O2、Zr貍O2等具閃有催砍化活曠性和窮親水宿特質(zhì)列的成挖膜改事性材捕料提愉高膜筆分離腰性能攤，另延一方丈面無唐機(jī)膜邪表面攏的官沃能團(tuán)均可與定其他得官能漸團(tuán)、燃高分短子鏈赴接或課反應(yīng)暴而得信到修駛飾；多與無鐮機(jī)膜等面改孫性不填同的撓是，振高能研射線固輻射腦接枝貴可通搏過紫盆外光雅、等胡離子沿體使臭有機(jī)腐膜分唉子發(fā)欣生氧古化、控刻蝕摘、裂貴解、座交聯(lián)爬等作袋用，身在不哈改變玩截流點(diǎn)率的怎條件愉下增邪加膜袖透水射性和且耐污窄染性妖能。（3）膜遺組件如及流舉道設(shè)械計(jì)和策優(yōu)化通過劃改變俯進(jìn)料度液的稠流動(dòng)導(dǎo)狀態(tài)景形成嶺良好未的操疊作條聽件、我改善錫膜分泳離效咳率和下減小陳膜過皮程污療染，狀常采翠用自方然對徒流、震紊流嚷、脈王沖流洗、螺遙旋流暮等流噴動(dòng)狀王態(tài)部閘分有雁機(jī)膜叛類型艷（如荒板式醫(yī)膜、悶中空武纖維歐膜）意在設(shè)茫計(jì)動(dòng)晨態(tài)膜丙結(jié)構(gòu)辛、改書變流計(jì)道形脂狀和類加設(shè)狼激湍取構(gòu)件犁時(shí)存俯在困總難，虹而管懇式陶餅瓷膜袍卻非疤常適賴合組賓件和障流道按方面谷的優(yōu)傻化設(shè)嫂計(jì)。7、膜默再生熱和清決洗方誦法比鍛較膜的侮使用治壽命翅不僅懼指膜圍的微戀觀形脊貌和懇機(jī)械剪構(gòu)造疾保持迅完好衡，更代重要吵的是斧指膜寺的有臭效過帥濾時(shí)幅間。攔膜再騾生和旅清洗刪方法擱基本罪可分熊為物遣理清懷洗和?；瘜W(xué)窯清洗司兩大魯類，流前者典包括艷正反延雙向脹清洗魯、氣竭液混境洗、憂脈沖斯清洗立、靜虧置浸淺泡、念機(jī)械努刮除塵等，繭后者辛涉及父的清嘴洗劑緒包括召強(qiáng)酸剩、強(qiáng)塌堿、此有機(jī)筋酸、雹表面局活性謊劑、非強(qiáng)氧婦化劑繁、配炮位劑刮和酶拘清洗猛劑等掉，不塊同種減類的噴清洗尖劑具躲有相水應(yīng)的傘去除竊機(jī)理猶和作和用效順果。疾無機(jī)竟膜在溉強(qiáng)化農(nóng)學(xué)清累洗的達(dá)條件打下通竊常可祝以達(dá)唱到70五%~桌90假%的再文生效峽率，攜而有度機(jī)膜史需根個(gè)據(jù)膜畜材料的的耐單受能總力選馳擇適女當(dāng)強(qiáng)霞度的俯清洗糊劑和永清洗靜方式劈燕。在膜荷清洗庸操作辨條件池方面素，兩矮大類筆膜有誓所區(qū)群別并闖由此鬼導(dǎo)致爺對膜糞清洗求效果鹿產(chǎn)生段不同幕程度榮的影柏響。扯無機(jī)主膜的利高機(jī)督械強(qiáng)繪度使邪其可堆采用魂較高露的跨抹膜壓派差（TM至P）進(jìn)句行膜廢清洗怨，有嫁研究刻表明歉，TM彼P在一轎定范咳圍內(nèi)魚升高詳會(huì)使諒膜通毅量隨識之增尼加，逝但過香高的TM斷P使得季膜面始污染青層受慕滲透墾曳力桂壓縮鎖而致鞏密，湊繼而流造成麥滲透溝通量拌下降詞。有渡機(jī)膜陵清洗蕩應(yīng)在集較低救的操衡作壓捷力（0.批1謹(jǐn)MP臨a左右太）下博進(jìn)行劇，以蜂免引診起膜索絲斷賺裂等界膜結(jié)膽構(gòu)損槍壞。直作為緞無機(jī)沖膜清擋洗獨(dú)城特的禁方法址之一丸，熱懼清洗升（可會(huì)達(dá)13兵0℃）甚漂至高貞溫灼謎燒（意可耐25席0℃）可姜以對掃膜面元附著準(zhǔn)的細(xì)破菌、宮蛋白范等生軍物質(zhì)友型污玻染物祖進(jìn)行彎徹底來消毒或和清案除，殺但應(yīng)嚼考慮甲膜組跑件密牢封材根料的盡耐熱牢性能洪和受周熱形喪變匹寬配等康問題傳。8、其他仔性能夕比較在裝英填密她度和多占地和面積內(nèi)大小滾方面昨，有份機(jī)膜疼具有賺較為挖顯著乒的優(yōu)僅勢，彼尤其莊是常享見的總平板食式膜德、卷貍式膜幫、中粗空纖嘩維膜加等，略裝填扇密度著范圍潔可達(dá)拋到50毅0~微30礎(chǔ)00泳0困m2/m3。但咽無機(jī)領(lǐng)膜在涌這方輩面就罰遜色陣了。務(wù)對于凝已達(dá)舞到使岔用壽姐命或濟(jì)失去嗽分離郊功能撇的離村子交嘗換膜忌、反攔滲透疲膜等刺有機(jī)跳膜元濫件，清國內(nèi)別已有悅研究疊者在得廢棄蜻膜材臭料回臟用或壟高等濤級膜么的低亦端化到應(yīng)用供方面疊進(jìn)行帽研發(fā)好和市拉場開刺拓。素關(guān)于警廢棄握無機(jī)休膜的肢回用桃尚未影見到利相關(guān)遷報(bào)道庫。三、挪小結(jié)由以仆上的沫比較導(dǎo)可知瘋，無址機(jī)膜牧有它笨更多風(fēng)有機(jī)除膜不系具備御的特跑點(diǎn)。囑目前侄，國飯際上照的無捉機(jī)膜乞技術(shù)絞產(chǎn)業(yè)游已初冶具規(guī)罷模，狹隨著釀無機(jī)姐膜在增新的或領(lǐng)域煎（如限燃料可電池鴿膜催述化反鋼應(yīng)器袋）中旺的應(yīng)臂用，凈市場住份額解必然王會(huì)有版所增呆加。垂世界劇各國途都對慘無機(jī)與膜的否研究皮及應(yīng)鎮(zhèn)用技銀術(shù)開稻發(fā)給侄予了剛很大釣的重玻視，痰將其飲作為瓜一門佛新興友的高堡技術(shù)徒前沿響學(xué)科費(fèi)進(jìn)行炭研究玩。隨著廳催化偶、生仁物技尖術(shù)在慘解決紡全球巧經(jīng)濟(jì)姿可持研續(xù)發(fā)隱展中槍發(fā)揮徐著越面來越跨重要矛的作競用，共尤其你是對凱環(huán)境應(yīng)生態(tài)攪保護(hù)纏、高謝效能雨源與善資源問優(yōu)化軌利用反及改甲善人多類健旬康與碰生活乳質(zhì)量拉的重蒙大作受用，嶼無機(jī)貢膜技魚術(shù)的旨研究鐘將會(huì)狗受到影更廣殊泛的舍重視,并在汽更多逢領(lǐng)域快得到岡應(yīng)用牌。當(dāng)撞然隨御著膜敗技術(shù)打的發(fā)復(fù)展，血高分徒子有章機(jī)膜個(gè)有它華可觀賣的一混面，