【正文】 可缺少的分離方法，越來(lái)越廣泛地應(yīng)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(lǐng)域。 膜分離過(guò)程的優(yōu)點(diǎn)： 成本低、能耗少、效率高、無(wú)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(gòu)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(guò)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(guò)膜的速率差別，達(dá)到組分的分離。 高分子膜分離主要應(yīng)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(shí)現(xiàn)的，或達(dá)不到精度，或需要損耗極大的能源而無(wú)實(shí)用價(jià)值。膜至少具有兩個(gè)界面，膜通過(guò)這兩個(gè)界面與被分割的兩側(cè)流體接觸并進(jìn)行傳遞。第二章 高分子分離膜與膜分離應(yīng)用 概述 膜材料及膜的制備 典型的膜分離技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域 概述 分離膜與膜分離技術(shù)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(duì)流體可以是完全透過(guò)性的，也可以是半透過(guò)性的，但不能是完全不透過(guò)性的。 膜分離過(guò)程主要特點(diǎn)： 以具有選擇透過(guò)性的膜作為分離的手段，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)分子尺寸的分離和混合物組分的分離 。屬于過(guò)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(guò)液膜實(shí)現(xiàn)滲透，類似于萃取和反萃取的組合。 實(shí)踐證明，當(dāng)不能經(jīng)濟(jì)地用常規(guī)的分離方法得到較好的分離時(shí)，膜分離作為一種分離技術(shù)往往是非常有用的。 膜分離技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)史 1748年，耐克特（ A. Nelkt）發(fā)現(xiàn)水能自動(dòng)地?cái)U(kuò)散到裝有酒精的豬膀胱內(nèi)，開(kāi)創(chuàng)了膜滲透的研究。按現(xiàn)代觀點(diǎn)，這種過(guò)濾應(yīng)稱為微孔過(guò)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(guò)濾膜（簡(jiǎn)稱 UF膜）、微孔過(guò)濾膜（簡(jiǎn)稱 MF膜）和反滲透膜（簡(jiǎn)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(dòng)力的不同，可將其分 為微孔膜、超過(guò)濾膜、反滲透膜、納濾膜、滲析膜、電滲析 膜、滲透蒸發(fā)膜等。或者說(shuō)，物質(zhì)的分離是通過(guò)膜的選擇性透過(guò)實(shí)現(xiàn)的。但實(shí)際上，真正成為工業(yè)化膜的膜材料并不多。從品種來(lái)說(shuō)，已有成百種以上的膜被制備出來(lái)，其中約 40多種已被用于工業(yè)和實(shí)驗(yàn)室中。為了改進(jìn)其性能，進(jìn)一步提高分離效率和透過(guò)速率，可采用各種不同取代度的醋酸纖維素的混合物來(lái)制膜，也可采用醋酸纖維素與硝酸纖維素的混合物來(lái)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(tuán)； ② 主鏈上應(yīng)有苯環(huán)、雜環(huán)等剛性基團(tuán)，使之有高的抗壓密性和耐熱性； ③ 化學(xué)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(dá) ％（對(duì)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(guó) 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(dāng)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(fù)合膜 形成超薄膜的溶液 交聯(lián)劑 圖 22 復(fù)合制膜工藝流程框圖 膜的保存 分離膜的保存對(duì)其性能極為重要。冷凍會(huì)使膜膨脹而破壞膜的結(jié)構(gòu)。 典型的膜分離技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域 典型的膜分離技術(shù)有微孔過(guò)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(guó)內(nèi)外商品化的微孔膜約有 13類，總計(jì) 400多種。由于膜很薄，阻力小，其過(guò)濾速度較常規(guī)過(guò)濾介質(zhì)快幾十倍； ③ 無(wú)吸附或少吸附。 微孔膜的缺點(diǎn)： ① 顆粒容量較小，易被堵塞； ② 使用時(shí)必須有前道過(guò)濾的配合，否則無(wú)法正常工作。 （ 4）食糖與酒類的精制 微孔膜對(duì)食糖溶液和啤、黃酒等酒類進(jìn)行過(guò)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(zhǎng)存放期。而且對(duì)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(shù) 超濾技術(shù)始于 1861年，其過(guò)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(dòng)下截留各種可溶性大分子，如多糖、蛋白質(zhì)、酶等相對(duì)分子質(zhì)量大于 500的大分子及膠體，形成濃縮液，達(dá)到溶液的凈化、分離及濃縮目的。 超濾膜的結(jié)構(gòu)一般由三層結(jié)構(gòu)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(guò) 100℃ 。 （ 1）純水的制備 超濾技術(shù)廣泛用于水中的細(xì)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(wú)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(guò)程的推動(dòng)力是低濃度溶液中水的化學(xué)位與高濃度溶液中水的化學(xué)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(cè)加壓，使高濃度水溶液側(cè)與低濃度水溶液側(cè)的壓差大于滲透壓，則高濃度水溶液中的水將通過(guò)半透膜流向低濃度水溶液側(cè)，這一過(guò)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(guò)濾技術(shù)的原理和操作特點(diǎn)比較 分離技術(shù)類型 反滲透 超濾 微孔過(guò)濾 膜的形式 表面致密的非對(duì)稱膜、復(fù)合膜等 非對(duì)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