【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 獲得一定強(qiáng)度，高透水通量及耐污染的膜。（3）改善膜的機(jī)械性能：微觀亞微觀的多相形態(tài)結(jié)構(gòu)可以改變膜的抗沖性能。有文獻(xiàn)報(bào)道了在有機(jī)膜中添加無(wú)機(jī)填料可以明顯地改善膜的性能，抑制大孔的生成，增強(qiáng)膜的機(jī)械強(qiáng)度，延長(zhǎng)膜的使用壽命 [810]。李先鋒等 [11]通過(guò)在聚醚砜中引入活性炭粉和無(wú)定型二氧化硅粒子，以 N,N二甲基甲酰胺為溶劑，以水為凝固浴，利用相轉(zhuǎn)化濕法成膜機(jī)理，制得了一系列不同粒子含量的聚醚砜超濾平板膜，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：二氧化硅的加入，改變了鑄膜液的濁點(diǎn)組成；產(chǎn)生了大量的界面孔隙，即界面孔；增加了膜孔的貫通性；提高了膜的親水性；使膜的通量大大提高，并且保持了很好的截留率；而活性炭粉填充聚醚砜超濾膜的綜合性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)差于二氧化硅填充聚醚砜超濾膜。Bottino 等 [12]發(fā)現(xiàn)在稀的PVDF 溶液中添加二氧化硅后，隨著二氧化硅含量增加，膜的滲透性能增強(qiáng)，截留性能降低；而在濃的 PVDF 溶液中添加二氧化硅后，膜的滲透性能隨著二氧化硅含量增加沒(méi)有明顯地影響。添加二氧化硅后，膜液的粘度增高，在無(wú)紡布上刮膜不僅容易，且增強(qiáng)了膜的機(jī)械強(qiáng)度，提高了滲透通量和截留率。Genn233。 等 [13]發(fā)現(xiàn)有機(jī)無(wú)機(jī)膜的滲透通量隨著無(wú)機(jī)含量的增加而增加，但顯微照片觀察不到膜表面孔徑和孔隙率的變化，滲透通量的變化是無(wú)機(jī)填料的存在破壞正常相變行為的結(jié)果；當(dāng)填料的含量達(dá)到 40%以上時(shí)，無(wú)機(jī)填料的阻礙作用使得膜的表皮層的孔密度增大，繼續(xù)增大填料量時(shí)，會(huì)影響表皮層的形成，強(qiáng)化多孔支撐層間的連接。由上可以看出，可以通過(guò)有機(jī)無(wú)機(jī)膜材料的混合，制備出針對(duì)特殊分離體系的膜，使有機(jī)膜功能化，使其具備特定的化學(xué)結(jié)構(gòu)或物理形態(tài)。雖然有機(jī)無(wú)機(jī)超濾膜的研究已取得了較大的進(jìn)展，但在這些研究中添加的無(wú)機(jī)填料主要是氧化鋁、氧化鋯、二氧化硅、二氧化鈦、氟石等材料，在廣泛的自然界中，還有更多的無(wú)機(jī)填料可用于制備超濾膜。 超濾膜的制備方法對(duì)于某一種給定的材料可以有多種制膜方法，制膜方法的選擇主要取決于所用材料及所需要的膜結(jié)構(gòu)。超濾膜的制膜方法主要包括燒結(jié)法、溶膠凝膠法、熔紡法和相轉(zhuǎn)化法 [14]。無(wú)機(jī)膜多采用溶膠凝膠法制備。溶膠凝膠法即將原料分散在溶劑中，經(jīng)水解反應(yīng)生成活性單體，活性單體再進(jìn)行聚合，形成溶膠，進(jìn)而生成具有一定空間結(jié)構(gòu)的凝膠 [15]，經(jīng)過(guò)干燥和熱處理制備出納米粒子和所需的材料。有機(jī)膜的制備現(xiàn)多采用相轉(zhuǎn)化法。相轉(zhuǎn)化法是一種以某種控制方式使聚合物從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w的過(guò)程，這種固化過(guò)程通常是由于一個(gè)均相液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€(gè)液態(tài)（液液分層）而引發(fā)的。在分層達(dá)到一定程度時(shí)，其中一個(gè)液相（聚合物濃度高的相）固化，結(jié)果形成了固體本體。通?？刂葡噢D(zhuǎn)化的初始階段，可以控制控制膜的形態(tài)，即時(shí)多孔的還是無(wú)孔的。相轉(zhuǎn)化法可以分為溶劑蒸發(fā)、控制蒸發(fā)沉淀、熱沉淀、蒸汽相沉淀及浸沒(méi)沉淀，其中大多數(shù)相轉(zhuǎn)化膜是利用浸沒(méi)沉淀制得的 [1617]，相轉(zhuǎn)化法對(duì)制膜材料的唯一要求是必須溶于某一溶劑或溶劑混合物。浸沒(méi)沉淀法是將膜溶液刮涂在適當(dāng)?shù)闹误w或玻璃板上，然后浸入含有非溶劑的凝膠浴中，由于溶劑與非溶劑的致聚合交換而導(dǎo)物沉淀而固化成膜。超濾膜組件有平板、管式、中空纖維和卷式四種構(gòu)型 [4]。且卷式構(gòu)型由平面膜卷制而成，所以相應(yīng)有平面膜，中空纖維膜和管式膜三種制膜設(shè)備。故超濾膜的生產(chǎn)工藝和制備方法一般概括為以下三種：（1）平面膜：將聚合物溶于適當(dāng)?shù)娜軇┗蛉軇┗旌衔镏?，所得溶液的黏度將取決于聚合物的分子量，濃度，溶劑種類及所加入的填料。膜液用刮刀直接刮在支撐物上，經(jīng)凝結(jié)可以得到無(wú)支撐平板膜。（2）中空纖維膜：中空纖維和毛細(xì)管膜是自撐式的，它有三種不同的制備方法：A、濕紡絲；B、熔融紡絲；C、干紡絲。將由聚合物、溶劑和填料組成的聚合物粘稠溶液用泵打入噴絲頭。經(jīng)過(guò)一段在空氣或其他控制氣體中的短暫停留后，噴出的纖維浸入非溶劑浴進(jìn)行凝結(jié)，最后將纖維繞在導(dǎo)絲輪上即可。（3）管式膜：加壓于一個(gè)裝有聚合物溶液的儲(chǔ)罐，使溶液沿一個(gè)中空管流下，此管下部有一個(gè)帶小孔的“刮膜棒” ，聚合物溶液通過(guò)小孔流出，當(dāng)多孔管在機(jī)械作用下或重力作用下垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)，其內(nèi)壁被刮上一層薄膜，然后將此管浸入凝膠浴中，此時(shí)所涂上的聚合物溶液會(huì)沉淀，從而形成管狀膜。 影響超濾膜性能的主要因素超濾膜的基本性能參數(shù)包括孔隙率、孔結(jié)構(gòu)、表面特性、機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性等。表征超濾膜性能的參數(shù)主要是膜的滲透通量、截留率、截留分子質(zhì)量等 [16]。近年來(lái)隨著膜技術(shù)的發(fā)展，制備膜的材料越來(lái)越多，膜組件越來(lái)越復(fù)雜，影響膜性能的因素也越來(lái)越多，歸納起來(lái)主要有以下幾個(gè)方面 [18]：（1）制膜液組成與配比：相同的成膜條件下，膜液組成直接影響膜的微觀結(jié)構(gòu)和性能，選擇適宜的聚合物、溶劑、致孔劑及其配比是制備性能優(yōu)良膜的關(guān)鍵。（2）溶劑揮發(fā)時(shí)間：制膜液經(jīng)過(guò)刮刀成膜后，進(jìn)入凝膠浴之前，在空氣中暴露的時(shí)間稱為溶劑揮發(fā)時(shí)間。一般認(rèn)為，膜截留率與膜表面的致密度有關(guān)，水滲透速率與致密層的厚度有關(guān)。故在保證一定截留率的情況下，應(yīng)選用較短的溶劑揮發(fā)時(shí)間，以減少或消除次厚層的厚度，提高膜的水滲透速率。（3）成膜環(huán)境中的相對(duì)濕度和溫度：成膜環(huán)境中氣體性質(zhì)不同，成膜的性能也不同。一般空氣中的水能加速膜面凝膠，導(dǎo)致膜面微孔孔徑變大。濕度相同時(shí)，溶劑揮發(fā)速率隨著環(huán)境溫度的升高而加快，因此，要獲得性能好的膜，成膜環(huán)境溫度、濕度也需要謹(jǐn)慎控制。（4）凝膠條件：溶劑從膜中逸出的速率與凝膠介質(zhì)的溫度有關(guān)。一般認(rèn)為凝膠介質(zhì)溫度高，溶劑與凝膠介質(zhì)的交換速率快，在膜表面形成大孔；同時(shí)凝膠介質(zhì)溫度高，在膜形成過(guò)程中膜表面的溫度較高，大分子聚合物在膜的表面聚合較慢，致使膜面孔徑變小。另外，凝膠溫度還通過(guò)影響薄膜的凝膠結(jié)晶和溶劑與沉淀劑的交換速率，進(jìn)而影響膜的性能。（5）刮膜速度和進(jìn)水角度：刮膜速率的快慢，對(duì)制膜液和聚酯織物的復(fù)合和膜的性能都有影響；膜液不同，刮膜速度對(duì)其影響的程度也不同。一般而言，聚合物含量較底的制膜液，刮膜速度稍快為宜。進(jìn)水角度即薄膜進(jìn)入凝膠介質(zhì)時(shí)，膜面與水面之間的夾角。進(jìn)水角度不同，薄膜溶液的流變行為，溶劑揮發(fā)，進(jìn)水瞬間膜面所受的張力等也稍有不同。（6）熱處理?xiàng)l件：膜液組成不同，對(duì)后處理?xiàng)l件要求也不同；有的膜凝膠后可直接處理成干膜，而有的膜需放在恒溫水浴中，加熱處理一定的時(shí)間才有脫除率。（7）成膜基體：以玻璃板做為成膜機(jī)體，所成的膜平整，膜面光潔，膜的截留率高。為了提高膜的成品率和穩(wěn)定膜的性能，對(duì)成膜基體必須進(jìn)行預(yù)處理。（8）制膜液溫度：制膜液溫度的升高，膜對(duì)溶質(zhì)的截留率也升高。由于制膜液溫度的升高，鑄膜液內(nèi)大分子聚合物聚集的程度減小，致使膜表面的平均孔徑減小，故膜的截留率升高。（9）料液流速及濃度：提高料液流速雖然對(duì)減輕濃差極化、提高滲透通量有利，但需要提高料液壓力，增加能耗。一般紊流體系中流速應(yīng)控制在適當(dāng)值為宜。同樣，料液濃度越大，粘度越大，凝膠層厚度增加，從而影響滲透通量，因此對(duì)主體料液應(yīng)限制最高允許濃度 [14]。（10）操作壓力、溫度：超濾膜滲透通量與操作壓力的關(guān)系主要取決于膜和凝膠層的性質(zhì)。一般超濾過(guò)程的實(shí)際操作壓力約為 ～ 。操作溫度主要取決于所處理的物料的化學(xué)、物理性質(zhì)。由于溫度可降低料液的黏度，增加傳質(zhì)效率，提高透過(guò)通量，因此應(yīng)在允許的最高溫度下操作。（11）膜的清洗：對(duì)膜進(jìn)行定期沖洗，可以保持一定的透過(guò)量，延長(zhǎng)膜的使用壽命。一般在規(guī)定的料液和壓力下，在允許的 pH 值范圍內(nèi)，溫度不超過(guò) 60℃時(shí)，超濾膜可使用12～18 個(gè)月，如膜清洗不佳，會(huì)使膜的壽命縮短 [16]。 超濾膜應(yīng)用現(xiàn)狀超濾在許多需將大分子組成與低分子量物質(zhì)分離的場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用，包括食品和乳品工業(yè)、制藥工業(yè)、紡織工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、冶金工業(yè)、造紙工業(yè)和皮革工業(yè)等 [16]。在清潔生產(chǎn)工藝（clean technology ）和凈化工藝(cleaning technology)中也有廣泛的應(yīng)用 [1920]?，F(xiàn)主要介紹以下幾點(diǎn)：（1）食品與乳品工業(yè)的應(yīng)用 [13]超濾在食品和乳品工業(yè)的應(yīng)用包括牛奶濃縮、干酪制造、乳清蛋白回收、土豆淀粉和蛋白的回收、蛋產(chǎn)品的濃縮以及果汁與酒精飲料的凈化。其中乳清超濾是乳品工業(yè)中應(yīng)用最大的一個(gè)領(lǐng)域。另外超濾也可用于醫(yī)用產(chǎn)品的除菌，現(xiàn)在已普遍應(yīng)用于醫(yī)藥與葡萄糖生產(chǎn)。（2）廢水的處理超濾處理工業(yè)廢水，主要用于涂漆廢水、金屬加工廢水、紡織印染廢水、造紙廢水、含油廢水等方面 [14,16,21]。超濾膜可有效去除紡織印染廢水中的有機(jī)分子，并回收染料進(jìn)行二次應(yīng)用，給工廠廢水治理帶來(lái)極大的方便。造紙工業(yè)中采用超濾技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)三個(gè)目的，即分級(jí)提純廢水中的木質(zhì)素；濃縮回收亞硫酸鹽、硫酸鹽；去除色素和有機(jī)氯。含油廢水有三種：浮油、分散油和乳化油，超濾技術(shù)可有效處理最難處理的乳化油。不經(jīng)過(guò)破乳過(guò)程可直接實(shí)現(xiàn)油水分離，且在分離油水過(guò)程中不產(chǎn)生含油污泥，特別適合于高濃度乳化油廢水的處理。同時(shí)，超濾技術(shù)也逐漸應(yīng)用于城市廢水的處理。通常將超濾與其他處理方法聯(lián)合使用，用超濾技術(shù)處理過(guò)濾后的城市污水，二級(jí)出水可進(jìn)一步降低水的濁度、色度及有機(jī)物含量，超濾出水還可作為循環(huán)冷卻水、造紙用水等對(duì)水質(zhì)要求不太高的工業(yè)用水水源。（3）高純水的制備許多工業(yè)用水都需要高純水，目前高純水已廣泛用于電子工業(yè)集成電路生產(chǎn)過(guò)程中，主要采用中空纖維組件。（4）生物技術(shù)工業(yè)的應(yīng)用超濾技術(shù)在生物制藥領(lǐng)域的應(yīng)用將隨基因工程技術(shù)產(chǎn)業(yè)的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)，它可以有效去除小分子，保留生物酶的活性。與其它過(guò)程相比，超濾技術(shù)具有能保持生物活性和回收率高的優(yōu)點(diǎn)，因而具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)性。 超濾膜的污染問(wèn)題及解決方法超濾應(yīng)用中存在膜耐污染性差、價(jià)格較貴、使用壽命較短、耐高溫、耐酸堿、耐氧化的膜少等一系列問(wèn)題，其中超濾膜的污染問(wèn)題是所有問(wèn)題中最大的問(wèn)題。 超濾膜的污染問(wèn)題超濾膜污染的主要原因是濃差極化形成凝膠層和膜孔的堵塞。濃差極化是指溶液在壓力差推動(dòng)下，被膜截留的溶質(zhì)積淀在膜的表面，致使膜表面的溶質(zhì)濃度高于其在主體中濃度的現(xiàn)象 [4]。膜污染可分三階段來(lái)描述：第一階段，超濾開(kāi)始時(shí)，大分子溶質(zhì)在溶劑不斷透過(guò)膜的過(guò)程中被帶至并吸附在膜表面，形成濃差極化，該層對(duì)膜的選擇性和過(guò)濾能力影響不明顯；第二階段，溶質(zhì)分子在膜表面積累，邊界層濃度達(dá)到飽并形成凝膠層，此時(shí)的滲透通量為初始通量的 70％左右；第三階段，小于膜孔徑的溶質(zhì)分子在孔道內(nèi)吸附形成搭橋式堵塞，同時(shí)略大于孔徑的溶質(zhì)分子在壓力作用下進(jìn)入膜孔內(nèi)形成堵塞，造成膜的孔隙率逐漸下降 [22]。按照污染的程