近幾十年來,膜分離作為一種新興的高效的分離、濃縮、提純及凈化技術,發展極為迅速,已得到廣泛應用,形成了獨特的新興高科技產業。經過不斷的發展,膜技術已成為高效節能的單元操作,對相關產業的發展起到了很大的推動作用。
膜分離技術采用的是具有特定性質的半透膜,它能選擇性地透過一種物質,而阻礙另一種物質。早在19世紀中葉,用人工方法制備的半透膜業已問世,但由于其透過速度低、選擇性差、易于阻塞等原因,未能應用于工業生產。1960年Loeb和Sourirajan制備了一種透過速度較大的膜。這種膜具有不對稱結構,稱為非對稱膜(asymmetric membrane)。而早期的膜,其結構與方向無關,稱為對稱膜如圖:
非對稱膜表面為活性層,孔隙直徑在10°m左右,厚為2×10~5×10'm,起過濾作用;下面是支持層,厚為0.5×10~1.0×10*m,孔隙直徑為0.1×106~1.0×10°m,起支持活性層作用?;钚詫雍鼙?,流體阻力小,孔道不易被阻塞,顆粒被截留在膜的表面。不對稱膜的出現是膜制造上的一種突破,它為膜分離技術走向工業化奠定了基礎。
膜分離技術與傳統的分離過程相比,具有無相變、設備簡單、操作容易、能耗低和對所處理物料無污染等優點。許多已經成熟的和不斷研發出來的技術,如反滲透、超濾、微濾、納濾、電滲析、滲析、氣體分離、滲透汽化、無機膜、膜反應及控制釋放等,在化工、電子、醫藥、食品加工、氣體分離和生物工程等各行業的廣泛應用,產生了很大的經濟效益和社會效益。
其中的反滲透(reverse osmosis,簡稱RO)、納濾(nano filration,簡稱NF)、超濾(olra flration,簡稱UF)與微孔過濾(micro filtration,簡稱MF,微濾)等過程的應用最為廣泛,它們之間沒有明確的分界線,均屬壓力驅動型液相膜分離過程,溶質或多或少被截留,截留物質的粒徑在某些范圍內相互重疊。它們是典型的膜過濾
幾種膜過濾過程特性比較
脫分離過程 | 驅動力(壓力差)/MPa | 傳遞機理 | 透過膜的物質 | 被膜截留的物質 | 膜的類型 |
微濾(MF) | 0.1~0.2 | 顆粒大小形狀 | 水、溶劑和溶解物 | 懸浮物、細菌類、微粒子(0.1~10μm) | 多孔膜 |
超濾(UF) | 0.1~0.5 | 分子特征、大小形狀 | 溶劑、離子和小分子(相對分子質量<1000) | 生物制品、膠體和大分子(相對分子質量1000~30000) | 非對稱膜 |
反滲透(RO) | 1.0~10 | 溶劑的擴散傳遞 | 水、溶劑 | 全部顆粒、溶質和鹽 | 非對稱膜、復合膜 |
納濾(NF) | 0.5~2.5 | 離子大小及電荷 | 水、溶劑(相對分子質量>200) | 溶質、二價鹽、糖和染料(相對分子質量200~1000) | 復合膜 |
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