我國(guó)膜分離技術(shù)綜述
行業(yè)動(dòng)態(tài)
膜分離技術(shù)的條件是具備選擇透過(guò)性的膜，膜有氣相膜、液相膜、固相膜和復(fù)合膜，工業(yè)上應(yīng)用較多的為固相膜。膜分離具有高分離、低能耗、無(wú)相變、無(wú)二次污染、設(shè)備穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，且逐漸代替了傳統(tǒng)的分離技術(shù)。我國(guó)膜分離技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)時(shí)間較短，但因良好的分離性能以及較低的成本等特點(diǎn)，受到各企業(yè)以及 的采納與重視，因此在工業(yè)領(lǐng)域中占有重要地位。
1 膜分離技術(shù)的原理
使用天然或人工合成的高分子膜，在外界推動(dòng)力（壓力差、電勢(shì)差、濃度差、化學(xué)位差）的條件下，依靠膜的選擇透過(guò)性的特點(diǎn)，小分子物質(zhì)能夠自由通過(guò)半透膜，對(duì)于大分子物質(zhì)，選擇性膜不對(duì)其有透過(guò)性而被截留下來(lái)，從而完成對(duì)多組分中的物質(zhì)進(jìn)行分離、提純、濃縮的目的。
2 膜分離技術(shù)的分類(lèi)及應(yīng)用
根據(jù)傳質(zhì)驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)力依次為電位差、濃度差、化學(xué)位差。目前在工業(yè)領(lǐng)域中較為常用的膜分離技術(shù)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(shù)。
2.1 微濾膜分離
利用孔徑為0.1-10μm的對(duì)稱(chēng)微孔膜，在以壓力差為傳質(zhì)驅(qū)動(dòng)力的條件下，過(guò)濾含高分子量或細(xì)微粒子的溶液，達(dá)到與溶液分離的目的，壓力差范圍為50-100KPa，其傳質(zhì)分離機(jī)理為篩分截留效應(yīng)，透過(guò)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(xì)菌）?；谖V膜的特性，微濾膜分離技術(shù)主要用于從液相或者氣相中截留細(xì)小粒子、菌體及其他懸浮性污染物，達(dá)到分離與凈化的目的。目前，微濾膜分離技術(shù)應(yīng)用于食品工業(yè)、生物工業(yè)和水處理領(lǐng)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(jì)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(guò)程和原理類(lèi)似，所不同的是工業(yè)領(lǐng)域中超濾膜分離采用10-1-10-3μm的非對(duì)稱(chēng)膜，壓力差范圍為100-1000KPa，其傳質(zhì)分離機(jī)理為篩分截留效應(yīng)，透過(guò)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(lèi)、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(guò)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(fèi)用，提高了超濾膜的使用壽命。
在超濾膜使用過(guò)程中容易產(chǎn)生膜污染現(xiàn)象，不僅會(huì)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(shù)的推廣與應(yīng)用受到限制。目前解決超濾膜污染的方法主要是對(duì)超濾膜表面進(jìn)行改性，采用在疏水性表面引入親水性基團(tuán)的方法，使膜表面同時(shí)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(shù)主要應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、生物與水處理領(lǐng)域，可用于分離提純醫(yī)藥制品與生物制品，還應(yīng)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(duì)稱(chēng)膜或復(fù)合膜，在壓力差范圍為0.5-1MPa作為推動(dòng)力的條件下，能夠截留溶液中粒徑為納米級(jí)的顆粒物質(zhì)的膜分離技術(shù)。其傳質(zhì)機(jī)理為溶解擴(kuò)散與Donna效應(yīng)，透過(guò)納濾膜的為溶劑與低價(jià)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(jià)離子的能力較弱，而截留二價(jià)或更高價(jià)態(tài)離子的能力較強(qiáng)。
納濾膜分離技術(shù)是在反滲透膜分離的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，但其作用介于反滲透與超濾膜分離，同時(shí)還存在著溶解擴(kuò)散效應(yīng)，對(duì)有機(jī)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(diǎn)，納濾膜分離技術(shù)主要應(yīng)用于食品工業(yè)、制藥工業(yè)、石油化工及水處理領(lǐng)域，在酵母的生產(chǎn)、分離多肽與氨基酸、含無(wú)機(jī)鹽與有機(jī)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(chǔ)進(jìn)行研究與開(kāi)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(dòng)力，當(dāng)在溶液側(cè)所施加外壓大于滲透壓時(shí)，溶劑分子會(huì)由純?nèi)軇﹤?cè)向溶液側(cè)變?yōu)橛扇芤簜?cè)向純?nèi)軇﹤?cè)進(jìn)行流動(dòng)。透過(guò)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(wú)機(jī)離子、大分子溶質(zhì)，理論上能夠截留相對(duì)分子量大于18的分子。
在進(jìn)行反滲透膜分離操作前，對(duì)原料液要進(jìn)行預(yù)處理，一般采用微濾或者超濾的預(yù)處理方法去除原料液中的微小離子，以免對(duì)反滲透膜產(chǎn)生損害。目前反滲透膜分離主要應(yīng)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(chǎng)的作用下，電解質(zhì)溶液中陰陽(yáng)離子沿不同方向進(jìn)行離子遷移，并選擇性的通過(guò)離子交換膜，從而達(dá)到將溶液中的陰陽(yáng)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(tuán)，多為季銨型離子形成的基團(tuán)，陽(yáng)離子交換膜含有帶負(fù)電荷的活性交換基團(tuán)，多為磺酸基形成的基團(tuán)。其傳質(zhì)機(jī)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(tái)電滲析設(shè)備可由十幾對(duì)或者上百對(duì)陰陽(yáng)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(jìn)行遷移從而達(dá)到去除的效果，因此主要應(yīng)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(shù)因其低成本、低能耗、高效率、無(wú)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(lái)的困擾，因而受到 各國(guó)的青睞與注重。目前我國(guó)膜分離技術(shù)已經(jīng)獲得前所未有的進(jìn)步，在工業(yè)應(yīng)用中的設(shè)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(kāi)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(jìn)一步的研究開(kāi)發(fā)與完善，使膜分離技術(shù)不斷發(fā)展與應(yīng)用，促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與環(huán)境的改善。
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