【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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。 微孔過(guò)濾技術(shù)目前主要在以下方面得到應(yīng)用： （ 1）微粒和細(xì)菌的過(guò)濾 可用于水的高度凈化、食品和飲料的除菌、藥液的過(guò)濾、發(fā)酵工業(yè)的空氣凈化和除菌等。 （ 2）微粒和細(xì)菌的檢測(cè) 微孔膜可作為微粒和細(xì)菌的富集器，從而進(jìn)行微粒和細(xì)菌含量的測(cè)定。 （ 3）氣體、溶液和水的凈化 大氣中懸浮的塵埃、纖維、花粉、細(xì)菌、病毒等；溶液和水中存在的微小固體顆粒和微生物，都可借助微孔膜去除。 （ 4）食糖與酒類(lèi)的精制 微孔膜對(duì)食糖溶液和啤、黃酒等酒類(lèi)進(jìn)行過(guò)濾，可除去食糖中的雜質(zhì)、酒類(lèi)中的酵母、霉菌和其他微生物，提高食糖的純度和酒類(lèi)產(chǎn)品的清澈度，延長(zhǎng)存放期。由于是常溫操作，不會(huì)使酒類(lèi)產(chǎn)品變味。 （ 5）藥物的除菌和除微粒 以前藥物的滅菌主要采用熱壓法。但是熱壓法滅菌時(shí)，細(xì)菌的尸體仍留在藥品中。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。對(duì)于這類(lèi)情況，微孔膜有突出的優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)過(guò)微孔膜過(guò)濾后，細(xì)菌被截留，無(wú)細(xì)菌尸體殘留在藥物中。常溫操作也不會(huì)引起藥物的受熱破壞和變性。 許多液態(tài)藥物，如注射液、眼藥水等，用常規(guī)的過(guò)濾技術(shù)難以達(dá)到要求，必須采用微濾技術(shù)。 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。 超濾技術(shù)的核心部件是超濾膜，分離截留的原理為篩分，小于孔徑的微粒隨溶劑一起透過(guò)膜上的微孔，而大于孔徑的微粒則被截留。膜上微孔的尺寸和形狀決定膜的分離效率。 超濾膜均為不對(duì)稱(chēng)膜，形式有平板式、卷式、管式和中空纖維狀等。 超濾膜的結(jié)構(gòu)一般由三層結(jié)構(gòu)組成。即最上層的表面活性層，致密而光滑，厚度為 ～ ，其中細(xì)孔孔徑一般小于 10nm；中間的過(guò)渡層，具有大于 10nm的細(xì)孔，厚度一般為 1～ 10μm ；最下面的支撐層，厚度為 50～ 250μm ，具有50nm以上的孔。支撐層的作用為起支撐作用，提高膜的機(jī)械強(qiáng)度。膜的分離性能主要取決于表面活性層和過(guò)度層。 中空纖維狀超濾膜的外徑為 ～ 2μm 。特點(diǎn)是直徑小，強(qiáng)度高，不需要支撐結(jié)構(gòu)，管內(nèi)外能承受較大的壓力差。此外，單位體積中空纖維狀超濾膜的內(nèi)表面積很大，能有效提高滲透通量。 制備超濾膜的材料主要有聚砜、聚酰胺、聚丙烯腈和醋酸纖維素等。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℃ 。 超濾膜的應(yīng)用也十分廣泛，在作為反滲透預(yù)處理、飲用水制備、制藥、色素提取、陽(yáng)極電泳漆和陰極電泳漆的生產(chǎn)、電子工業(yè)高純水的制備、工業(yè)廢水的處理等眾多領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用。 超濾技術(shù)主要用于含分子量 500～ 500,000的微粒溶液的分離，是目前應(yīng)用最廣的膜分離過(guò)程之一，它的應(yīng)用領(lǐng)域涉及化工、食品、醫(yī)藥、生化等。主要可歸納為以下方面。 （ 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。 （ 2）汽車(chē)、家具等制品電泳涂裝淋洗水的處理 汽車(chē)、家具等制品的電泳涂裝淋洗水中常含有 1％～ 2％的涂料（高分子物質(zhì)），用超濾裝置可分離出清水重復(fù)用于清洗，同時(shí)又使涂料得到濃縮重新用于電泳涂裝。 （ 3）食品工業(yè)中的廢水處理 在牛奶加工廠中用超濾技術(shù)可從乳清中分離蛋白和低分子量的乳糖。 （ 4）果汁、酒等飲料的消毒與澄清 應(yīng)用超濾技術(shù)可除去果汁的果膠和酒中的微生物等雜質(zhì)，使果汁和酒在凈化處理的同時(shí)保持原有的色、香、味，操作方便，成本較低。 （ 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。 （ 6）造紙廠的廢水處理。 反滲透技術(shù) 1. 反滲透原理及反滲透膜的特點(diǎn) 滲透和反滲透的原理如 圖 23所示。如果用一張只能透過(guò)水而不能透過(guò)溶質(zhì)的半透膜將兩種不同濃度的水溶液隔開(kāi)，水會(huì)自然地透過(guò)半透膜滲透從低濃度水溶液向高濃度水溶液一側(cè)遷移，這一現(xiàn)象稱(chēng)滲透 （圖 23a） 。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。隨著水的滲透，高濃度水溶液一側(cè)的液面升高，壓力增大。當(dāng)液面升高至 H時(shí)，滲透達(dá)到平衡，兩側(cè)的壓力差就稱(chēng)為滲透壓 （圖 23b） 。滲透過(guò)程達(dá)到平衡后，水不再有滲透，滲透通量為零。 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(chēng)為反滲透（圖 23c）。 反滲透技術(shù)所分離的物質(zhì)的分子量一般小于 500，操作壓力為 2～ 100MPa。 用于實(shí)施反滲透操作的膜為反滲透膜。反滲透膜大部分為不對(duì)稱(chēng)膜，孔徑小于 ，可截留溶質(zhì)分子。 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。 2. 反滲透與超濾、微孔過(guò)濾的比較 反滲透、超濾和微孔過(guò)濾都是以壓力差為推動(dòng)力使溶劑通過(guò)膜的分離過(guò)程，它們組成了分離溶液中的離子、分子到固體微粒的三級(jí)膜分離過(guò)程。 一般來(lái)說(shuō)，分離溶液中分子量低于 500的低分子物質(zhì)，應(yīng)該采用反滲透膜；分離溶液中分子量大于 500的大分子或極細(xì)的膠體粒子可以選擇超濾膜，而分離溶液中的直徑～ 10μm 的粒子應(yīng)該選微孔膜。以上關(guān)于反滲透膜、超濾膜和微孔膜之間的分界并不是十分嚴(yán)格、明確的，它們之間可能存在一定的相互重疊。 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(lèi)型 反滲透 超濾 微孔過(guò)濾 膜的形式 表面致密的非對(duì)稱(chēng)膜、復(fù)合膜等 非對(duì)稱(chēng)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 /MPa 2～ 100 ～ ～ 分離的物質(zhì) 分子量小于 500的小分子物質(zhì) 分子量大于 500的大分子和細(xì)小膠體微粒 ～ 10μm 的粒子 分離機(jī)理 非簡(jiǎn)單篩分，膜的物化性能對(duì)分離起主要作用 篩分，膜的物化性能對(duì)分離起一定作用 篩分，膜的物理結(jié)構(gòu)對(duì)分離起決定作用 水的滲透通量 /() ～ ～ 5 20～ 200 3. 反滲透膜技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域 反滲透膜最早應(yīng)用于苦咸水淡化。隨著膜技術(shù)的發(fā)展，反滲透技術(shù)已擴(kuò)展到化工、電子及醫(yī)藥等領(lǐng)域。反滲透過(guò)程主要是從水溶液中分離出水，分離過(guò)程無(wú)相變化，不消耗化學(xué)藥品，這些基本特征決定了它以下的應(yīng)用范圍。 （ 1）海水、苦咸水的淡化制取生活用水，硬水軟化制備鍋爐用水，高純水的制備。近年來(lái)，反滲透技術(shù)在家用飲水機(jī)及直飲水給水系統(tǒng)中的應(yīng)用更體現(xiàn)了其優(yōu)越性。 （ 2）在醫(yī)藥、食品工業(yè)中用以濃縮藥液、果汁、咖啡浸液等。與常用的冷凍干燥和蒸發(fā)脫水濃縮等工藝比較，反滲透法脫水濃縮成本較低，