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膜分離技術(shù)及其應(yīng)用的研究進(jìn)展
第29卷第10期（上）
2013年10月赤峰學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）JournalofChifengUniversity（NaturalScienceEdition）Vol.29No.10
Oct.2013
膜分離技術(shù)及其應(yīng)用的研究進(jìn)展
徐興雨
（中國(guó)石油大學(xué)
摘
理學(xué)院，北京
102249）
要：簡(jiǎn)要介紹了微濾、超濾、納濾、反滲透、電滲析等幾種膜分離技術(shù)的分離機(jī)理、制備方法和特
點(diǎn)；并介紹了膜分離技術(shù)在食品、醫(yī)藥、石油化工、水處理等方面的應(yīng)用及其膜分離技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì).
關(guān)鍵詞：膜分離；應(yīng)用；發(fā)展趨勢(shì)
中圖分類號(hào)：ＴＱ０２８．８文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ａ文章編號(hào)：１６７３－２６０Ｘ（２０１３）１０－０041-
03
為１￣１０萬(wàn)的大分子．超濾膜的篩分孔徑小，它可截
油脂、蛋白質(zhì)、有機(jī)大分子、懸浮物等留病毒病菌、
［４］
．高亞寧等［５］使用０．８％￣１％的硼酸作為交聯(lián)劑對(duì)纖維強(qiáng)度進(jìn)行改進(jìn)，原液中硼酸的目的是使擠入堿性凝固浴中的紡絲原液與硼酸發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)減少大分子的纏結(jié)，形成網(wǎng)絡(luò)狀凝膠．肖凱軍等［６］采用戊二醛交聯(lián)法，通過用聚乙二醇（ＰＥＧ－１０００）和戊二醛交聯(lián)劑對(duì)基膜進(jìn)行親水化預(yù)處理，制備了一種新型聚乙烯醇（ＰＶＡＬ）超濾膜．該ＰＶＡＬ超濾膜具有耐污
耐酸性和耐高溫，可獲得廣泛的應(yīng)用．超濾膜具染、
有以下特點(diǎn)：（１）超濾可在常溫下進(jìn)行，那些對(duì)熱敏
濃縮、精制都可在不影響質(zhì)量的情況物質(zhì)的分離、
下進(jìn)行．（２）超濾過程不會(huì)發(fā)生相變，因此與一般相變分離法相比，它的能耗較低．（３）超濾過程以壓力作為驅(qū)動(dòng)力，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，容易維修［７］．１．３納濾
納濾膜分離的基本技術(shù)原理［８］較為簡(jiǎn)單（見圖１），在過濾過程中料液通過泵的加壓，料液以一定流速沿著濾膜的表面流過，大于膜截留分子量的物質(zhì)分子不透過膜流回料罐，小于膜截留分子量的物質(zhì)或分子透過膜，形成透析液．因此膜系統(tǒng)都有兩個(gè)出口，一是回流液（濃縮液）出口，另一是透析液出口，影響膜通量的因素有溫度、壓力、固含量、離子濃度、黏度等．趙理等［９］以聚砜為膜原料，添加一定量的新型二胺，以ＤＭＡＣ溶劑，得到中空纖維ＰＳＦ
膜分離是指借助膜的選擇滲透作用，在外界能
量或化學(xué)位差的推動(dòng)下對(duì)混合物中溶質(zhì)和溶劑進(jìn)
分級(jí)、提純和富集．該技術(shù)作為新的分離凈行分離、
化和濃縮技術(shù)，與其他傳統(tǒng)的分離方法相比，常溫
節(jié)能、工藝簡(jiǎn)便、投資少、污染小，下操作，有高效、
并且膜分離具有過程簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)適用、分離系數(shù)較
沒有污染、能適合常溫下連續(xù)操作、可直接放大、大、可專一配膜等優(yōu)點(diǎn)［１］．人類對(duì)于膜的研究源于１８世紀(jì)，但是膜分離技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用是在上個(gè)世紀(jì)６０年代以后．從六十年代的反滲透到九十年代的滲透汽化，膜分離技術(shù)發(fā)展迅速．膜分離技術(shù)的應(yīng)用
、微領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，常用的膜分離技術(shù)有超濾（ＵＦ）
濾（ＭＦ）、反滲透（ＲＯ）、納濾（ＮＦ）、電滲析（ＥＤ）、等．現(xiàn)已涉及人們生產(chǎn)和生活的各個(gè)方面，對(duì)水處理工
化工生產(chǎn)、醫(yī)藥、食品生產(chǎn)和生物工程等領(lǐng)域的業(yè)、
發(fā)展產(chǎn)生了巨大的作用．
1膜分離技術(shù)的分離原理及其特點(diǎn)１．１微濾
微濾（ＭｉｃｒｏｐｏｒｏｕｓＦｉｌｔｒａｔｉｏｎ）膜分離技術(shù)起始于十九世紀(jì)中期，是以靜壓差為動(dòng)力，利用篩網(wǎng)狀過濾介質(zhì)膜的“篩分”作用進(jìn)行分離的膜過程．張慶勇等［２］簡(jiǎn)單闡述了利用固態(tài)粒子燒結(jié)法制備技術(shù)和方法．并應(yīng)用于水處理和油水分離等領(lǐng)域．微濾膜的特點(diǎn)（１）孔隙大，流速快．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．（２）孔徑均勻，過濾精度高．能夠?qū)⒁后w中所有大于制定孔徑的微粒全部截留．（３）無(wú)吸附或少吸附．微孔膜厚度一般在９０￣１５０Ｌｍ之間，因而吸附量很少，可忽略不計(jì)．（４）無(wú)介質(zhì)脫落．微濾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［３］．１．２超濾
超濾是一種以機(jī)械篩分原理為基礎(chǔ)，以膜兩側(cè)壓（１００￣１０００ｋＰａ）差為驅(qū)動(dòng)力的膜分離技術(shù)．它可分離液相中直徑在０．０５￣０．２μｍ的分子和分子量
圖１膜分離操作基本工藝流程
－４１－
基膜．再以ＴＭＣ和ＰＩＰ為縮聚單體，正己烷和水為兩相溶劑，并在水相中添加一定量的二氧化硅納米顆粒．制備了所需的納濾膜．
納濾膜的特點(diǎn)：（１）離子選擇性，納濾膜對(duì)單價(jià)鹽的截留率僅為１０％～８０％，具有相當(dāng)大的滲透性，而二價(jià)及多價(jià)鹽的截留率均在９０％以上．（２）截留相對(duì)分子質(zhì)量，截留相對(duì)分子質(zhì)量（ＭＷＣＯ）在２００￣１０００之間，適宜于分離相對(duì)分子質(zhì)量在２００
以上，大小約為１ｎｍ的溶解組分［１０］．（
３）操作壓力低，操作壓力低，納濾膜組件的操作壓力，一般為０．７ＭＰａ，最低為０．３Ｍｐａ［１１］．１．４反滲透
反滲透（ＲｅｖｅｒｓｅＯｓｍｏｓｉｓ）是利用膜的選擇性，以反滲透膜兩側(cè)靜壓差為驅(qū)動(dòng)力，允許溶劑通過而第一文庫(kù)網(wǎng)截留離子物質(zhì)，對(duì)液體混合物進(jìn)行分離的過程．進(jìn)行反滲透分離過程有２個(gè)必要條件［１２］：一是外加壓力必須大于溶液的滲透壓力（操作壓力一般為１．５￣１０．５ＭＰａ）；二是必須有一種高透水性、高選擇性的半透膜．反滲透膜微孔孔徑一般小于１ｎｍ，對(duì)絕大部分無(wú)機(jī)鹽、溶解性有機(jī)物和膠體有很高的去除率．周勇等［１３］采用間苯二胺分別與均苯三甲酞氯、５一異氰酸醋異酞酞胺（ＩＣＩＣ）、５一氯甲酸異酞酞氯（ＣＦＩＣ）通過界面聚合工藝制備反滲透復(fù)合膜．反滲透的特點(diǎn)：（１）在常溫不發(fā)生相變的情況下，可以對(duì)水和溶質(zhì)進(jìn)行分離．（２）具有較高的水回用率和脫鹽率．（３）反滲透膜分離技術(shù)雜質(zhì)去除的范圍廣．（４）利用較低壓力作為膜分離動(dòng)力，分離裝置簡(jiǎn)單，操作、維護(hù)和自控簡(jiǎn)便，現(xiàn)場(chǎng)安全衛(wèi)生［１４］（．５）膜分離技
術(shù)有冷殺菌的作用，且能耗低、
費(fèi)用省、速度快、不污染環(huán)境［１５］．１．５電滲析
電滲析（ＥＤ）是在外加直流電場(chǎng)的作用下，利用離子透過選擇性離子交換膜而遷移，使帶電離子從水溶液和其他不帶電組分中部分分離出來(lái)的一
種電化學(xué)分離過程［１６］．其原理
（如圖２）所示，在外加直流電場(chǎng)的作用下，以電位差為驅(qū)動(dòng)力，原水中的陽(yáng)離子向陰極遷移，淡化室中的陽(yáng)離子透過陽(yáng)膜進(jìn)
圖２
電滲析技術(shù)原理
－４２－
入濃縮室，但濃縮室中的陽(yáng)離子受阻于陰膜而留
下；同時(shí)原水中陰離子向陽(yáng)極遷移，淡化室中的陰離子透過陰膜進(jìn)入濃縮室，但濃縮室中的陰離子受阻于陽(yáng)膜而留下．電滲析技術(shù)具有以下特點(diǎn)：電滲
析技術(shù)由于具有能耗低、
藥劑耗量少、環(huán)境污染小、操作簡(jiǎn)便、使用壽命長(zhǎng)、無(wú)污染等特點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用于海水、苦咸水脫鹽［１７］．2膜分離技術(shù)的應(yīng)用
膜分離技術(shù)，作為一種新型的分離技術(shù)，既能對(duì)廢水進(jìn)行有效的凈，高效地去除污染物，又能回收一些有用物質(zhì)，同時(shí)具有節(jié)能、無(wú)相變、安全性高、生物穩(wěn)定性好、設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便等特點(diǎn)，因此在生產(chǎn)生活中得到了廣泛的應(yīng)用并顯示了廣闊的發(fā)展前景．
２．１在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用
在合成氨方面，可用于高壓機(jī)后新鮮氣油分離采用超濾，技術(shù)除去新鮮氣中的油水塵等雜質(zhì)，大大改善了冷交換器的油污和積炭堵塞現(xiàn)象，進(jìn)一步優(yōu)化了操作條件，降低了能耗，有效保護(hù)了合成塔觸媒．聯(lián)堿生產(chǎn)過程中經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生重堿、食鹽、純堿等有用物質(zhì)的母液泄漏及生產(chǎn)設(shè)備沖洗水外排，既造成了浪費(fèi)，又對(duì)環(huán)境造成了污染［１８］．徐昌松等［１９］采用電滲析技術(shù)處理聯(lián)堿含鹽廢水，可將含鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)為１％的聯(lián)堿廢水濃縮到１０％，而淡液含鹽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)０．０５％．結(jié)果表明采用電滲析技術(shù)處理聯(lián)堿廢水是可行的，可實(shí)現(xiàn)聯(lián)堿生產(chǎn)廢水零排放．大多數(shù)有機(jī)溶劑（如醇類、酮類、酯類等）常含有少量水會(huì)形成共沸物，用恒沸精餾、萃取精餾等特殊精制工
藝脫水，存在工藝復(fù)雜、
能耗高等問題．使用膜選擇分離技術(shù)進(jìn)行脫水就不再受恒沸點(diǎn)制約，容易從有機(jī)溶劑混合物中脫除微量水，可大幅度降低分離過程能耗［２０］．
２．２在環(huán)境中的應(yīng)用
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，人們對(duì)水質(zhì)量的要求也不斷提．柴克鵬［６］在對(duì)星級(jí)賓館的擴(kuò)建改造中，將賓館所排放的污水進(jìn)行收集后處理后，將其用于綠化和廁所用水．所選用的超濾膜為聚丙烯中空纖維膜，利用該膜組件和采用反洗工藝來(lái)處理污水，處理后的水質(zhì)完全符合預(yù)期要求．王立國(guó)等［２１］采用核桃殼過濾器—超濾裝置組合工藝處理油田含油污水，油的質(zhì)量濃度由１０．９８ｍｇ／Ｌ降到０．３３ｍｇ／Ｌ，出水達(dá)到Ａ１類標(biāo)準(zhǔn)的要求．
填埋式處理垃圾的方法，是我國(guó)處理垃圾的主要方式，因此將會(huì)產(chǎn)生大量的垃圾滲透液．王薇等［２２］采用ＭＢＲ和納濾集成處理工藝對(duì)垃圾滲透液進(jìn)行處理可有效截留ＭＢＲ產(chǎn)生中的ＣＯＤ、色度等，經(jīng)過納濾處理過的垃圾滲透液符合污染物的特別排放標(biāo)準(zhǔn)．李黎等［２３］
在峨眉山市垃圾滲濾液處理工程
中，納濾系統(tǒng)采用納濾卷式膜，運(yùn)行壓力０．５￣１．７Ｍｐａ．運(yùn)營(yíng)至今運(yùn)行情況穩(wěn)定，納濾出水完全達(dá)標(biāo)排放．
２．３在醫(yī)藥生產(chǎn)中的應(yīng)用
超濾技術(shù)是一種用以分離、
提純和濃縮物質(zhì)的新方法．以膜兩側(cè)壓差為推動(dòng)力，利用膜孔徑大小來(lái)進(jìn)行篩分．邱禮新等［２４］采用中空纖維超濾膜法制備精制雙秦滴眼液，采用中空纖維超濾設(shè)備，所用原液采用經(jīng)鑒定的生藥加水煎煮而成．經(jīng)研究證明，經(jīng)過超濾技術(shù)所制備的雙秦滴眼液的ＰＨ為７．５接近中性，并且具有良好的穩(wěn)定性；其中所含的藥物成分有所提高．劉洪謙等［２５］運(yùn)用超濾法精制生脈飲口服液，利用外壓式中空纖維超濾膜來(lái)進(jìn)行篩分證明超濾法能有效去除雜質(zhì)、提高產(chǎn)品澄清度，并且能保留原配方的成分．２．４在食品中的應(yīng)用
乳清是干酪生產(chǎn)中排出的質(zhì)量約為加工原料奶９０％比例的副產(chǎn)物．孔凡丕等［２６］運(yùn)用ＧＦＬＢ－７５Ｎ型管式分離機(jī)納濾膜選用ＯｓｍｏｎｉｃｓＤＫ２５４０Ｆ納濾膜，以及小型噴霧干燥設(shè)備等儀器對(duì)干酪進(jìn)行乳清脫鹽處理．所得的乳清酚灰為４．７６％比原料降低了４５．２８％，乳清蛋白幾乎完全截留．在對(duì)脫脂牛奶的處理中．食鹽的截留率約為６０％．結(jié)果表明，采用納濾處理可有效地去除雜味和鹽味，并不破壞牛奶的口味和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值．3發(fā)展趨勢(shì)
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，膜分離技術(shù)作為一種新型的單元操作過程，在許多行業(yè)已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，并且在某些行業(yè)應(yīng)用的比較成熟．在對(duì)于
生產(chǎn)成本要求不斷降低、
產(chǎn)品質(zhì)量要求不斷提高的今天，膜技術(shù)的優(yōu)勢(shì)會(huì)越來(lái)越明顯．
由于膜分離技術(shù)的大量應(yīng)用是近些年開始的，因此膜技術(shù)的發(fā)展也受到一些因素的制約：如膜污
染、
膜產(chǎn)品的價(jià)格和膜分離要求的提高．如果我國(guó)的科研人員能將這幾個(gè)方面的問題更好的解決，膜分離技術(shù)將在我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮更重要的作用．———————————————————
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