【正文】 可缺少的分離方法，越來越廣泛地應用于化工、環(huán)保、食品、醫(yī)藥、電子、電力、冶金、輕紡、海水淡化等領域。 膜分離過程的優(yōu)點： 成本低、能耗少、效率高、無污染并可回收有用物質(zhì) ，特別適合于性質(zhì)相似組分、同分異構體組分、熱敏性組分、生物物質(zhì)組分等混合物的分離。屬于滲析式膜分離的有滲析和電滲析等； ② 過濾式膜分離 利用組分分子的大小和性質(zhì)差別所表現(xiàn)出透過膜的速率差別，達到組分的分離。 高分子膜分離主要應用于高層次的分離，如分子尺寸的分離、生物體組分的分離等，采用常規(guī)的分離方法是難以實現(xiàn)的，或達不到精度，或需要損耗極大的能源而無實用價值。膜至少具有兩個界面，膜通過這兩個界面與被分割的兩側流體接觸并進行傳遞。第二章 高分子分離膜與膜分離應用 概述 膜材料及膜的制備 典型的膜分離技術及應用領域 概述 分離膜與膜分離技術的概念 分離膜是指能以特定形式限制和傳遞流體物質(zhì)分隔兩相或兩部分的界面。分離膜對流體可以是完全透過性的，也可以是半透過性的，但不能是完全不透過性的。 膜分離過程主要特點： 以具有選擇透過性的膜作為分離的手段，實現(xiàn)物質(zhì)分子尺寸的分離和混合物組分的分離 。屬于過濾式膜分離的有超濾、微濾、反滲透和氣體滲透等； ③ 液膜分離 液膜與料液和接受液互不混溶，液液兩相通過液膜實現(xiàn)滲透，類似于萃取和反萃取的組合。 實踐證明，當不能經(jīng)濟地用常規(guī)的分離方法得到較好的分離時，膜分離作為一種分離技術往往是非常有用的。 膜分離技術發(fā)展簡史 1748年，耐克特（ A. Nelkt）發(fā)現(xiàn)水能自動地擴散到裝有酒精的豬膀胱內(nèi)，開創(chuàng)了膜滲透的研究。按現(xiàn)代觀點，這種過濾應稱為微孔過濾。 1967年， Du Pont公司研制成功了以尼龍 — 66為主要組分的中空纖維反滲透膜組件。首先出現(xiàn)的分離膜是 超過濾膜（簡稱 UF膜）、微孔過濾膜（簡稱 MF膜）和反滲透膜（簡稱 RO） 。 功能膜的分類 （ 1）按膜的材料分類 表 21 膜材料的分類 類 別 膜材料 舉 例 纖維素酯類 纖維素衍生物類 醋酸纖維素，硝酸纖維素，乙基纖維素等 非纖維素酯類 聚砜類 聚砜，聚醚砜，聚芳醚砜，磺化聚砜等 聚酰 (亞 )胺類 聚砜酰胺，芳香族聚酰胺，含氟聚酰亞胺等 聚酯、烯烴類 滌綸，聚碳酸酯，聚乙烯，聚丙烯腈等 含氟 (硅 )類 聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯，聚二甲基硅氧烷等 其他 殼聚糖，聚電解質(zhì)等 （ 2）按膜的分離原理及適用范圍分類 根據(jù)分離膜的分離原理和推動力的不同，可將其分 為微孔膜、超過濾膜、反滲透膜、納濾膜、滲析膜、電滲析 膜、滲透蒸發(fā)膜等?；蛘哒f，物質(zhì)的分離是通過膜的選擇性透過實現(xiàn)的。但實際上，真正成為工業(yè)化膜的膜材料并不多。從品種來說，已有成百種以上的膜被制備出來，其中約 40多種已被用于工業(yè)和實驗室中。為了改進其性能，進一步提高分離效率和透過速率，可采用各種不同取代度的醋酸纖維素的混合物來制膜，也可采用醋酸纖維素與硝酸纖維素的混合物來制膜。 2. 非纖維素酯類膜材料 （ 1）非纖維素酯類膜材料的基本特性 ① 分子鏈中含有親水性的極性基團； ② 主鏈上應有苯環(huán)、雜環(huán)等剛性基團，使之有高的抗壓密性和耐熱性； ③ 化學穩(wěn)定性好； ④ 具有可溶性； 常用于制備分離膜的合成高分子材料有聚砜、聚酰胺、芳香雜環(huán)聚合物和離子聚合物等。因此已成為重要的膜材料之一。以后發(fā)展了芳香族聚酰胺，用它們制成的分離膜， pH適用范圍為 3～ 11，分離率可達 ％（對鹽水），透水速率為 （ iii）芳香雜環(huán)類 ① 聚苯并咪唑類 如由美國 Celanese公司研制的 PBI膜即為此種類型。 （ iv）離子性聚合物 離子性聚合物可用于制備離子交換膜。 （ v）乙烯基聚合物 用作膜材料的乙烯基聚合物包括聚乙烯醇、聚烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚偏氯乙烯、聚丙烯酰胺等。同樣的材料，由于不同的制作工藝和控制條件，其性能差別很大。相轉(zhuǎn)化制膜工藝中最重要的方法是 LS型制膜法。它的厚度約 ～ 1μm ，相當于總厚度的 1/100左右。 多孔支持膜 涂覆 交聯(lián) 加熱 形成超薄膜 親水性高分子溶液的涂覆 復合膜 形成超薄膜的溶液 交聯(lián)劑 圖 22 復合制膜工藝流程框圖 膜的保存 分離膜的保存對其性能極為重要。冷凍會使膜膨脹而破壞膜的結構。 典型的膜分離技術及應用領域 典型的膜分離技術有微孔過濾 (MF)、超濾 (UF)、反滲透(RO)、納濾 (NF)、滲析 (D)、電滲析 (ED)、液膜 (LM)及滲透蒸發(fā) ( PV)等，下面分別介紹之。到目前為止，國內(nèi)外商品化的微孔膜約有 13類，總計 400多種。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； ③ 無吸附或少吸附。 微孔膜的缺點： ① 顆粒容量較小，易被堵塞； ② 使用時必須有前道過濾的配合，否則無法正常工作。 （ 4）食糖與酒類的精制 微孔膜對食糖溶液和啤、黃酒等酒類進行過濾，可除去食糖中的雜質(zhì)、酒類中的酵母、霉菌和其他微生物，提高食糖的純度和酒類產(chǎn)品的清澈度，延長存放期。而且對于熱敏性藥物，如胰島素、血清蛋白等不能采用熱壓法滅菌。 超濾技術 超濾技術始于 1861年，其過濾粒徑介于微濾和反滲透之間，約 5～ 10 nm，在 ～ MPa 的靜壓差推動下截留各種可溶性大分子，如多糖、蛋白質(zhì)、酶等相對分子質(zhì)量大于 500的大分子及膠體，形成濃縮液，達到溶液的凈化、分離及濃縮目的。 超濾膜的結構一般由三層結構組成。 中空纖維狀超濾膜的外徑為 ～ 2μm 。超濾膜的工作條件取決于膜的材質(zhì)，如醋酸纖維素超濾膜適用于 pH = 3～ 8，三醋酸纖維素超濾膜適用于 pH = 2～ 9，芳香聚酰胺超濾膜適用于 pH=5～ 9，溫度0～ 40℃ ，而聚醚砜超濾膜的使用溫度則可超過 100℃ 。 （ 1）純水的制備 超濾技術廣泛用于水中的細菌、病毒和其他異物的除去，用于制備高純飲用水、電子工業(yè)超凈水和醫(yī)用無菌水等。 （ 5）在醫(yī)藥和生化工業(yè)中用于處理熱敏性物質(zhì)，分離濃縮生物活性物質(zhì)，從生物中提取藥物等。這一過程的推動力是低濃度溶液中水的化學位與高濃度溶液中水的化學位之差，表現(xiàn)為水的滲透壓。 圖 2— 3 滲透與反滲透原理示意圖 如果在高濃度水溶液一側加壓，使高濃度水溶液側與低濃度水溶液側的壓差大于滲透壓，則高濃度水溶液中的水將通過半透膜流向低濃度水溶液側，這一過程就稱為反滲透（圖 23c）。 制備反滲透膜的材料主要有醋酸纖維素、芳香族聚酰胺、聚苯并咪唑、磺化聚苯醚、聚芳砜、聚醚酮、聚芳醚酮、聚四氟乙烯等。 表 23 反滲透、超濾和微孔過濾技術的原理和操作特點比較 分離技術類型 反滲透 超濾 微孔過濾 膜的形式 表面致密的非對稱膜、復合膜等 非對稱膜，表面有微孔 微孔膜 膜材料 纖維素、聚酰胺等 聚丙烯腈、聚砜等 纖維素、 PVC等 操作壓力 /M