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1、膜分離技術及應用1膜分離技術的簡介1.1膜分離的概念利用膜的選擇性（孔徑大?。?，以膜的兩側存在的能量差作為推動力，由于溶液中各組分透過膜的遷移率不同而實現分離的一種技術。膜分離的一般示意性圖見圖1。1.2膜的簡介在一種流體相間有一層薄的凝聚相物質，把流體相分隔開來成為兩部分，這一薄層物質稱為膜。膜本身是均一的一相或由兩相以上凝聚物構成的復合體。被膜分開的流體相物質圖1膜分離過程示意圖是液體或氣體。膜的厚度應在0.5mm以下，否則不能稱其為膜。1.2.1對于不同種類的膜都有一個基本要求：（1）耐壓：膜孔徑小，要保持高通量就必須施加較高的壓力，一般
2、模操作的壓力范圍在0.1~0.5Mpa，反滲透膜的壓力更高，約為1~10MPa（2）耐高溫：高通量帶來的溫度升高和清洗的需要（3）耐酸堿：防止分離過程中，以及清洗過程中的水解；（4）化學相容性：保持膜的穩(wěn)定性；（5）生物相容性：防止生物大分子的變性；（6）成本低。1.2.2膜的分類按孔徑大小：微濾膜、超濾膜、反滲透膜、納濾膜按膜結構：對稱性膜、不對稱膜、復合膜按材料分：有機高分子（天然高分子材料膜、合成高分子材料膜）膜、無機材料膜1.2.3各種膜材料（1）天然高分子材料膜12主要是纖維素的衍生物，有醋酸纖維、硝酸纖維和再生纖維素等。其中醋酸纖維
3、膜的截鹽能力強，常用作反滲透膜，也可用作微濾膜和超濾膜。醋酸纖維膜使用最高溫度和pH范圍有限，一般使用溫度低于45~50℃，pH3~8。再生纖維素可制造透析膜和微濾膜。（2）合成高分子材料膜市售膜的大部分為合成高分子膜，種類很多，主要有聚砜、聚丙烯腈、聚酰亞胺、聚酰胺、聚烯類和含氟聚合物等。其中聚砜是最常用的膜材料之一，主要用于制造超濾膜。聚砜膜的特點是耐高溫(一般為70~80℃，有些可高達125℃)，適用pH范圍廣(pH=l~13)，耐氯能力強，可調節(jié)孔徑范圍寬(1~20nm)。但聚砜膜耐壓能力較低，一般平板膜的操作壓力權限為0.5~1.0M
4、Pa。聚酰胺膜的耐壓能力較高，對溫度和pH都有很好的穩(wěn)定性，使用壽命較長，常用于反滲透。（3）無機（多孔）材料膜主要有陶瓷、微孔玻璃、不銹鋼和碳素等。目前實用化的無機膜主要有孔徑0.1μm以上的微濾膜和截留相對分子質量l0kD以上的超濾膜，其中以陶瓷材料的微濾膜最為常用。多孔陶瓷膜主要利用氧化鋁、硅膠、氧化鋯和鈦等陶瓷微粒燒結而成，膜厚方向不對稱。無機膜的特點是機械強度高，耐高溫、耐化學試劑和耐有機溶劑，但缺點是不易加工，造價較高。另一類無機微濾膜為動態(tài)膜(dynamicmembrane)，是將含水金屬氧化物(如氧化鋯)等膠體微?；蚓郾┧岬瘸?/p>
5、積在陶瓷管等多孔介質表面形成的膜，其中沉積層起篩分作用。動態(tài)膜的特點是透過通量大，通過改變pH值容易形成或除去沉積層，因此清洗比較容易，但缺點是穩(wěn)定性較差。1.3膜分離過程的種類12種類膜的功能分離驅動力透過物質被截流物質微濾多孔膜、溶液的微濾、脫微粒子壓力差水、溶劑和溶解物懸浮物、細菌類、微粒子、大分子有機物超濾脫除溶液中的膠體、各類大分子壓力差溶劑、離子和小分子蛋白質、各類酶、細菌、病毒、膠體、微粒子反滲透和納濾脫除溶液中的鹽類及低分子物質壓力差水和溶劑無機鹽、糖類、氨基酸、有機物等透析脫除溶液中的鹽類及低分子物質濃度差離子、低分子物、酸、
6、堿無機鹽、糖類、氨基酸、有機物等電滲析脫除溶液中的離子電位差離子無機、有機離子滲透氣化溶液中的低分子及溶劑間的分離壓力差、濃度差蒸汽液體、無機鹽、乙醇溶液氣體分離氣體、氣體與蒸汽分離濃度差易透過氣體不易透過液體見表1表1膜分離的種類及特點圖中分別給出了按分離原理和按被分離物質的大小區(qū)分的分離膜種類，從中可以看出，除了透析膜主要用于醫(yī)療用途以外，幾乎所有的分離膜技術均可應用于任何分離、提純和濃縮領域。反滲透和納濾作為主要的水及其它液體分離膜之一，在分離膜領域內占重要地位。2膜的制備方法2.1高分子膜的制備用物理化學方法或將兩種方法結合，可制作具有
7、良好分離性能的高分子膜。最實用的方法是相轉化法和復合膜法。相轉化法是指用溶劑，溶脹劑與高分子膜材料制成鑄膜液，刮制成膜后，通過L-S法，熱凝膠法，溶劑蒸發(fā)法，水蒸氣吸入法等使均相的高分子溶液沉淀轉化為兩相，一相為固相，一相為液相。一般，沉淀速度越快，形成的孔就越小；反之，沉淀速度越慢，形成的孔就越大。由于膜表面溶液沉淀速度較膜內部快，于是可得到較致密的表皮層和較疏松的支撐層，成為非對稱膜。因制膜過程中發(fā)生著從液相轉化為固相的過程，故稱為轉化法。其他制備高分子膜的方法包括定向拉伸法、核徑跡法、熔融擠壓法、溶出法等。復合膜常用的制備方法有溶液浸涂或
8、噴涂、界面聚合、原位聚合、等離子聚合、水面展開法等。2.2無機膜的制備主要有燒結法、溶膠-凝膠法、化學提取法、高溫分解法和一些專門方法（化學氣相沉淀法
