壓力推動膜分離技術的發(fā)展現(xiàn)狀

1、化工分別工程課后作業(yè)之一壓力推動膜分別技術的進呈現(xiàn)狀- 10 -王俊英壓力推動膜分別技術的進呈現(xiàn)狀摘要：壓力推動膜分別技術分為反滲透 RO、納濾NF、超濾UF和微濾技術MF。本文對這幾種壓力推動膜分別技術的進呈現(xiàn)狀作了簡要介紹。關鍵詞：反滲透 納濾 超濾 微濾膜分別技術進呈現(xiàn)狀膜分別是一種借助于外界能量或化學位差的推動，通過特定膜的滲透作用， 對兩組分或多組分混合的氣體或液體進展分別、分級、提純和富集的方法，膜技 術作為的分別、凈化和濃縮技術，過程中大多沒有相變化，常溫下就可操作， 具有高效、節(jié)能、工藝簡便、投資少、污染小等優(yōu)點，特別是對于熱敏物質的處 理，如食品、藥品和生物工程產品。該技術顯

2、示出極大的優(yōu)越性。與傳統(tǒng)分別操 作如蒸發(fā)、萃取或離子交換等相比較，應用膜分別技術不僅可以避開組分受 熱變性或混入雜質，通常還有能耗低和效率高等優(yōu)點，因而具有顯著的經濟效益， 近幾年其進展相當快速，應用也越來越廣泛。在國際膜會議上曾將“在 21 世紀的多數(shù)工業(yè)中膜過程所扮演的戰(zhàn)略角色”列為專題，進展深入爭辯，并認為它是 20 世紀末到 21 世紀中期最有進展前途的高技術之一。膜分別法可分為反滲透法 ReverseOsmosis ， 簡稱 RO 、 微濾法 Microfiltration ， 簡稱 MF 、超濾法 Ultrafiltration ， 簡稱 UF 、納濾法Nanofiltration

3、 ，簡稱 NF、透析Dialysis簡稱 D法、電滲析法Electrodialysis ，簡稱 ED、氣體分別 Gas Permeation ，簡稱 GS和滲透蒸發(fā) Pervaporation ，簡稱 PV以及與其它過程相結合的分別過程膜蒸餾 Membrane Distillation 和膜萃取Membrane Extraction 對于壓力推動膜分別技術來說，按截留分子量凹凸可分為微濾法 MF、超濾法 UF、納濾法 NF、反滲透法 RO。下面分類爭辯壓力推動膜分別技術的應用。反滲透膜及其應用反滲透膜的性能反滲透膜通常是由不同均聚物制成的非對稱性膜，壓差作為操作推動力，工作壓力可高達 7.07

4、.5MPa，膜通量一般為 0.5/L(m2.hr)，反滲透膜能截留住除水分子、氫離子、氫氧根離子以外的其它物質，因而主要用于水和其它物質的分別。1.1.2.膜材料最先開發(fā)并成功應用的反滲透膜材料是醋酸纖維素，70 年月以來漸漸開發(fā)出一些型反滲透膜材料，如芳香族聚酰胺、聚苯并咪唑、磺化聚苯醚聚甲苯、二異氰酸酯等。目前工業(yè)上使用最廣泛的兩種反滲透膜材料為醋酸纖維素和芳香聚酰胺。1.1.3反滲透膜的應用 海水淡化和苦咸水淡化反滲透膜分別技術被廣泛應用于海水淡化。在全世界海水淡扮裝置中，約有30%用反滲透方式來實現(xiàn)，反滲透膜由極薄致密表層和多孔支撐層構成，具有高透 水率及高脫鹽率，可脫去海水中 99以

5、上的鹽離子。我國甘肅省西部某縣的地下水總含鹽量為 2.73.3 克/升，其中含鈾 1.73.24 10-4 克/升，為了到達國家飲用水標準，甘肅省科學院苦咸水淡化爭辯所成功地應用反滲透技術對該地下水進展處理，解決了當?shù)鼐用竦娘嬎畣栴}1。 廢水處理反滲透由于其自身的特點，在廢水處理方面應用很廣。例如： 在冶金行業(yè)中，反滲透主要是用于產品的回收及其廢水的處理，例如，英國有一個露天開采的礦山用管式反滲透膜處理被鎂、鐵、及四周農田排放的農藥嚴峻污染的廢水，這種經過處理過的廢水可以直接到達飲用水的標準2。 在造紙行業(yè)中，由亞硫酸法造紙廠排放出來的亞硫酸紙漿廢液中一般含有50%左右的有用物質，其中大局部是

6、木質素和木質中的糖分，反滲透技術可，回收 這些有用物質，既可到達凈化廢水，又到達削減污染的目的3。 印染工業(yè)每年的污水排放量都很大，這類污水的平均生物耗氧量約為 600 毫克/升，且?guī)в写罅康娜芙馕?，懸浮物。用反滲透法處理印染污水，不僅可以去 除懸浮物，而且也能使廢液中溶質分別，到達回收利用的目的，同時又可以改善江河水的污染狀況3。 反滲透膜對金屬離子具有良好的去除效果，特別是當金屬離子的價數(shù)越高越簡潔分別，這就打算了反滲透在處理電鍍行業(yè)中的廢水有其特別的用途，它不僅可以回收廢水中幾乎全部的重金屬，而且還可以將回收水再利用，實現(xiàn)無廢水排放的閉路循環(huán)生產4。另外還有報道利用反滲透技術處理污水以供

7、發(fā)電站發(fā)電之用5。 純水與超純水制備制備純水和超純水時，越來越多地使用一般的江河水，與此同時電子工業(yè)， 及其它行業(yè)對水的質量要求卻提高了，這兩方面的進展趨勢都加速了反滲透的應用。電子工業(yè)中制造電子元件需要比較多的漂洗水，對水的含鹽量及無菌性有， 極高的要求。將反滲透同離子交換裝置相結合可改善水的質量，反滲透的主要目的是預脫鹽，同時還可分別膠體雜質和細菌，膠體雜質和細菌在離子交換器中并不能很好地被脫除，細菌的生殖甚至得到了助長6。為了保證鍋爐良好運行，需要有經過很好軟化處理的鍋爐供水，水中成垢物、固體物質和有機物含量應盡可能地低。反滲透技術在該場合很有吸引力，由于它 可以在一次加工過程中去掉膠體

8、雜質、有機物和大局部溶解鹽，對于小鍋爐僅用反滲透進展水處理就足夠了7。做臨床血透析需要良好的透析水、鈣、鎂、鉀和鈉的濃度過高或變化無常， 細菌數(shù)和致熱物質含量過高，在治療時都有可能產生副作用。因此近幾年來反滲， 透在處理透析水方面的重要意義漸趨明顯。西德已有很多透析站裝備了反滲透裝置4。 在食品德業(yè)中的應用膜濃縮在常溫下就可以進展。用反滲透膜對果汁和果酒進展?jié)饪s，可有效保證維生素等養(yǎng)分成分不受破壞或不損失揮發(fā)質，并保存其原有的自然風味，這是其它濃縮技術難以做到的。此外，在香料生產中引入反滲透技術。亦可保持其濃郁的香味，還可回收香料。納濾膜及其應用納濾膜的性能納濾是近十幾年進展起來的型液相膜分別

9、技術，孔徑范圍在納米級介于超濾與反滲透之間。它的特點是：. 在過濾分別過程中，它能截留小分子的有機物并可同時透析出一價鹽，即集濃縮與透析為一體；. 操作壓力低，由于一價無機鹽能通過納濾膜而透析，使得納濾的滲透壓遠比反滲透為低。這樣，在保證肯定的膜通量的前提下，納濾過程所需的工作壓力就比反滲透低得多，可節(jié)約動力消耗。納米過濾膜的截留分子量一般在 3001000，近來也有報道截留分子量下限為200 或 100 的8。膜材料納濾膜材料的爭辯始于醋酸纖維素，是在醋酸纖維素反滲透膜爭辯過程中， 覺察截留率較低的“Leaky RO”具有肯定的應用前景，特別適合某些應用場合。自八十年月以來，國際上相繼開發(fā)了

10、各種牌號的商用納濾膜和組件，其中大局部 為復合型納濾膜，且其外表大多帶負電。從復合納濾膜超薄復合層的組成可分成， 以下幾類：(1) 芳香聚酰胺類復合納濾膜；(2) 聚呱嗪類復合納濾膜； (3) 磺化聚醚砜復合納濾膜；(4) 混合型復合納濾膜9。納濾技術的應用納濾技術具有很好的工業(yè)應用前景，目前已在食品工業(yè)、生物化工和制藥工業(yè)、染料工業(yè)、石化工業(yè)和廢水處理上得到了較為廣泛的應用。下面就其應用實例加以說明。 納濾在食品工業(yè)中的應用在食品工業(yè)中，納濾膜分別技術主要用來對料液進展脫鹽、脫色、脫除雜質、濃縮。如在植物油加工中，可以用納濾膜將固含量為 20%其中自由脂肪酸，含量為 2%的大豆油濃縮到 45

11、%，同時將溶劑正己烷回收循環(huán)使用并將局部酸脫除， 該方法較用正己烷直接蒸發(fā)法節(jié)能 50%10。 納濾在生物化學和制藥工業(yè)中的應用 抗生素的回收和純化11發(fā)酵法生產的抗生素廢液中含有 4%的生物殘渣/肯定鹽分和約 0.1%0.2%的抗生素。用 NF 膜可通過兩種途徑回收和純化抗生素，一種是先用溶劑萃取赤霉素、青霉素等抗生素，再用 NF 膜濃縮，透過該膜的有機溶劑，可作萃取劑循環(huán)使用， 降低本錢；另外一種是先用膜濃縮，再用溶劑萃取。這種方法可提高萃取設備的生產力量，。降低溶劑用量。另外，納濾膜還可用于維生素 B12 的回收12和濃縮。 在氨基酸生產中的應用13,14在發(fā)酵法生產氨基酸工藝中，可先用

12、超濾膜將發(fā)酵液中的酵母菌截留并回收利用，透過液經納濾膜或反滲透膜進展?jié)饪s，再經結晶法獲得高純度的氨基酸產品，能同季節(jié)約菌種培育費和分別能耗。另外用納濾膜可將氨基酸生產中殘液進展回收濃縮，既可提高產量，又可削減對環(huán)境的污染。這類例子有金槍魚發(fā)酵液的處理13和賴氨酸發(fā)酵液殘液的回收濃縮等14。此外，納濾還用于肽和多肽的濃縮和純化11。 納濾在石化工業(yè)中的應用在石化生產中，很多加工過程是有催化劑參與的11,15。反響中有相當一局部催化劑未消耗掉或根本未消耗，而有些催化劑價格是很昂貴的，為降低本錢，可用納濾膜將該類催化劑從有機溶劑中濃縮出來并循環(huán)使用。同時將已分別出催化劑的有機溶劑直接進入反響器中循環(huán)

13、使用。這類應用早已用在烯烴加氫甲酰化的 Co， P 復合催化劑的生產過程中。此外，納濾還可以用于潤滑油的精煉和從，脫瀝青原油中提取輕質油。 納濾在污水處理方面的應用，石化行業(yè)的廢水主要有：含油、含溶劑、含硫、含堿、含鹽、含酚廢水及生產用廢水16。這些廢水成分格外簡單，處理起來較困難，一般承受化學淤漿法和生化降解法較多，但效果不抱負。目前有些污水處理可用納濾膜分別技術和其他技術結合起來，回收有用物質，效果較好。此外，納濾還可用在含重金屬離子廢水的處理和對苯二甲酸的回收等方面。對含有鎘、汞、鎳、鈦等重金屬高價離子的廢水，可以用納濾膜在較低壓力下高效地將它們脫除，費用較反滲透等其他方法低得多17。納

14、濾同絡合工藝結合可用于從含大量鈉鹽的溶液中回收銫，和鍶所用的絡合劑是各種各樣的水溶性含間苯二酚芳香類基團18。納濾在其他方面的應用納濾分別技術同超臨界 CO2 萃取相結合可用來純化低分子量化合物最高達1500g/mol。CEACommissariata1EnergieAtomique公司已制出這種耐臨界條件的納濾膜，對從魚油中提取的甘油三酯進展分級分別，濃縮一些引發(fā)心血管疾病的脂肪酸。也可從胡蘿卜油或胡蘿卜種子中提純 -胡蘿卜素19，在下一篇報告中，成功地將納濾分別技術應用于活性染料的脫鹽、濃縮，大大提高活性染料的品質。超濾膜及其應用超濾膜的性能超濾是一種篩孔過濾過程，它由兩個因素打算膜的分別

15、特性： (1)溶質溶劑膜材質的相互作用，相互作用力包括范德華作用力、靜電力和氫鍵作用力。溶質 分子在膜外表或膜孔壁上受到吸引或排斥，影響膜對溶質的分別力量； (2) 溶質分子尺寸和膜孔尺寸的相比照較，即膜的平均孔徑及尺寸分布影響膜的分別特性。超濾膜的操作推動力為壓力差，工作壓力為 0.050.5MPa，膜通量為 5L/(m2.hr)， 用于分別分子量在 51021106 之間的大分子。膜材料已有多種高分子材料的超濾膜商品化，目前應用最廣的是醋酸纖維素膜和聚砜膜。醋酸纖維素膜 pH 適用范圍小，易生物降解，不耐高溫；聚砜膜雖然耐高溫、耐酸堿、耐細菌腐蝕，但親水性差，制出的膜針孔很多，不易制出截留

16、分子量小透水速度高的超濾膜。正在爭辯中的超濾膜有：聚砜、聚芳砜、聚醚酰胺、聚砜酰胺、聚偏氟乙烯、磺化聚砜以及甲基丙烯酸甲酯與丙烯腈共聚物等。聚砜酰胺膜具有耐溫存耐有機 溶劑特性，并可用于水和非水溶劑，是一種具有良好特性的超濾膜20。超濾膜的應用 生物技術方面超濾無相變過程，可在常溫下進展，可以很好地保持酶的活性，因此超濾在國內外已成為生物技術中的主要分別過程，如純化胰蛋白酶 21，在酶制劑的生產中承受超濾技術對粗酶液進展?jié)饪s精制，可以生產出高質量的酶制劑。在白細胞抽提中，超濾技術還可以按分子大小進展分級分別，得到單一的活性產物 22。在生產啤酒的發(fā)酵工藝中，超濾同液相色譜連用，可連續(xù)監(jiān)測糖份、

17、乙醇、有機酸的含量23。另外在疫苗、基因生物制品、農用抗菌素、血清蛋白的制取及制藥等方面的工業(yè)生產中，超濾技術均有廣泛的應用。 乳制品方面用管狀超濾膜濃縮牛乳，可制取含蛋白質高達 50%80%的脫脂濃奶，還可制備乳鐵蛋白24。在超濾濃縮牛乳的過程中，乳糖進入透過液中，因而經超濾濃縮的牛乳是開發(fā)低乳糖制品的抱負原料。另外，用超濾濃縮牛乳加工奶酪，可以大大削減乳清蛋白的損失，提高牛乳的利用率，削減牛乳酶的消耗。牛乳或卵黃中的特異性抗體可進展被動免疫來預防和治療人的一些疾病，這些特異性抗體對胃腸道病原菌，如大腸桿菌、志賀氏菌、輪狀病毒霍亂和幽門螺桿菌等引起的胃腸炎具有顯著的預防和治療作用25；除此之

18、外還可用于齲齒的預防26。我國進入 90 年月后也開頭著手這方面的爭辯，且已取得肯定成果，利用中空纖維超濾器對免疫初特異性的抗體進展?jié)饪s與分別，可制備免疫抗體濃縮物27。 工業(yè)廢水處理，超濾可廣泛用于工業(yè)廢水處理，如味精行業(yè)排放的廢水中含有大量菌體，超濾對味精廢水中菌體的去除率可到達 99以上，另外超濾對印染紡織工業(yè)廢水處理，造紙工業(yè)廢水處理、廢水脫色等很多方面亦格外有效，國外 90的汽車行業(yè)都承受超濾技術回收電泳漆廢水中的涂料。超濾技術同含聚丙烯酸的絡合劑絡合工藝結合，可以除掉電鍍廢水中的銅、鎳、鋅等金屬離子 28。超濾和光催化工藝相結合處理船艙底部的水，可除掉水中的油，到達排放入大海的標準

19、 29。對于低放射性水平的廢水，用分子量很高的絡合基團同放射性的陽離子或低分子量的分子絡合后，經超濾膜純化，可大大降低其放射性30。從生產焦煤的礦區(qū)排出來的廢水含大量的苯酚及其衍生物和氰化物，對環(huán)境造成很大的污染，必需經過處理才能排放。文獻31報道了這個問題的解決方案， 酶催膜制成的超濾膜對該廢水進展生物處理，除掉苯酚和氰化物這些有毒物質， 避開這些有毒物質同城市污水相混合造成污染。超濾技術還可用來除掉水溶液中腐殖質和金屬離子的混合物32。在軟化水廠，超濾與反滲透相結合用來軟化水制備鍋爐用水33。 飲料水處理超濾技術處理飲料水，一般承受截留分子量為 5 萬的膜較為適宜，因其膜孔徑小于 0.01

20、um，細菌完全可以被除去，而礦泉水中的微量元素的直徑比膜孔小， 可以順當通過膜。由于其既能保存礦泉水的養(yǎng)分與風味，同時又具有較高的膜通量，所以自然礦泉水的處理特別宜承受這種超濾膜。 超濾技術的其他應用超濾技術還可以用于人體組織內的病理生理學爭辯，對人體皮下組織連續(xù)進樣，在線分析組織內的葡萄糖及乳酸確實定濃度，避開在血管內安裝測濃度用， 的監(jiān)測裝置34。微濾膜及其應用，微濾膜的性能微濾膜屬篩網(wǎng)狀過濾介質，是一種孔徑格外均勻的濾膜，孔隙率高達 80%， 故過濾時阻力很小，過濾速度很快。而且微濾膜的濾層薄，質量小，對濾液中有效成分的吸附量微小，可以削減貴重物料的損失。制膜材料微濾膜的制膜材料一般為聚

21、酯、聚碳酸酯纖維素、聚酰胺、聚丙烯聚氯、乙烯及聚四氟乙烯。不同的材料制成的微濾膜有不同的應用范圍。微濾膜的應用微濾膜可以用來純化脈沖激光光束切割成單壁的碳納米管，除掉與之共存的碳納米球，金屬納米粒子聚芳香碳及碳納米管的碎片35，錯流微濾可以在萃取工 藝中分別乳濁液回收苯酚、乙酸、二羥乙酸等有機溶質36，也可以在生產可溶性 甲苯硅烯醇醚中用來提純，除掉副產物氯化鈉和碘化三乙基胺37。在食品工業(yè)中微濾用于飲料與酒的澄清。疏水性的微濾膜還可以分別醇類與水組成的兩相混合物，醇類是作為透析液，其膜通量及分別效果取決于醇在水中的溶解度和醇自身的粘度38。此外微濾在醫(yī)藥、醫(yī)療及無菌液料的制備等方面均 有廣泛

22、的應用。對于瓷器生產商來說，含大量粘土和釉的廢水處理一般都是用聚沉、絮凝、沉降等化學處理方法，F(xiàn)iggjoAS 公司改用微濾的方法，可以從廢水中回收粘土和釉，節(jié)約了場地及化學處理帶來的經濟開支39。最近幾年進展起來的高通量微濾 膜由于其單一的孔徑分布，可以用于臨界細胞的分別、粒子分析系統(tǒng)、單一的過濾法40。在膜分別技術的應用中，有時并不單純是某一種分別膜技術的應用，而是多 種膜分別技術的結合。例如從發(fā)酵液廢液中回收谷氨酸，就是用微濾或超濾技術 同反滲透技術相結合的方法41。聚酯纖維一般用強堿水解重整來提高纖維性能， 水解后廢水中含有肯定的水解產物，首先用超濾將廢水中的懸浮固體和膠體去除， 再將

23、透過液酸化成對苯二甲酸，經納濾濃縮后重用來生產聚酯纖維 42。納濾技術與反滲透技術組合，可用來除掉地下水中的硝酸鹽，第一步納濾處理可，以.除掉導致反滲透膜堵塞的硫酸鈣和碳酸鈣，提高其次步反滲透膜處理的工作效率43。因此，以上所爭辯的各種膜分別技術在應用方面的分類有時并不是很準確的，應依據(jù)所要分別物質的性質選擇適宜的膜分別方案，有可能要將多種膜分別技術結合起來使用。膜分別技術的開發(fā)焦點膜分別技術由于具有不發(fā)生相變化、操作便利、操作溫度在室溫左右以及不污染環(huán)境等優(yōu)點，是解決人類面臨的能源資源危機和環(huán)境污染等重大問題的一項高技術。目前已廣泛應用于電子、化工、輕工、紡織、食品加工等領域的產品分別、廢水

24、處理和資源回收等。隨著膜分別技術的進一步進展與推廣，對膜的要求越來越高，如高選擇、性耐污染性、物理化學穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性以及耐用性等等。膜分別技術目前爭辯開發(fā)的焦點是 膜的選擇性； 過程的比產值； 操作的牢靠性。不同的膜過程對這些問題的要求與目前爭辯白決的程度相差甚遠。 選擇性：膜的選擇性即膜進展所要求分別的力量，在某些膜過程，選擇性問題已根本解決，而在其他膜處理過程中，則還是關鍵的問題。反滲透納濾、超濾和微濾這幾種液相膜分別的選擇性都已到達分別應用的水平，而另一方面，在氣體分別和滲透汽化中，膜的選擇性仍是有待進一步提高的問題。 比產值：膜組件的比產值或單位本錢的分別力量對膜過程的經濟性有直接的

25、影響。膜 材料、膜構造和膜組件的裝填密度都影響膜裝置的本錢。選用具有高滲透性的膜 材質，削減膜的厚度，承受經濟的方法制造高填充密度的膜組件都可削減膜過程 的費用，在不同的膜過程，這局部費用可能對整個膜過程的經濟性影響并不一樣。 操作的牢靠性：操作的牢靠性在全部膜分別技術中都格外的重要，影響牢靠性的因素因膜過程的不同而不同，膜污染是影響操作牢靠性的打算性因素，對于反滲透來說，膜的穩(wěn)定性差則是導致其操作不行靠性的主要因素。參考文獻1. 楊綺聯(lián) 膜分別科學與技術 3 4 : 46-49 1983ACWa Services Ltd, Membrane Technology. Newsletter, 8

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