微濾 超濾 納濾

1、微濾、超濾、納濾膜分離技術(shù)膜分離技術(shù) 膜分離定義：膜分離定義： 膜分離過程以選擇性透過膜為分離介質(zhì)，當(dāng)膜膜分離過程以選擇性透過膜為分離介質(zhì)，當(dāng)膜兩側(cè)存在某種推動(dòng)力兩側(cè)存在某種推動(dòng)力(如壓力差、濃度差、電位差如壓力差、濃度差、電位差等）時(shí)，原料側(cè)組分選擇性地透過膜，以達(dá)到分離、等）時(shí)，原料側(cè)組分選擇性地透過膜，以達(dá)到分離、提純的目的。提純的目的。 通常膜原料側(cè)稱膜上游，透過側(cè)稱膜下游。不通常膜原料側(cè)稱膜上游，透過側(cè)稱膜下游。不同的膜過程使用的膜不同，推動(dòng)力也不同。同的膜過程使用的膜不同，推動(dòng)力也不同。膜分離技術(shù)在分離物質(zhì)過程中膜分離技術(shù)在分離物質(zhì)過程中不涉及相變，對能量不涉及相變，對能量要求低要

2、求低，其費(fèi)用約為蒸發(fā)濃縮或冷凍濃縮的，其費(fèi)用約為蒸發(fā)濃縮或冷凍濃縮的1/31/31/81/8，因此和蒸餾、結(jié)晶、蒸發(fā)等需要輸入能量的，因此和蒸餾、結(jié)晶、蒸發(fā)等需要輸入能量的過程有很大差異；過程有很大差異；膜分離的膜分離的條件一般都較溫和條件一般都較溫和，對于熱敏性物質(zhì)復(fù)雜，對于熱敏性物質(zhì)復(fù)雜的分離過程很重要，這兩個(gè)因素使得膜分離成為生的分離過程很重要，這兩個(gè)因素使得膜分離成為生化物質(zhì)分離的合適方式：化物質(zhì)分離的合適方式：無化學(xué)變化無化學(xué)變化 ：典型的物理分離過程，不用化學(xué)試典型的物理分離過程，不用化學(xué)試劑和添加劑，產(chǎn)品不受污染；劑和添加劑，產(chǎn)品不受污染；膜分離技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)膜分離技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)選擇性好

3、選擇性好 可在分子級內(nèi)進(jìn)行物質(zhì)分離，具有普遍可在分子級內(nèi)進(jìn)行物質(zhì)分離，具有普遍濾材無法取代的卓越性能；濾材無法取代的卓越性能；適應(yīng)性強(qiáng)適應(yīng)性強(qiáng) 處理規(guī)?？纱罂尚。梢赃B續(xù)也可以間處理規(guī)?？纱罂尚。梢赃B續(xù)也可以間歇進(jìn)行，工藝簡單，操作方便，結(jié)構(gòu)緊湊、維修費(fèi)歇進(jìn)行，工藝簡單，操作方便，結(jié)構(gòu)緊湊、維修費(fèi)用低，易于自動(dòng)化用低，易于自動(dòng)化。 表一表一 幾種主要分離膜的分離過程幾種主要分離膜的分離過程膜過程膜過程推動(dòng)力推動(dòng)力膜類型膜類型透過物透過物截留物截留物微濾微濾壓力差壓力差纖維多孔膜纖維多孔膜0.110m水、溶劑溶解物水、溶劑溶解物懸浮物顆粒懸浮物顆粒超濾超濾壓力差壓力差非對稱性膜非對稱性膜 0n

4、m水、溶劑小分子水、溶劑小分子膠體和超過膠體和超過截留分子量截留分子量的分子的分子納濾納濾壓力差壓力差Donna效應(yīng)效應(yīng)復(fù)合膜復(fù)合膜1nm水、一價(jià)離子、水、一價(jià)離子、多價(jià)離子多價(jià)離子有機(jī)物有機(jī)物一、微一、微 濾濾(MF)(MF)以多孔薄膜為過濾介質(zhì)，以多孔薄膜為過濾介質(zhì)，壓力差壓力差為推動(dòng)力，利用為推動(dòng)力，利用篩分原理使不溶性粒子（篩分原理使不溶性粒子（0.1-10 m）得以分離）得以分離的操作。操作壓力的操作。操作壓力0.05-0.5MPa。 微濾膜的應(yīng)用 在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，從家庭生活到尖端技術(shù)都在不同程度上應(yīng)用MF技術(shù)，其主要用于無菌液體的制備、生物制劑的分離、超純水的制備以及空氣的過濾、生

5、物及微生物的檢測等方面。. 在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域中的應(yīng)用 主要體現(xiàn)在藥用水（包括純凈水、注射用水）的過濾、小針劑及眼藥液的精濾及終端過濾，血液過濾，中草藥液、后發(fā)酵液的澄清過濾，空氣、蒸汽的過濾等。在制藥工業(yè)中，終端過濾的選擇相當(dāng)關(guān)鍵，其去除效率取決于選擇合適的濾膜材料、膜孔徑及流程。. 在生物化學(xué)和微生物研究中的應(yīng)用 利用不同孔徑的MF膜收集細(xì)菌、酶、蛋白、蟲卵等提供分析。利用膜進(jìn)行生物培養(yǎng)時(shí)，可根據(jù)需要在培養(yǎng)過程中變換培養(yǎng)基，以達(dá)到多種不同的目的，并可進(jìn)行快速檢驗(yàn)。因此，MF技術(shù)已被用于水質(zhì)檢驗(yàn)、臨床微生物標(biāo)本的分離、溶液的澄清、酶活性的測定等。. 在食品飲料工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用 MF技術(shù)普遍用于酒

6、類、飲用水、茶飲料、果汁、奶制品、碳酸飲料的澄清和除菌過濾。如用孔徑小于0.5m的微孔濾膜（濾芯過濾器）對啤酒和酒進(jìn)行過濾后，可脫除其中的酵母、霉菌和其他微生物。經(jīng)這樣處理的產(chǎn)品清澈、透明、存放期長，且成本低。 我國經(jīng)多年努力，已研制出多種材質(zhì)的系列孔徑的MF膜元件，并形成產(chǎn)業(yè)化規(guī)模，已廣泛用于國內(nèi)各大著名的飲料生產(chǎn)商，如旭日升、匯源果汁、農(nóng)夫果汁等企業(yè)。原料原料糖化糖化發(fā)酵發(fā)酵后發(fā)酵后發(fā)酵硅藻土過濾硅藻土過濾膜過濾膜過濾緩沖罐緩沖罐膜過濾膜過濾罐裝罐裝鮮生啤酒生產(chǎn)中膜過濾流程鮮生啤酒生產(chǎn)中膜過濾流程. 在電子工業(yè)中的應(yīng)用 電子工業(yè)使用的流體包括氣體和液體，過濾器大致分為氣體過濾器和液體過濾器

7、。氣體過濾器采用疏水性MF膜來從主體氣體（氮、氧、氫）和特殊氣體（如硅烷、胂、磷化氫、氨）中去除粒子。液體過濾器分成化學(xué)藥劑過濾、光敏抗蝕劑過濾器及去離子水過濾器。 在電子工業(yè)中，對去離子水的要求很高，因此應(yīng)選擇潔凈度高，濾膜完整性好，孔徑均勻的MF膜，否則會(huì)影響去離子水的水質(zhì)，進(jìn)而導(dǎo)致電子元器件或集成電路板的報(bào)廢。 MF膜在純水制備中主要用處有兩方面：一是在RO或ED前用作保安過濾器，用以清除細(xì)小的懸浮物質(zhì)；二是在陽/陰或混合交換柱后，作為最后一級終端過濾手段，用它濾除樹脂碎片或細(xì)菌等雜質(zhì)。原水原水絮凝沉淀絮凝沉淀砂、無煙煤過濾砂、無煙煤過濾加氯消毒殺菌加氯消毒殺菌預(yù)過濾預(yù)過濾RO陽床陽床陰

8、床陰床陰陽混床陰陽混床MF用戶用戶電子工業(yè)超純水制備流程電子工業(yè)超純水制備流程. 在油田注水的應(yīng)用 在石油開采中，向低滲透油田實(shí)行早期注入高質(zhì)量的水是對低滲透油田補(bǔ)充能量，穩(wěn)定產(chǎn)量的長期的根本保證。 在石油開采注水工藝中一個(gè)核心的環(huán)節(jié)是如何保證注入水的水質(zhì)，MF技術(shù)在其中已發(fā)揮了較大的作用，國內(nèi)主要用PE燒結(jié)微孔管、折疊式MF膜過濾芯及中空纖維UF組件等。 . 在家庭生活中的應(yīng)用 由于我國城市自來水供給系統(tǒng)在輸送過程中的不完善，我們?nèi)粘ｏ嬘玫淖詠硭嬖谥挝廴镜膯栴}，這對我們的人身健康帶灰很大的隱患。采用MF技術(shù)制造的家用凈水器，通過MF膜的過濾不僅能有效去除水中的鐵銹、泥沙等肉眼可見物

9、，還能截留住水中的細(xì)菌、大腸桿菌等。 二、超二、超 濾濾(UF)(UF)是以壓力為推動(dòng)力，利用超濾膜不同孔徑對液體中溶質(zhì)進(jìn)行分離的物理篩分過程。其截?cái)喾肿恿恳?般為6000到50萬，孔徑為幾十nm，操作壓0.2-0.6MPa。 超濾膜的應(yīng)用超濾膜的應(yīng)用 超濾從超濾從7070年代起步，年代起步， 9090年代獲得廣泛應(yīng)用年代獲得廣泛應(yīng)用, ,已成為應(yīng)用領(lǐng)域最廣的技術(shù)。已成為應(yīng)用領(lǐng)域最廣的技術(shù)。 u蛋白、酶、蛋白、酶、DNADNA的濃縮的濃縮u脫鹽脫鹽/ /純化純化u梯度分離（相差梯度分離（相差1010倍）倍）u清洗細(xì)胞、純化病毒清洗細(xì)胞、純化病毒u除病毒、熱源除病毒、熱源超濾裝置示意圖超濾裝置示

10、意圖例蛋白酶液蛋白酶液恒流泵恒流泵平板式平板式超濾膜超濾膜P出出背壓閥背壓閥超濾過程示意圖：超濾過程示意圖：P進(jìn)進(jìn)透出液透出液截留液截留液 三、納濾三、納濾(NF)Z納濾技術(shù)是反滲透膜過程為適應(yīng)工業(yè)軟化水的需求納濾技術(shù)是反滲透膜過程為適應(yīng)工業(yè)軟化水的需求及降低成本的經(jīng)濟(jì)性不斷發(fā)展的新膜品種，以適應(yīng)及降低成本的經(jīng)濟(jì)性不斷發(fā)展的新膜品種，以適應(yīng)在較低操作壓力下運(yùn)行，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)降低成本演變發(fā)在較低操作壓力下運(yùn)行，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)降低成本演變發(fā)展而來的。展而來的。Z膜組器于膜組器于8080年代中期商品化。納濾膜大多從反滲透年代中期商品化。納濾膜大多從反滲透膜衍化而來。膜衍化而來。Z納濾納濾 (NF(NF，Nan

11、ofiltrationNanofiltration) )是一種介于反滲透和超是一種介于反滲透和超濾之間的壓力驅(qū)動(dòng)膜分離過程。濾之間的壓力驅(qū)動(dòng)膜分離過程。Z納濾分離范圍介于反滲透和超濾之間，截?cái)喾肿恿考{濾分離范圍介于反滲透和超濾之間，截?cái)喾肿恿糠秶s為范圍約為3003001000 1000 ，能截留透過超濾膜的那部分，能截留透過超濾膜的那部分有機(jī)小分子，透過無機(jī)鹽和水。有機(jī)小分子，透過無機(jī)鹽和水。納濾膜的特點(diǎn)u納濾膜的納濾膜的截留率大于截留率大于95%95%的最小分子約為的最小分子約為nm,nm,故稱故稱之為納濾膜。之為納濾膜。u從結(jié)構(gòu)上看納濾膜大多是從結(jié)構(gòu)上看納濾膜大多是復(fù)合膜復(fù)合膜，即膜的表

12、面分離，即膜的表面分離層和它的支撐層的化學(xué)組成不同。其表面分離層由層和它的支撐層的化學(xué)組成不同。其表面分離層由聚電解質(zhì)構(gòu)成。聚電解質(zhì)構(gòu)成。u能透過一價(jià)無機(jī)鹽，能透過一價(jià)無機(jī)鹽，滲透壓遠(yuǎn)比反滲透低滲透壓遠(yuǎn)比反滲透低，故操作，故操作壓力很低。達(dá)到同樣的滲透通量所必需施加的壓差壓力很低。達(dá)到同樣的滲透通量所必需施加的壓差比用比用RORO膜低膜低0.50.53 3 MPaMPa，因此納濾又被稱作，因此納濾又被稱作“低壓低壓反滲透反滲透”或或“疏松反滲透疏松反滲透”( Loose RO )( Loose RO )。1.1.篩分：篩分：對對Na+和和Cl-等單價(jià)離子的截留率較低，等單價(jià)離子的截留率較低，但

13、對但對CaCa2+2+、MgMg2+2+、SOSO4 42-2-截留率高，對色素、染料、截留率高，對色素、染料、抗生素、多肽和氨基酸等小分子量抗生素、多肽和氨基酸等小分子量（200-1000）物質(zhì)可進(jìn)行分級分離，實(shí)現(xiàn)高相對分子量和低相物質(zhì)可進(jìn)行分級分離，實(shí)現(xiàn)高相對分子量和低相對分子量有機(jī)物的分離。對分子量有機(jī)物的分離。2. Donnan效應(yīng)：效應(yīng)：納濾膜本體帶有電荷性，對相納濾膜本體帶有電荷性，對相同電荷的分子（陽離子）具有較高的截留率。同電荷的分子（陽離子）具有較高的截留率。u低壓力下仍具有較高脫鹽性能；低壓力下仍具有較高脫鹽性能；u分離分子量相差不大但帶相反電荷的小分子分離分子量相差不大但

14、帶相反電荷的小分子（短肽、氨基酸、抗生素）。（短肽、氨基酸、抗生素）。納濾膜的分離機(jī)理納濾膜的分離機(jī)理納濾膜分離機(jī)理示意圖納濾膜分離機(jī)理示意圖1112+2-(納濾膜由于截留分子量介于超濾與反滲透之間，同時(shí)還存納濾膜由于截留分子量介于超濾與反滲透之間，同時(shí)還存在在DonnanDonnan效應(yīng)，廣泛應(yīng)用于制藥、食品等行業(yè)中。效應(yīng)，廣泛應(yīng)用于制藥、食品等行業(yè)中。(同時(shí)水在納濾膜中的滲透速率遠(yuǎn)大于反滲透膜，所以當(dāng)需同時(shí)水在納濾膜中的滲透速率遠(yuǎn)大于反滲透膜，所以當(dāng)需要對低濃度的二價(jià)離子和分子量在要對低濃度的二價(jià)離子和分子量在500500到數(shù)千的溶質(zhì)進(jìn)行到數(shù)千的溶質(zhì)進(jìn)行截留時(shí)，選擇納濾比使用反滲透經(jīng)濟(jì)。截留時(shí)，選擇納濾比使用反滲透經(jīng)濟(jì)。( 應(yīng)用：應(yīng)用：（1 1）小分子量的有機(jī)物質(zhì)的分離；）小分子量的有機(jī)物質(zhì)的分離； （2 2）有機(jī)物與小分子無機(jī)物的分離；）有機(jī)物與小分子無機(jī)物的分離； （3 3）溶液中一價(jià)鹽類與二價(jià)或多價(jià)鹽類的分離；）溶液中一價(jià)鹽類與二價(jià)或多價(jià)鹽類的分離； （4 4）鹽與其對應(yīng)酸的分離。）鹽與其對應(yīng)酸的分離。納濾膜的應(yīng)用納濾膜的應(yīng)用行行 業(yè)業(yè)處理對象處理對象行行 業(yè)業(yè)處理對象處理對象制藥工業(yè)制藥工業(yè)母液中有效成分的回收母液中有效成分的回收抗菌素的分離純