膜分离技术及应用新进展
膜分离技术及其应用新进展
The development of membrane separation technology and its
application prospect
摘要:介绍了纳滤、超滤、微滤、反渗透、渗透汽化等膜分离技术原理、膜技术设备组成及其特点；综合概述了膜分离技术在生物农药、化工生产中的应用进展，展望了膜分离技术的发展趋势。
关键词：膜分离, 原理, 应用, 进展
Abstract: The membrane separation mechanism and characteristics of different kinds of separation technologies were introduced, including nanofiltration, ultrafiltration, microfiltration, reverse osmosis, pervaporation. Further more, the progress of the application of membrane separation technologies in bio-pesticides, chemical production were extensively summarized. Finally, the development trend of membrane separation technology in the future was prospected.
Key words: membrane separation, principle, application, progress
1. 前言
膜分离是指在液体混合物中，对于不同的气体或液体组分，膜的选择渗透作用性能是不同的，膜分离技术就是利用膜的选择渗透作用的差异而发挥作用的，它的推动力是外界能量、化学位差，对多组分混合的气体或液体，进行分离，分级，提纯,它在污水处理、食品、能源、医药以及化工生产等行业中，得到了广泛的应用，取得了迅速的发展。膜分离技术作为一种新的分离净化方法，与传统的分离净化方法相比,它的特点在于工艺简单，能耗低，无二次污染，分离系数大、无相变、高效等优点，操作无需特许条件，可在常温下进行，也可直接放大。膜技术的发展虽然不长，但因为该技术独具的优越性，目前广泛应用于食品行业、医药生产、生物科技、节能环保、水处理、化工生产、造纸工业、能源开发、石油、冶金、电子生产等领域，不但使企业收获了巨大的经济效益，而且对社会具有很好的环保功效，在当今分离科学中，膜分离技术成为了首屈一指的重要技术，受到了越来越多行业专业人士的重视。
2. 膜分离技术
2.1纳滤
纳滤膜具有纳米级孔径，截留相对分子质量为200～1000，能使溶剂、有机小分子和无机盐通过[1,2]。纳滤膜的分离机理模型目前的看法主要是空间位阻－孔道模型。与超滤膜相比，纳滤膜有一定的荷电容量[3,4]; 与反渗膜相比，纳滤膜又不是完全无孔的。纳滤膜传质机理为溶解-扩散方式[5,6]，具体分为3个步骤：（1）溶质和溶剂在膜外表面吸附溶解；（2）溶质和溶剂之间无相互影响，它们在各自化学位差的推动力下以分子扩散方式通过渗透膜；（3）溶质和溶剂在膜的透过侧解吸。纳滤膜广泛用于溶液脱色、去除有机物、去除饮用水中加氯前三卤代烷前驱物、硬水软化和海水脱硫酸盐等。
2.2超滤
超滤的截留相对分子质量在1000～10000之间。超滤过程的分离机理一般认为是压力驱动的筛孔分离过程，是膜表面上的机械截留( 筛分)、在膜孔中的停留( 阻塞)、在膜表面及膜孔内的吸附三种形式。
2.3微滤
微滤是发展最早、制备技术最成熟的膜形式之一，孔径在0.05～10μm之间，可以将细菌、微粒、亚微粒、胶团等不溶物除去，滤液纯净，国际上通称为绝对过滤。微滤分离的实质是利用膜的“筛分”作用来进行的。即:比膜孔大的颗粒
的机械截留、颗粒间相互作用及颗粒与膜表面的吸附、颗粒间的桥架作用这三种方式来实现的。微滤膜的特点（1）孔隙大，流速快.由于膜很薄，阻力小，其过滤速度较常规过滤介质快几十倍。（2）孔径均匀，过滤精度高。能够将液体中所有大于制定孔径的微粒全部截留。（3）无吸附或少吸附，微孔膜厚度一般在90~150 μm之间，因而吸附量很少，可忽略不计。（4）无介质脱落，微滤膜为均一的高分子材料，过滤时没有纤维或碎屑脱落，因此能得到高纯度的滤液[7]。
2.4反渗透
反渗透又称逆渗透，是利用反渗透膜选择性地透过溶剂（通常是水）而截留离子物质的性质，以膜两侧静压差为推动力，克服溶剂的渗透压，是溶剂通过反渗透膜而实现对液体混合物进行分离的过程。进行反渗透分离过程有2 个必要条件[8]：一是外加压力必须大于溶液的渗透压力（操作压力一般为1.5至
10.5MPa）；二是必须有一种高透水性、高选择性的半透膜。反渗透膜微孔孔径一般小于1nm，对绝大部分无机盐、溶解性有机物和胶体有很高的去除率。周勇等[9]采用间苯二胺分别与均苯三甲酞氯、5-异氰酸醋异酞酞胺(ICIC)、5-氯甲酸异酞酞氯(CFIC)通过界面聚合工艺制备反渗透复合膜.反渗透的特点：（1）在常温不发生相变的情况下，可以对水和溶质进行分离。（2）具有较高的水回用率和脱盐率。（3）反渗透膜分离技术杂质去除的范围广。（4）利用较低压力作为膜分离动力，分离装置简单，操作、维护和自控简便，现场安全卫生[10].（5）膜分离技术有冷杀菌的作用，且能耗低、费用省、速度快、不污染环境[11,12].
2.5电驱动膜
超滤的截留相对分子质量在1000～10000之间。超滤过程的分离机理一般认为是压力驱动的筛孔分离过程，是膜表面上的机械截留( 筛分)、在膜孔中的停留( 阻塞)、在膜表面及膜孔内的吸附三种形式。电驱动膜也称离子交换树脂，其是对不同性质的离子具有选择透过性。关于离子交换膜的选择透过性，通常用双电层理论或Nonnan 膜平衡理论来加以解释[13]。但是这两种机理存在着局限性，孟洪等[14]提出了“空穴传导－双电层”假说，认为离子交换膜在溶液中由于反离子的迁移在膜内留下“离子空穴”，同时在膜的两侧形成“双电层”结构，“空穴”和“双电层”共同作用的结果使溶液中与反离子同号的离子能够通过离子交换膜，而与反离子异号的离子无法进入离子交换膜，从而使其具有选择透过性。
2.6渗透汽化
渗透汽化是以混合物中组分蒸汽压差为推动力，依靠各组分在膜中的溶解与
