膜分离技术基础知识总结

( 一) 膜分离原理

膜可以看作是一个具有选择透过性的屏障，它允许一些物质透过而阻止另一些物质透过，从而起到分离作用。膜分离与通常的过滤分离一样，被分离的混合物中至少有一种组分几乎可以无阻碍地通过膜，而其他组分则不同程度地被膜截流在原料侧。膜可以是均相的或非均相的，对称型的( 各向均质同性酌膜) 或非对称型的，固体的或液体的，中性的或荷电性的( 带有正电荷或负电荷的膜) ，其厚度可以从0.1μm 至数毫米。

膜分离原理可用图4 -1 加以说明。将含有A、B 两种组分的原料液置于膜的一侧，然后对该侧施加某种作用力，若A、B 两种组分的分子大小、形状或化学结构不同，其中A 组分可以透过膜进入到膜的另一侧，而B 组分被膜截留于原料液中，则A、B 两种组分即可分离开来。

( 二) 膜的分类

膜的种类和功能繁多。膜分为合成膜和生物膜( 原生质、细胞膜) ，合成膜包括液膜和固膜。液膜分为乳状液膜和带支撑层的液膜;固膜分为有机膜和无机膜。

( 三) 膜材料

用来制备膜的材料主要分为有机高分子材料和无机材料两大类。

1.有机膜材料 目前在工业中应用的有机膜材料主要有醋酸纤维素类、聚砜类、聚酰胺类和聚丙烯腈类等。

醋酸纤维素是由纤维素与醋酸反应而制成的，是应用最早和最多的膜材料，常用于反渗透膜、超滤膜和微滤膜的制备。醋酸纤维素膜的优点是价格便宜，分离和透过性能良好。缺点是使用的pH 范围比较窄，一般仅局限于4 ～8，容易被微生物分解，且在高压下长时间操作时容易被压密而引起膜通量下降。

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图4-1　膜分离原理示意图

聚砜类是一类具有高机械强度的工程塑料，具有耐酸、耐碱的优点，可用作制备超滤和微滤膜的材料。由于此类材料的性能稳定、机械强度好，因而也可作为反渗透膜、气体分离膜等复合膜的支撑材料。缺点是耐有机溶剂的性能较差。

用聚酰胺类制备的膜具有良好的分离与透过性能，且耐高压、耐高温、耐溶剂，是制备耐溶剂超滤膜和非水溶液分离膜的首选材料。缺点是耐氯性能较差。

聚丙烯腈也是制备超滤、微滤膜的常用材料，其亲水性能使膜的水通量比聚砜膜的要大。

2.无机膜材料 无机膜的制备多以金属、金属氧化物、陶瓷和多孔玻璃为材料。

以金属钯、银、镍等为材料可制得相应的金属膜和合金膜，如金属钯膜、金属银膜或钯—银合金膜。此类金属及合金膜具有透氢或透氧的功能，故常用于超纯氢的制备和氧化反应。缺点是清洗比较困难。

多孔陶瓷膜是最具有应用前景的一类无机膜，常用的有Al2O3、SiO2、ZrO2 和TiO2 膜等。此类膜具有耐高温和耐酸腐蚀的优点。

玻璃膜可以很容易地加工成中空纤维，并且在H2—CO 或He—CH4 的分离过程中具有较高的选择性。