膜分离技术

膜分离技术

膜分离技术是一种用于分离混合物的重要技术手段，广泛应用于饮用水处理、废水处理、生物制药等领域。本文将对膜分离技术的原理、应用和发展进行详细介绍。

一、膜分离技术的原理

膜分离技术利用选择性透过性的膜将混合物分离成两个或多个组分。膜的选择性透过性是通过材料的物理和化学性质以及膜表面的特性来实现的。常用的膜材料包括有机膜和无机膜。

1. 有机膜

有机膜是以有机高分子材料为基础制成的膜，常见的有机膜包括聚醚酯膜、聚丙烯膜和聚乙烯膜等。这些有机膜具有较好的弹性和韧性，适用于分离溶液中的有机物、溶剂或气体。

2. 无机膜

无机膜是由陶瓷、金属等无机材料制成的膜，具有良好的化学稳定性和耐高温性。无机膜适用于分离溶液中的无机盐、重金属离子以及高温下的气体分离。

膜分离技术的原理包括压力驱动、浓度差驱动和电场驱动等。其中，压力驱动是最常用的膜分离方式。通过施加压力，使溶液在膜上形成一定的压差，从而使溶质通过膜的选择性孔隙进入膜的另一侧，而溶剂则随之透过膜。通过调节压力大小可以实现对溶质的分离。

二、膜分离技术的应用

膜分离技术具有广泛的应用领域，如下列举几个常见的应用。

1. 饮用水处理

膜分离技术可以有效地去除水中的悬浮物、细菌、病毒等有害物质，提高水的品质，保障人们的健康。常见的饮用水处理工艺包括超滤、纳滤和反渗透等。

2. 废水处理

膜分离技术可以将废水中的有机物、重金属离子、油脂等有害物质与水分离，使废水得到净化和回收利用。废水处理中常采用的膜分离工艺有微滤、超滤和纳滤等。

3. 生物制药

膜分离技术可以实现生物制药过程中的精细分离和纯化。例如，在细胞培养过程中，可以通过膜分离技术将细胞和培养液分离，提取目标产物，保证产品的纯度和品质。

4. 气体分离

膜分离技术在气体分离中也具有重要应用。例如，可以利用膜分离技术将混合气体中的氮气与氧气分离，达到制取高纯度氧气的目的。

(一)在油气田开发中的应用

在原油开采中,会有大量石油伴生气产生,与原油一样,油田伴生气同样具有非常可观的经济效益,但同时对环境的破坏和污染是非常严重.由于伴生气是一种易燃易爆气体,其排放对油田生产形成了安全隐患,并对员工健康造成伤害.近年来国内各大油田对伴生气的回收及综合利用日益重视,加强了对伴生气的回收力度,大大减少了以往的无效放空.利用膜分离技术首先在伴生气集输源头将其中的轻重烃分开,重烃单独回收利用,轻重组分使用原集输管线输送,避免在输送过程中产生重烃凝液.

(二)在石油天然气加工中的应用

1有机蒸气的净化与回收

石油化工排放的有机蒸气,其毒性大且易燃易爆,若不经处理直接排放到大气中, 对人类健康和环境均有危害。1998年吉化公司聚乙烯生产过程中排放的乙烯和丁烯单体,经过大连化物所卷式膜分离器回收,取得了很好的效果.

2从炼厂气中回收氢气

在石化生产中,会产生大量含氢气体。据统计,全世界烧掉的氢气约占炼厂氢量的40%。各国现在都非常重视从含氢尾气中回收氢气,但由于炼厂气的组成较复杂,除含氢气、氮气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、硫化氢外,还含有C2~C5等烃类物质,要想在低压下将这些组分有效地分开,要求分离膜不但渗透率、分离系数要高,而且应具有耐烃类组分溶胀的能力。20世纪80年代以来,美、日等国均已成功将气体膜分离技术用于炼厂气中回收氢气。我国从90年代起,锦州炼油厂、抚顺炼油厂、济南炼油厂、燕山石化公司、齐鲁石化公司、武汉石油化工厂和安庆石化总厂等单位也先后采用气体膜技术回收炼厂气中的氢气。

因此,分离回收这些废气,无论从安全环保的角度还是从经济方面都有很大的吸引力。

(三)环境保护中的应用

1加油站

汽油，对国家经济建设和人民生活起着十分重要的作用，而汽油在储存、运输、零售过程中存在严重的环境污染和经济损失的问题。油气在加油站的出现会影响加油站的安全，污染环境，不仅造成油品数量上的损失，而且由于轻质成分蒸发还会造成汽油质量上的变化。

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膜分离技术

膜分离技术是指在分子水平上不同粒径分子的混合物在通过半透膜时，实现选择性分离的技术，半透膜又称分离膜或滤膜，膜壁布满小孔。

膜的孔径一般为微米级，依据其孔径的不同（或称为截留分子量），可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜，根据材料的不同，可分为无机膜和有机膜，无机膜主要是陶瓷膜和金属膜，其过滤精度较低，选择性较小。有机膜是由高分子材料做成的，如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等等。

微滤（MF）通常孔径范围在0.1～1微米，大于1微米不能通过。

又称微孔过滤，它属于精密过滤，其基本原理是筛孔分离过程。微滤膜的材质分为有机和无机两大类，有机聚合物有醋酸纤维素、聚丙烯、聚碳酸酯、聚砜、聚酰胺等。无机膜材料有陶瓷和金属等。鉴于微孔滤膜的分离特征，微孔滤膜的应用范围主要是从气相和液相中截留微粒、细菌以及其他污染物，以达到净化、分离、浓缩的目的。

对于微滤而言，膜的截留特性是以膜的孔径来表征，通常孔径范围在0.1～1微米，故微滤膜能对大直径的菌体、悬浮固体等进行分离。可作为一般料液的澄清、保安过滤、空气除菌。

超滤（UF），膜两侧需压力差，膜孔径在0.05um至1nm之间，通常截留分子量范围在1000～300000。

是介于微滤和纳滤之间的一种膜过程，膜孔径在0.05um至1nm之间。超滤是一种能够将溶液进行净化、分离、浓缩的膜分离技术， 2

超滤过程通常可以理解成与膜孔径大小相关的筛分过程。以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为过滤介质，在一定的压力下，当水流过膜表面时，只允许水及比膜孔径小的小分子物质通过，达到溶液的净化、分离、浓缩的目的。

对于超滤而言，膜的截留特性是以对标准有机物的截留分子量来表征，通常截留分子量范围在1000～300000，故超滤膜能对大分子有机物（如蛋白质、细菌）、胶体、悬浮固体等进行分离，广泛应用于料液的澄清、大分子有机物的分离纯化、除热源。

・９２・　山东化工　ＳＨＡＮＤ０ＮＧ　ＣＨＥＭＩＣＡＬ　ＩＮＤＵ　Ｙ　２０１４年第４３卷　

膜分离技术及应用　

胡书红，李孟璐，李秀娟，崔跃男，陈伊克　

（黄淮学院化学化工系，河南驻马店４６３０００）　

摘要：通过对膜分离技术的研究，论述膜分离技术的原理及特点，重点介绍了膜分离技术在石油化工工业、食品工业、医药领域、生　物技术和环境工程中的应用。　关键词：膜分离；浓度差；特点；应用　中图分类号：ＴＱ０２８．８　文献标识码：Ａ　文章编号：１００８—０２１Ｘ（２０１４）０８—００９２—０２　

１膜分离过程的原理　以选择性渗透膜为分离介质，通过在膜两边施加一个推　动力（浓度差、电位差或压力差等）时，使原料侧组分选择性　

２膜分离技术种类及特点　

２．１膜分离过程的种类　

膜分离过程的种类见表１。　相　地透过膜，以达到分离提纯的目的。通常膜原料侧称为膜上　游，透过侧称为膜下游。膜分离的一般示意图见图１。　

１　脱　相２　

ｌ禳黪　嘲　

静　耪雅姆　

躲燎圆　

臻镶　

推动力　图１　膜分离过程示意图　

表１膜分离的种类　

图中分别介绍了按分离原理和按被分离物质的大小区　

分的分离膜种类，，从中可以看出，几乎所有的分离膜技术均　

可应用于任何领域的分离、提纯和浓缩。　２．２膜分离过程的特点　

膜分离技术是一门高效、环保的分离技术。它是多学科　

交叉的新型分离技术，它的物化性质、生物性质呈现出多种　

收稿日期：２０１４—０６—０３　作者简介：胡书红（１９９ｌ一），女，河南驻马店人，化工系学生。

　第８期　胡书红，等：膜分离技术及应用　・９３・　

多样的特性，具有很多优势。与传统的分离技术相比，膜分　

离技术具有以下特点：（１）膜分离过程不发生相变化，因此膜　

分离技术能耗较低。（２）膜分离过程在较温和的条件下进　

行，因而适用于对热敏感的物质，如药品、酶等的分离、浓缩　

与富集。（３）膜分离技术的应用范围很广，用于病毒、细菌到　

微粒的分离以及大分子与无机盐的分离。（４）膜分离技术以　压力差作为推动力，因此，设备简单，易操控　Ｊ。