我國膜分離技術綜述
行業(yè)動態(tài)
膜分離技術的條件是具備選擇透過性的膜，膜有氣相膜、液相膜、固相膜和復合膜，工業(yè)上應用較多的為固相膜。膜分離具有高分離、低能耗、無相變、無二次污染、設備穩(wěn)定、操作簡單等特點，且逐漸代替了傳統(tǒng)的分離技術。我國膜分離技術的研究開發(fā)時間較短，但因良好的分離性能以及較低的成本等特點，受到各企業(yè)以及 的采納與重視，因此在工業(yè)領域中占有重要地位。
1 膜分離技術的原理
使用天然或人工合成的高分子膜，在外界推動力（壓力差、電勢差、濃度差、化學位差）的條件下，依靠膜的選擇透過性的特點，小分子物質(zhì)能夠自由通過半透膜，對于大分子物質(zhì)，選擇性膜不對其有透過性而被截留下來，從而完成對多組分中的物質(zhì)進行分離、提純、濃縮的目的。
2 膜分離技術的分類及應用
根據(jù)傳質(zhì)驅(qū)動力的不同，將膜分離方式分為微濾、超濾、納濾、反滲透、電滲析、透析和滲透，其中微濾、超濾、納濾及反滲透的推動力為壓力差，但壓力差的大小不同，其中反滲透所需的壓力差較大，其次為納濾、超濾，所需壓力差較小的為微濾；電滲析、透析和滲透的推動力依次為電位差、濃度差、化學位差。目前在工業(yè)領域中較為常用的膜分離技術為微濾、超濾、納濾、反滲透及電滲析，因此本文主要介紹這五種膜分離技術。
2.1 微濾膜分離
利用孔徑為0.1-10μm的對稱微孔膜，在以壓力差為傳質(zhì)驅(qū)動力的條件下，過濾含高分子量或細微粒子的溶液，達到與溶液分離的目的，壓力差范圍為50-100KPa，其傳質(zhì)分離機理為篩分截留效應，透過微濾膜的物質(zhì)可以為溶液與氣體，被截留的物質(zhì)一般為微粒、大分子溶質(zhì)及懸浮物質(zhì)（如細菌）?；谖V膜的特性，微濾膜分離技術主要用于從液相或者氣相中截留細小粒子、菌體及其他懸浮性污染物，達到分離與凈化的目的。目前，微濾膜分離技術應用于食品工業(yè)、生物工業(yè)和水處理領域，在乳清分離、果汁和白酒的澄清、處理含油廢水等中產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟與環(huán)境效益。
2.2 超濾膜分離
超濾膜分離與微濾膜分離的過程和原理類似，所不同的是工業(yè)領域中超濾膜分離采用10-1-10-3μm的非對稱膜，壓力差范圍為100-1000KPa，其傳質(zhì)分離機理為篩分截留效應，透過超濾膜的為溶劑和小分子物質(zhì)，被截留的為生物大分子物質(zhì)（脂類、核酸等）及膠體物質(zhì)。由于超濾膜所具有的特殊膜結(jié)構(gòu)，使其在分離過程中不易引起膜孔及膜面的堵塞，減少了膜清洗產(chǎn)生的費用，提高了超濾膜的使用壽命。
在超濾膜使用過程中容易產(chǎn)生膜污染現(xiàn)象，不僅會增加生產(chǎn)成本，而且降低了膜的分離效率，超濾膜分離技術的推廣與應用受到限制。目前解決超濾膜污染的方法主要是對超濾膜表面進行改性，采用在疏水性表面引入親水性基團的方法，使膜表面同時具有親水性與疏水性，可明顯降低產(chǎn)生膜污染的幾率。超濾膜分離技術主要應用于醫(yī)藥、食品、生物與水處理領域，可用于分離提純醫(yī)藥制品與生物制品，還應用于純水的制備，以及在處理紡織工業(yè)與造紙工業(yè)廢水中有較好的前景。
2.3 納濾膜分離
利用非對稱膜或復合膜，在壓力差范圍為0.5-1MPa作為推動力的條件下，能夠截留溶液中粒徑為納米級的顆粒物質(zhì)的膜分離技術。其傳質(zhì)機理為溶解擴散與Donna效應，透過納濾膜的為溶劑與低價小分子物質(zhì)，可以截留粒徑為小于1nm的溶質(zhì)粒子，截留一價離子的能力較弱，而截留二價或更高價態(tài)離子的能力較強。
納濾膜分離技術是在反滲透膜分離的基礎上發(fā)展起來的，但其作用介于反滲透與超濾膜分離，同時還存在著溶解擴散效應，對有機廢水中的小分子量物質(zhì)有較好的去除效果，且不產(chǎn)生二次污染，能耗低，不影響分離物質(zhì)的原有性質(zhì)?；谏鲜鰞?yōu)點，納濾膜分離技術主要應用于食品工業(yè)、制藥工業(yè)、石油化工及水處理領域，在酵母的生產(chǎn)、分離多肽與氨基酸、含無機鹽與有機物的混合廢水的處理與回收等方面有著顯著的分離效果。
2.4 反滲透膜分離
反滲透膜分離作為基礎進行研究與開發(fā)，發(fā)展出納濾膜分離，但在某些方面不同于納濾膜分離。反滲透膜分離以壓力差范圍為0.1-10MPa作為傳質(zhì)驅(qū)動力，當在溶液側(cè)所施加外壓大于滲透壓時，溶劑分子會由純?nèi)軇﹤?cè)向溶液側(cè)變?yōu)橛扇芤簜?cè)向純?nèi)軇﹤?cè)進行流動。透過反滲透膜的大多數(shù)為溶劑，截留物質(zhì)一般為溶液或懸浮物質(zhì)、無機離子、大分子溶質(zhì)，理論上能夠截留相對分子量大于18的分子。
在進行反滲透膜分離操作前，對原料液要進行預處理，一般采用微濾或者超濾的預處理方法去除原料液中的微小離子，以免對反滲透膜產(chǎn)生損害。目前反滲透膜分離主要應用于海水的脫鹽淡化、廢水處理和純水的制備，以及食品工業(yè)中低分子溶液的濃縮和生物制劑的分離等。
2.5 電滲析膜分離
離子交換膜作為分離膜，在直流電場的作用下，電解質(zhì)溶液中陰陽離子沿不同方向進行離子遷移，并選擇性的通過離子交換膜，從而達到將溶液中的陰陽離子分離的目的。陰離子交換膜含有帶正電荷的活性交換基團，多為季銨型離子形成的基團，陽離子交換膜含有帶負電荷的活性交換基團，多為磺酸基形成的基團。其傳質(zhì)機理為離子遷移，所截留物質(zhì)為非離子與大分子化合物等。
為提高工作效率，一臺電滲析設備可由十幾對或者上百對陰陽離子交換膜組成，且兩種膜交替排列，濃縮室溶液因離子遷入使離子濃度升高形成濃縮液，淡化室溶液因離子遷出使離子濃度降低形成淡化液。電滲析能夠使離子進行遷移從而達到去除的效果，因此主要應用于水的純化、海水濃縮制鹽、工業(yè)廢水中重金屬離子的回收，以及食品和制藥工業(yè)中脫除離子，如牛乳脫鹽制奶粉、果汁脫酸等。
3 展望
如今，膜分離技術因其低成本、低能耗、高效率、無污染、綠色環(huán)保的優(yōu)越性能，逐漸緩解了人們由于資源緊張、環(huán)境污染所帶來的困擾，因而受到 各國的青睞與注重。目前我國膜分離技術已經(jīng)獲得前所未有的進步，在工業(yè)應用中的設備與工藝流程也日趨完善，膜分離產(chǎn)品也日益增多，但由于開發(fā)起步晚，總體上處于上升發(fā)展階段，還存在著不足之處，與其他 的 水平存在著較大差距，需要研究人員進一步的研究開發(fā)與完善，使膜分離技術不斷發(fā)展與應用，促進我國經(jīng)濟的發(fā)展與環(huán)境的改善。
