功能高分子03-高分子分離膜與膜分離技術(shù)

第三章

高分子分離膜與膜分離技術(shù)內(nèi)容提綱1.概述3.高分子分離膜材料4.高分子分離膜的制備2.高分子分離膜分離原理5.膜過程及應(yīng)用隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展和人類對物質(zhì)利用廣度的開拓，物質(zhì)的分離已成為重要的研究課題。分離的類型包括同種物質(zhì)按不同大小尺寸的分離；異種物質(zhì)的分離；不同物質(zhì)狀態(tài)的分離等。在化工單元操作中，常見的分離方法有篩分、過濾、蒸餾、蒸發(fā)、重結(jié)晶、萃取、離心分離等。然而，對于高層次的分離，如分子尺寸的分離、生物體組分的分離等，采用常規(guī)的分離方法是難以實現(xiàn)的，或達(dá)不到精度，或需要損耗極大的能源而無實用價值，膜分離則可以很好地解決這個問題。1概述膜分離技術(shù)是利用膜對混合物中各組分的選擇滲透性能的差異來實現(xiàn)分離、提純和濃縮的新型分離技術(shù)。膜分離過程的共同優(yōu)點是成本低、能耗少、效率高、無污染并可回收有用物質(zhì)，特別適合于性質(zhì)相似組分、同分異構(gòu)體組分、熱敏性組分、生物物質(zhì)組分等混合物的分離，因而在某些應(yīng)用中能代替蒸餾、萃取、蒸發(fā)、吸附等化工單元操作。實踐證明，當(dāng)不能經(jīng)濟(jì)地用常規(guī)的分離方法得到較好的分離時，膜分離作為一種分離技術(shù)往往是非常有用的。并且膜技術(shù)還可以和常規(guī)的分離方法結(jié)合起來使用，使技術(shù)投資更為經(jīng)濟(jì)。1.1膜分離技術(shù)簡史1748年，A.Nelkt發(fā)現(xiàn)水能自動地擴(kuò)散到裝有酒精的豬膀胱內(nèi)，開創(chuàng)了膜滲透的研究。1861年，A.Schmidt首先發(fā)現(xiàn)，使用比濾紙孔徑更小的棉膠膜或賽璐酚膜過濾時，在溶液側(cè)施加壓力，使膜的兩側(cè)產(chǎn)生壓力差，即可分離溶液中的細(xì)菌、蛋白質(zhì)、膠體等微小粒子，其精度比濾紙高得多，稱為微孔過濾。1935年，Teorell發(fā)明了離子交換膜，并于1949年由Juda和McRae完成實用化。離子交換膜在氯堿工業(yè)的升級改造中起到?jīng)Q定性作用。1927年，固液分離的微濾膜在德國被發(fā)明，1950年在美國實現(xiàn)工業(yè)化。1950年起，為使海水淡化，開始反滲透膜的研究。1960年以來，膜科學(xué)進(jìn)入快速發(fā)展期。1961年，A.S.Michealis等使用高分子電解質(zhì)混合物，以水-丙酮-溴化鈉為制膜劑，獲得超過濾膜，可截留不同分子量的化合物。美國Amicon公司首先將這種膜商品化。1967年，DuPont公司研制出以尼龍-66為主體的中空纖維反滲透膜組件。同一時期，丹麥DDS公司研制成功平板式反滲透膜組件。反滲透膜開始工業(yè)化。自上世紀(jì)60年代中期以來，膜分離技術(shù)真正實現(xiàn)了工業(yè)化。首先出現(xiàn)的分離膜是超過濾膜（簡稱UF膜）、微孔過濾膜（簡稱MF膜）和反滲透膜（簡稱RO膜）。除上述三大膜外，其他類型的膜也獲得很大的發(fā)展。80年代氣體分離膜的研制成功，使功能膜的地位又得到了進(jìn)一步提高。具有分離選擇性的人造液膜是Martin在60年代初研究反滲透時發(fā)現(xiàn)的，這種液膜是覆蓋在固體膜之上的，為支撐液膜。60年代中期，黎念之發(fā)現(xiàn)含有表面活性劑的水和油能形成界面膜，從而發(fā)明了不帶有固體膜支撐的新型液膜。70年代初，卡斯勒（Cussler）又研制成功含流動載體的液膜，使液膜分離技術(shù)具有更高的選擇性。1.2高分子分離膜的定義分離膜是指能以特定形式限制和傳遞流體物質(zhì)的分隔兩相或兩部分的界面。膜的形式可以是固態(tài)的，也可以是液態(tài)的。被膜分割的流體物質(zhì)可以是液態(tài)的，也可以是氣態(tài)的。膜至少具有兩個界面，膜通過這兩個界面與被分割的兩側(cè)流體接觸并進(jìn)行傳遞。分離膜對流體可以是完全透過性的，也可以是半透過性的，但不能是完全不透過性的。膜在生產(chǎn)和研究中的使用技術(shù)被稱為膜技術(shù)。膜分離過程的主要特點是以具有選擇透過性的膜作為分離的手段，實現(xiàn)物質(zhì)分子尺寸的分離和混合物組分的分離。膜分離過程的推動力有濃度差、壓力差和電位差等。膜分離過程可概述為以下三種形式：滲析式膜分離料液中的某些溶質(zhì)或離子在濃度差、電位差的推動下，透過膜進(jìn)入接受液中，從而被分離出去。屬于滲析式膜分離的有滲析和電滲析等；過濾式膜分離利用組分分子的大小和性質(zhì)差別所表現(xiàn)出透過膜的速率差別，達(dá)到組分的分離。屬于過濾式膜分離的有超濾、微濾、反滲透和氣體滲透等；液膜分離液膜與料液和接受液互不混溶，液液兩相通過液膜實現(xiàn)滲透，類似于萃取和反萃取的組合。溶質(zhì)從料液進(jìn)入液膜相當(dāng)于萃取，溶質(zhì)再從液膜進(jìn)入接受液相當(dāng)于反萃取。膜分離過程沒有相的變化(滲透蒸發(fā)膜除外)，常溫下即可操作；由于避免了高溫操作，所濃縮和富集物質(zhì)的性質(zhì)不容易發(fā)生變化，因此在膜分離過程食品、醫(yī)藥等行業(yè)使用具有獨特的優(yōu)點；膜分離裝置簡單、操作容易，對無機(jī)物、有機(jī)物及生物制品均可適用，并且不產(chǎn)生二次污染。由于上述優(yōu)點，近二三十年來，膜科學(xué)和膜技術(shù)發(fā)展極為迅速，目前已成為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防、科技和人民日常生活中不可缺少的分離方法，越來越廣泛地應(yīng)用于化工、環(huán)保、食品、醫(yī)藥、電子、電力、冶金、輕紡、海水淡化等領(lǐng)域。①按膜的材料分類②按分離功能分類分離膜、緩釋膜、保護(hù)膜、支撐膜類別膜材料舉例纖維素酯類纖維素衍生物類醋酸纖維素，硝酸纖維素，乙基纖維素等非纖維素酯類聚砜類聚砜，聚醚砜，聚芳醚砜，磺化聚砜等聚酰(亞)胺類聚砜酰胺，芳香族聚酰胺，含氟聚酰亞胺等聚酯、烯烴類滌綸，聚碳酸酯，聚乙烯，聚丙烯腈等含氟(硅)類聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯，聚二甲基硅氧烷等其他殼聚糖，聚電解質(zhì)等1.3分離膜的分類③按膜的分離原理及適用范圍分類根據(jù)分離膜的分離原理和推動力的不同，可將其分為微孔膜、超過濾膜、反滲透膜、納濾膜、滲析膜、電滲析膜、滲透蒸發(fā)膜等。④按膜斷面的物理形態(tài)分類根據(jù)分離膜斷面的物理形態(tài)不同，可將其分為平板膜、管式膜、中空纖維膜、對稱膜，不對稱膜、復(fù)合膜等。⑤按分離物質(zhì)的物態(tài)和品種分類氣體分離膜、液體分離膜、液體分離膜、離子分離膜和微生物分離膜。⑥按膜的形成過程分類沉積膜、相變形膜、溶劑注膜、燒結(jié)膜、動態(tài)成型膜。⑦按膜結(jié)構(gòu)和形態(tài)分類致密膜、微孔膜、非對稱膜、復(fù)合膜、離子交換膜。⑧按膜的功能分類分離功能膜（包括氣體分離膜、液體分離膜、離子交換膜、化學(xué)功能膜）、能量轉(zhuǎn)化功能膜（包括濃差能量轉(zhuǎn)化膜、光能轉(zhuǎn)化膜、機(jī)械能轉(zhuǎn)化膜、電能轉(zhuǎn)化膜，導(dǎo)電膜）、生物功能膜（包括探感膜、生物反應(yīng)器、醫(yī)用膜）等。膜過程推動力傳遞機(jī)理透過物截留物膜類型微濾壓力差顆粒大小形狀水、溶劑溶解物懸浮物顆粒纖維多孔膜超濾壓力差分子特性大小形狀水、溶劑小分子膠體和超過截留分子量的分子非對稱性膜納濾壓力差離子大小及電荷水、一價離子、多價離子有機(jī)物復(fù)合膜反滲透壓力差溶劑的擴(kuò)散傳遞水、溶劑溶質(zhì)、鹽非對稱性膜復(fù)合膜分離膜的基本功能是從物質(zhì)群中有選擇地透過或輸送特定的物質(zhì)，如顆粒、分子、離子等?；蛘哒f，物質(zhì)的分離是通過膜的選擇性透過實現(xiàn)的。幾種主要的膜分離過程及其傳遞機(jī)理如下表所示。1.4分離膜的過程類型膜過程推動力傳遞機(jī)理透過物截留物膜類型滲析濃度差溶質(zhì)的擴(kuò)散傳遞低分子量物、離子溶劑非對稱性膜電滲析電位差電解質(zhì)離子的選擇傳遞電解質(zhì)離子非電解質(zhì)，大分子物質(zhì)離子交換膜氣體分離壓力差氣體和蒸汽的擴(kuò)散滲透氣體或蒸汽難滲透性氣體或蒸汽均相膜、復(fù)合膜，非對稱膜滲透蒸發(fā)壓力差選擇傳遞易滲溶質(zhì)或溶劑難滲透性溶質(zhì)或溶劑均相膜、復(fù)合膜，非對稱膜液膜分離濃度差反應(yīng)促進(jìn)和擴(kuò)散傳遞雜質(zhì)溶劑乳狀液膜、支撐液膜續(xù)上表1.5膜組件膜器件的外形主要有以下幾種：管狀膜（膜呈管狀）：組合成分離器使用。適宜連續(xù)操作，易清洗，利于動態(tài)分析和研究。但是，有效分離面積最小，耗能較高。中空纖維膜：膜材加工成中空纖維，外徑50~300mm，壁厚20mm。纖維外部加壓進(jìn)料，內(nèi)部收集分離物。易受污染，難清洗，被分離物需預(yù)處理。用于血液滲析和高純水制備。平面型分離膜：最簡單的應(yīng)用形式。自支撐膜、增強膜和支撐膜?？刹扇〔煌褂眯问?，以增加有效膜面積。2.高分子分離膜的分離原理膜是利用其對不同物質(zhì)透過性的差異來進(jìn)行分離，這種有差異的透過性稱為半透性。物質(zhì)通過分離膜有兩種方式：穿過膜材高分子鏈間的間隙，孔道起到篩分作用；物質(zhì)在膜材高分子中溶解-擴(kuò)散而穿過膜。膜對分離物質(zhì)的透過具有阻礙作用，阻礙的強弱取決于膜的多孔結(jié)構(gòu)、膜材的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)和化學(xué)結(jié)構(gòu)，同時分離物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、尺度和性質(zhì)也決定了它透過膜的能力。分離膜的兩個指標(biāo)透過性：待分離物質(zhì)在單位時間內(nèi)透過單位面積膜的質(zhì)量；選擇性：相同條件下，待分離物質(zhì)與參照物透過量的比值。透過率和選擇性依賴于膜的孔結(jié)構(gòu)、膜材料的性質(zhì)以及被分離物質(zhì)的尺度和性質(zhì)?；瘜W(xué)組成：決定了膜材的親水親油性、化學(xué)穩(wěn)定性和膜對被分離物質(zhì)的親和性，直接影響膜的溶脹性、柔韌性、毛細(xì)作用和透過性。鏈結(jié)構(gòu)：影響膜的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能和熱性能。鏈構(gòu)象：影響制膜時溶液的粘度、高分子的聚集形態(tài)。聚集態(tài)結(jié)構(gòu)和超分子結(jié)構(gòu)：直接決定膜的使用范圍、透過性和選擇性。高分子材料的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)和超分子結(jié)構(gòu)與膜制備的條件和后處理也有密切關(guān)聯(lián)。分離膜的宏觀形狀：膜厚、膜面積、膜復(fù)合的方式（膜器件的制作）——膜器件的外形。分離膜的分離機(jī)理篩分機(jī)制：待分離物質(zhì)能否透過分離膜取決于其尺度和膜的孔徑，被分離物的尺度依賴于體積、形狀和可變形性。[多孔膜的主要機(jī)理]微濾膜和超濾膜的分離過程中篩分機(jī)制起主要作用，但是其它因素也起作用，如分離膜和待分離物質(zhì)的相容性、親水性和電負(fù)性等性質(zhì)也起主要作用。膜分離過程伴隨著吸附、溶解和交換等作用，因此膜分離過程與膜的孔結(jié)構(gòu)密切相關(guān)外，還依賴于膜材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)。溶解擴(kuò)散機(jī)制：膜材料對某種物質(zhì)有一定的溶解能力。在膜的一側(cè)物質(zhì)被膜溶解，在外力作用下在膜內(nèi)擴(kuò)散，在膜的另一側(cè)被溶劑溶解。[致密膜的主要機(jī)理]在致密膜分離氣體和反滲透膜分離溶質(zhì)和溶劑時，溶解擴(kuò)散的分離過程起主要作用。分離物質(zhì)在膜內(nèi)的擴(kuò)散還與其尺度和形狀、膜的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)相關(guān)。溶解性和擴(kuò)散性的差異是分離的基礎(chǔ)。選擇性吸附機(jī)制：膜材料對某種被分離的物質(zhì)選擇性吸附，使被吸附物在膜表面富集，增加該物質(zhì)的透過率。在反滲透膜進(jìn)行水的純化和脫鹽時，選擇性吸附起重要作用。膜分離過程的驅(qū)動力濃度差驅(qū)動力：濃度不同的兩種溶液相接觸，濃度高的成分自動向低濃度區(qū)擴(kuò)散，這種擴(kuò)散來源于布朗熱運動。膜兩側(cè)溶液的濃度不同時，高濃度一側(cè)的溶質(zhì)在濃度差的驅(qū)動下透過膜而被分離，驅(qū)動力的大小稱為滲透壓，可用達(dá)到擴(kuò)散平衡時膜兩側(cè)的壓力差表示。透析膜的分離過程屬于該類情況。對于氣體的分離，濃度差體現(xiàn)為分壓差。壓力差驅(qū)動力：膜兩側(cè)的溶液處于不同壓力時，壓力高一側(cè)的物質(zhì)傾向擴(kuò)散到壓力低的一側(cè)。壓力差是強制性的驅(qū)動力。微濾、超濾、納濾和反滲透分離，透過率通常與壓力差成正比，且所需的壓力差有所不同。電場驅(qū)動力：膜兩側(cè)施加電場，帶電組分將定向移動，透過分離膜而被分離。電滲析和離子膜分離中出現(xiàn)。驅(qū)動力的大小與電場大小、電極形狀和物質(zhì)的荷電比相關(guān)。用作分離膜的材料包括廣泛的天然的和人工合成的有機(jī)高分子材料和無機(jī)材料。原則上講，凡能成膜的高分子材料和無機(jī)材料均可用于制備分離膜。但實際上，真正成為工業(yè)化膜的膜材料并不多。這主要決定于膜的一些特定要求，如分離效率、分離速度等。此外，也取決于膜的制備技術(shù)。目前，實用的有機(jī)高分子膜材料有：纖維素酯類、聚砜類、聚酰胺類及其他材料。從品種來說，已有成百種以上的膜被制備出來，其中約40多種已被用于工業(yè)和實驗室中。3.高分子分離膜材料纖維素是由幾千個椅式構(gòu)型的葡萄糖基通過1,4-β-甙鏈連接起來的天然線性高分子化合物，其結(jié)構(gòu)式為：從結(jié)構(gòu)上看，每個葡萄糖單元上有三個羥基。在催化劑（如硫酸、高氯酸或氧化鋅）存在下，能與冰醋酸、醋酸酐進(jìn)行酯化反應(yīng)，得到二醋酸纖維素或三醋酸纖維素。3.1纖維素酯類膜材料醋酸纖維素是當(dāng)今最重要的膜材料之一，醋酸丙酸纖維素、醋酸丁酸纖維素、甲殼素和甲殼胺、海藻酸鈉也都是很好的膜材料。該類膜材料原料易得，成膜性好，常用于透析、微濾、超濾、反滲透和膜電泳。醋酸纖維素性能穩(wěn)定，但在高溫和酸、堿存在下易發(fā)生水解。為了改進(jìn)其性能，進(jìn)一步提高分離效率和透過速率，可采用各種不同取代度的醋酸纖維素的混合物來制膜，也可采用醋酸纖維素與硝酸纖維素的混合物來制膜。不過，這類膜材料易受微生物侵蝕，pH值適應(yīng)范圍較窄，不耐高溫和某些有機(jī)溶劑或無機(jī)溶劑。非纖維素酯類膜材料的具有以下基本特性：分子鏈中含有親水性的極性基團(tuán)；主鏈上應(yīng)有苯環(huán)、雜環(huán)等剛性基團(tuán)，使之有高的抗壓密性和耐熱性；化學(xué)穩(wěn)定性好；具有可溶性；常用于制備分離膜的合成高分子材料有聚砜、聚酰胺、芳香雜環(huán)聚合物和離子聚合物等。3.2非纖維素酯類膜材料①聚砜類聚砜結(jié)構(gòu)中的特征基團(tuán)為，為了引入親水基團(tuán)，常將粉狀聚砜懸浮于有機(jī)溶劑中，用氯磺酸進(jìn)行磺化。聚砜類樹脂常用的制膜溶劑有：二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亞砜等。聚砜類樹脂具有良好的化學(xué)、熱學(xué)和水解穩(wěn)定性，強度也很高，pH值適應(yīng)范圍為1～13，最高使用溫度達(dá)120℃，抗氧化性和抗氯性都十分優(yōu)良。因此已成為重要的膜材料之一。這類樹脂中，目前的代表品種有：②聚酰胺類包括脂肪族聚酰胺，如尼龍-4、尼龍-66等制成的中空纖維膜，對鹽水的分離率在80％～90％之間，透水速率低(0.076ml/cm2·h)。芳香族聚酰胺的分離膜，pH適用范圍為3～11，對鹽水分離率達(dá)99.5％，透水速率為0.6ml/cm2·h。長期使用穩(wěn)定性好。由于酰胺基團(tuán)易與氯反應(yīng)，故這種膜對水中的游離氯有較高要求。DuPont公司生產(chǎn)的DP-I型膜③芳香雜環(huán)類a)

聚苯并咪唑類。如由美國Celanese公司研制的PBI膜即為此種類型。這種膜材料可用以下路線合成:b)聚苯并咪唑酮類。這類膜的代表是日本帝人公司生產(chǎn)的PBLL膜，這種膜對0.5％NaCl溶液的分離率達(dá)90％～95％，并有較高的透水速率。其化學(xué)結(jié)構(gòu)為：④聚酰亞胺類聚酰亞胺具有很好的熱穩(wěn)定性和耐有機(jī)溶劑能力，因此是一類較好的膜材料。不過聚酰亞胺溶解性差，制膜困難，因此開發(fā)了可溶性聚酰亞胺。對分離氫氣有很高的效率可溶性聚酰亞胺⑤離子性聚合物離子性聚合物可用于制備離子交換膜。與離子交換樹脂相同，離子交換膜也可分為強酸型陽離子膜、弱酸型陽離子膜、強堿型陰離子膜和弱堿型陰離子膜等。在淡化海水的應(yīng)用中，主要使用的是強酸型陽離子交換膜?；腔郾矫涯ず突腔垌磕な亲畛Ｓ玫膬煞N離子聚合物膜。聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、全氟代的磺酸樹脂和全氟代羧酸樹脂，Dupont公司產(chǎn)品Nafion膜。耐腐蝕性能突出，特別適合高腐蝕性場合，如氯堿工業(yè)、電解和燃料電池。⑥乙烯基聚合物用作膜材料的乙烯基聚合物包括聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚偏氯乙烯、聚丙烯酰胺等。共聚物包括：聚丙烯醇/苯乙烯磺酸、聚乙烯醇/磺化聚苯醚、聚丙烯腈/甲基丙烯酸酯、聚乙烯/乙烯醇等。聚乙烯醇/丙烯腈接枝共聚物也可用作膜材料。⑦其他此外，還有有機(jī)硅聚合物、含氟聚合物、甲殼系類和高分子合金膜等。膜的制備包括膜材料的制備、成膜工藝和膜功能的形成。膜材料來源于天然高分子、合成高分子和改性高分子。膜的制備工藝對分離膜的性能十分重要。同樣的材料，采取不同的制作工藝和控制條件，其性能差別很大。膜的制備工藝包括高分子溶液(或溶體)的制備、膜成型和膜的功能化三個步驟。4.高分子分離膜的制備高分子的溶解、溶液的濃縮、高分子聚集成膜和孔結(jié)構(gòu)的形成都有溶劑的參與。溶劑的選擇良溶劑：使高分子以分子狀態(tài)溶解，作為主溶劑；溶脹劑：只能使高分子溶脹，作為制孔劑；非溶劑：使聚合物從溶解狀態(tài)析出，促進(jìn)相反轉(zhuǎn)；不同類型溶劑對高分子的溶解性質(zhì)，不僅與聚合物的種類和混合溶劑的構(gòu)成相關(guān)，還依賴于溫度、pH、離子強度等外界因素。4.1高分子溶液的制備溶液濃度和粘度高濃度溶液（≤50vol%）可節(jié)省溶劑，也便于風(fēng)干。中空纖維膜用的溶液：粘度≈

100Pa·s，濃度30~40vol%；濕法平面分離膜的溶液：粘度≈10Pa·s

，濃度~20vol%；干法平面分離膜的溶液：粘度≈1Pa·s

，濃度~10vol%。溶液質(zhì)量的檢驗溶液質(zhì)量通過濁度測定來檢驗。制作不同分離膜，對溶液的濁度要求也不同。溶液輕微渾濁對制備微濾膜和超濾膜幾乎沒有不良影響，對致密膜和反滲透膜是不允許的。4.2多孔膜的制備（溶劑組合）纖維素衍生物類纖維素：溶解在羥基銅銨水溶液，以甘油作為制孔劑。纖維素衍生物硝基纖維素羥基銅氨甘油多孔膜乙酸纖維素丙酮丁醇多孔膜乙酸纖維素丙酮ZnCl2(aq),Mg(ClO4)2(aq)多孔膜三乙酸纖維素環(huán)丁砜PEG400密度膜三乙酸纖維素丙酮+二氧六環(huán)馬來酸+甲醇多孔膜全氟丁酸纖維素二氯甲烷甲醇多孔膜聚酰胺類脂肪族聚酰胺：甲酸作為溶劑。芳香族聚酰胺：DMAC作為溶劑，LiCl作為增溶劑。膜材溶劑致孔劑膜類型尼龍-66,610,11,1298%甲酸水多孔膜尼龍-6690%甲酸多孔膜聚哌嗪鄰苯二甲酰胺甲酸,氯仿,甲醇致密膜聚哌嗪鄰苯二甲酰胺甲酸甲醛多孔膜聚間苯二酸間苯二胺DMACPVP多孔膜尼龍-6N,N-二羥乙基胺多孔膜烯烴聚合物膜材溶劑致孔劑膜類型聚乙烯醇水PEG400多孔膜聚乙烯醇DMSO多孔膜聚丙烯腈DMF多孔膜聚丙烯腈65%硝酸水多孔膜聚二氟乙烯DMF甘油多孔膜聚二氟乙烯磷酸三乙酯甘油多孔膜聚氯乙烯環(huán)己酮聚二甲氨基苯乙烯多孔膜聚氯乙烯THF聚乙烯基甲醚其它高分子膜材溶劑致孔劑膜類型聚苯并咪唑DMAC+LiCl多孔膜聚苯并噻唑六氟異丙醇聚乙烯醇聚砜DMFDMSO,ZnO多孔膜聚砜二氯甲烷三氟乙醇多孔膜聚砜DMAC聚乙烯基吡咯烷酮多孔膜聚間苯二甲酸四氯苯酚酯四氯乙烷致密膜聚間苯二甲酰間苯二胺DMAC聚乙烯基吡咯烷酮多孔膜聚苯二甲酰哌嗪N-甲基吡咯烷酮LiCl多孔膜共聚物膜材溶劑致孔劑膜類型乙酸-乙酸乙烯酯共聚物甲醇/水,丙醇/水密度膜乙酸-丙烯酸鹽共聚物甲苯/異丙醇密度膜丙烯腈-甲基丙烯酸共聚物75%硝酸水多孔膜聚醚-b-聚碳酸酯二氧六環(huán)DMSO多孔膜聚醚-b-聚碳酸酯二氯甲烷異丙醇+三氟乙酸多孔膜聚醚-聚氨酯多嵌段共聚物DMF致密膜尼龍66-g-聚乙烯基亞胺甲酸致密膜尼龍66-g-聚乙酸乙烯酯甲醇致密膜聚電解質(zhì)膜材溶劑致孔劑膜類型季銨化乙烯基吡啶-丁二烯共聚物THF致密膜聚苯醚磺酸鈉氯仿/乙醇,四氯化碳/乙醇致密膜聚砜磺酸鈉THF/甲醛多孔膜Nafion(970)乙醇致密膜Nafion(1100,1120)乙醇/水,異丙醇/水致密膜4.3致密膜的制備溶液澆注法溶液的制備：溶劑的溶解能力越強，膜的結(jié)晶度越低，滲透性越好。硝酸纖維素：甲醇<乙醚/乙醇(2:1)<丙酮溶劑揮發(fā)速度：溶劑揮發(fā)越快，聚合物聚集速率越高，越易形成非晶或小晶體。溶劑揮發(fā)過程的濕度：水可能是致孔劑。高吸水溶劑、高親水性聚合物或水是聚合物強非溶劑，濕度的影響更為顯著。后處理(退火)：退火溫度高于Tg，晶區(qū)尺度增加，結(jié)晶度提高，不利氣體分離。熔融拉伸法過程：將高分子軟化、拉伸，模板壓制，冷卻成型。拉伸會導(dǎo)致取向、提高結(jié)晶度。膜的性能：確定于高分子的分子鏈結(jié)構(gòu)和聚集態(tài)結(jié)構(gòu)；如支化程度、立構(gòu)規(guī)整性、高分子的極性。后處理(退火和淬火)：退火溫度高于Tg，晶區(qū)尺度增加，結(jié)晶度提高；快速淬火，導(dǎo)致晶區(qū)尺度降低。晶體結(jié)構(gòu)影響：膜的透過率和選擇性主要是通過非晶區(qū)實現(xiàn)的。結(jié)晶度提高，透過率??；晶區(qū)限制非晶區(qū)的分子鏈運動，降低非晶區(qū)的區(qū)分能力。分子鏈的整體取向：對膜的透過率和選擇性也影響，低結(jié)晶度時表現(xiàn)突出。直接聚合法過程：制備單體溶液，澆注，使聚合反應(yīng)和膜的成型同步完成，除去溶劑。膜的品質(zhì)控制：降低聚合溫度，低于Tg，不利于結(jié)晶；加入水或低級醇，降低高分子間的氫鍵作用。該法適用于溶解性能差的高分子、熱穩(wěn)定性低的高分子、溶液法過程中出現(xiàn)嚴(yán)重相分離的高分子。4.4相轉(zhuǎn)變法制備多孔膜均相高分子溶液

降低高分子的溶解性兩相液體（高分子聚集體為分散相）改變?nèi)軇┙M成溶劑揮發(fā)溶劑交換改變溫度共混高分子溶劑揮發(fā)兩相溶膠（聚集的高分子為連續(xù)相）溶劑繼續(xù)揮發(fā)

多孔膜相反轉(zhuǎn)相轉(zhuǎn)化是指將均質(zhì)的制膜液通過溶劑的揮發(fā)或向溶液加入非溶劑或加熱制膜液，使液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔嗟倪^程。相轉(zhuǎn)化制膜工藝中最重要的方法是L-S型制膜法。它是由加拿大人勞勃（S.Leob）和索里拉金（S.Sourirajan）發(fā)明的，并首先用于制造醋酸纖維素膜。將制膜材料用溶劑形成均相制膜液，在模具中流涎成薄層，然后控制溫度和濕度，使溶液緩緩蒸發(fā)，經(jīng)過相轉(zhuǎn)化就形成了由液相轉(zhuǎn)化為固相的膜，其工藝框圖可表示如下：聚合物溶劑添加劑均質(zhì)制膜液流涎法制成平板型、圓管型；紡絲法制成中空纖維蒸出部分溶劑凝固液浸漬水洗后處理非對稱膜L-S法制備分離膜工藝流程框圖干法（全蒸發(fā)法）相轉(zhuǎn)變原理：混合溶劑中，良溶劑的沸點較低，非溶劑(溶脹劑)的沸點較高。隨著溶劑的揮發(fā)，體系中非溶劑的比例逐步增高，高分子溶液依次轉(zhuǎn)變成高分子聚集體為分散相的分散液、雙連續(xù)相液體、高分子為連續(xù)相的膠體。制膜過程：良溶劑的沸點低于非溶劑30oC；良溶劑溶解高分子，加入非溶劑，形成均相溶液或者兩相分散液；澆注到模具中，升溫或減壓以揮發(fā)溶劑；注膜液逐漸轉(zhuǎn)變成高分子為連續(xù)相的溶膠；繼續(xù)除去非溶劑，得到多孔膜。影響膜孔結(jié)構(gòu)的因素孔隙率fpore反比于雙連續(xù)相液體中高分子的體積分?jǐn)?shù)；正比于非溶劑的體積分?jǐn)?shù)；水為強非溶劑時，

fpore和孔徑正比于濕度；孔隙率fpore和孔徑正比于溶劑和非溶劑的沸點差；對于共混物，高分子相容性差，

fpore增加；但是，難以得到高分子理想溶液；高分子的分子量增加，fpore增加；非溶劑的作用（除致孔、相轉(zhuǎn)變外）難以獲得高濃度溶液；不利于粘度的提高（解決方法：增加高分子的分子量；加入增粘的高分子；降低溫度；加入氧化硅膠體）。非溶劑的用量無非溶劑：致密膜；低用量：fpore低，多形成封閉的孔道結(jié)構(gòu)，同時膜表面形成致密層，透過率降低；用量適中：膜表面致密層厚度降低，封閉孔道和開放孔道并存；用量進(jìn)一步提高：雙層結(jié)構(gòu)(致密表層和多孔內(nèi)層)

；透過率提高很快；用量繼續(xù)提高：表層消失，膜為完全多孔型結(jié)構(gòu)。濕法成膜相轉(zhuǎn)變原理：使用非溶劑置換混合溶劑中的良溶劑，體系中非溶劑的比例逐步增高，高分子溶液依次轉(zhuǎn)變成高分子聚集體為分散相的分散液、雙連續(xù)相液體、高分子為連續(xù)相的膠體。由于交換用的非溶劑是水，因此稱為濕法。溶劑交換：方法一：高分子溶液經(jīng)溶劑部分揮發(fā)，膜適當(dāng)成型，置于非溶劑中進(jìn)行溶劑交換，使溶液發(fā)生相轉(zhuǎn)變。方法二：高濃度、高濃度高分子溶液直接置于非溶劑中進(jìn)行溶劑交換，使溶液發(fā)生相轉(zhuǎn)變。進(jìn)行溶劑交換時，高分子溶液的粘度應(yīng)足夠高(>10Pa·s)，以維持溶液的一定形狀和完整性。濕法制膜使用水作為非溶劑，得到的膜為水溶脹膜。致孔劑：濕法制膜要求高濃度溶液，因此需要加入致孔劑提高孔隙率。致孔劑為高分子的溶脹劑。水和添加劑改變水的溶解性質(zhì)：加入聚電解質(zhì)，使水由非溶劑轉(zhuǎn)變成致孔劑。醇的加入：非溶劑或致孔劑；膠化溫度（向溶膠的轉(zhuǎn)變）：溫度升高，膠化速率增加，膜的孔隙率、溶脹程度和透過率增加，但是膜的選擇性降低。后處理：退火降低膜的孔隙率、透過率和微孔直徑，選擇性增加。熱法成膜相轉(zhuǎn)變原理：溶劑對高分子的溶解能力隨溫度變化顯著，如高溫時是良溶劑、低溫時是非溶劑。在高溫下配制高分子溶液，逐步降低溫度，高分子溶液轉(zhuǎn)變成高分子為連續(xù)相的膠體。成膜后，需要加入另一種溶劑將元溶劑萃取出膜。溶劑：含親水端基的烴鏈，具有表面活性。如N,

N-雙羥乙基牛脂胺(TDEA)

。高分子溶劑擠出溫度高分子溶劑擠出溫度LDPE飽和脂肪醇乙烯-丙烯酸TDEA190oCHDPETDEA250oC改性聚苯醚TDEA250oCi-PPTDEA210oCABS樹脂十二醇200oCPStTDEA200oCPMMA月桂酸210oCPVC反-二苯乙烯190oC尼龍-11環(huán)丁砜198oCSB樹脂TDEA195oC聚碳酸酯甲醇高分子輔助成膜成膜過程將一種高分子加入到另一種高分子的溶液中，改變混合物的溶解狀態(tài)，促進(jìn)溶膠化；將兩種相容性好的高分子溶解在一種溶劑中，得到粘度適當(dāng)?shù)母叻肿尤芤海⒛こ尚?；然后置于第二種溶劑中(多為水)，溶解除去其中一種聚合物，留下無表面致密層的多孔性溶膠。膜的特點：含內(nèi)部和表層結(jié)構(gòu)一致，孔徑均勻，無致密表面層，力學(xué)性能好?？紫堵逝c被溶解高分子的量相關(guān)。影響因素：兩種高分子的相容性和比例、溫度。相轉(zhuǎn)變膜的復(fù)合工藝多孔膜和致密膜的復(fù)合，膜的滲透性能取決于致密膜，多孔膜起到支撐作用，多用于氣體的分離和富集。分別制備兩種膜，然后采用機(jī)械方法將兩種膜復(fù)合；先制備多孔膜，然后將第二種高分子溶液滴加多孔膜表面，在多孔膜表面形成致密膜；先制備多孔膜，再將第二種高分子的單體溶液沉積到多孔膜表面，聚合后形成致密膜；先制備多孔膜，將某種單體的溶液沉積于多孔膜表面，再與另一種單體的溶液接觸，通過界面聚合方法在多孔膜表面形成致密膜。液膜是處于氣-液和液-液界面的半透性膜，分為乳化型液膜和支撐型液膜；分離過程中在過濾材料表面形成的液膜稱為動態(tài)成型膜。它們的共同特點是以液態(tài)形式存在，膜具有流動性；缺點是強度低、破損率高，難以實現(xiàn)穩(wěn)定操作。乳化型液膜乳化型液膜的膜材高分子具有表面活性，可將水和油乳化，形成以高分子為表面的膠囊狀分散相，液膜存在于乳液的兩相界面。將這種乳液與待處理液體混合，進(jìn)行物質(zhì)的分離。液膜分離的條件：形成油包水或水包油的乳液，類型取決于待處理液體(水或油)；該乳液在混合時穩(wěn)定。4.5液膜和動態(tài)成型膜支撐型液膜在多孔固體支撐物上形成液膜；液膜依靠液體粘度和表面張力維持一定形狀，較低的強度限制它的應(yīng)用。液膜可在支撐物表面形成，也可在內(nèi)部形成。支撐型液膜實際上是液體-固體復(fù)合膜。膜材高分子具有兩親性，成膜后高分子發(fā)生親性排列。支撐型液膜主要作為反滲透膜對水溶液進(jìn)行脫鹽，膜材高分子的親水性越強，脫鹽率高；高分子中有與水形成氫鍵的結(jié)構(gòu)對脫鹽率提高有利。實例：將0.1%的聚乙烯基甲醚/CCl4溶液涂敷于固體膜表面，溶劑揮發(fā)后形成液體膜。動態(tài)成型液膜分離過程中在多孔固體支撐物上形成的液膜；將膜材高分子的溶液直接加入到待處理的液體中，由于膜材的表面張力、粘度、分子體積、與基材的吸附作用，膜材不能透過基材的孔道，在孔道中形成液體分離膜。膜材高分子：纖維素衍生物，磺化聚苯乙烯，聚丙烯酸，聚乙烯基吡咯烷酮等，高分子分子量增加，選擇性增加，透過率降低。特點：成膜材料使用少，使用方便，設(shè)備維護(hù)容易。支撐膜的孔徑大小對液膜性能影響很大。實例：含鹽溶液中加入幾個ppm的聚乙烯基甲醚，通過固體微濾膜時，分離效率和透過率變化明顯，脫鹽率大大提高。4.6其它分離膜的制備多孔膜的制備還有溶脹密度膜工藝、拉伸半晶體多孔膜工藝和燒結(jié)多孔膜工藝。溶脹密度膜將密度膜浸于溶脹劑中，再使用非溶劑交換出溶脹劑，得到多孔膜。例如，將硝化纖維素膜浸于乙醇/水的混合溶劑中溶脹，再用水洗去膜中的乙醇，得到的分離膜可濾除水溶液中的微生物。燒結(jié)成型膜將高分子顆粒在軟化溫度附近加熱、加壓，形成多孔膜。加熱方式、加熱速率影響到物料的受熱均勻性。加入不軟化的填料，成膜后除去，可增加孔隙率。微波加熱和電阻燒結(jié)是較好的燒結(jié)方式，但需加入導(dǎo)電組分。拉伸半晶體膜半晶態(tài)高分子膜經(jīng)拉伸而形成微孔。非晶區(qū)強度低，受到過度拉伸、局部斷裂而形成微孔；晶區(qū)強度高得以保留，作為微孔膜的骨架。過程如下：形成結(jié)晶：較低溫度，以低擠出率、高拉伸率對聚丙烯拉伸成膜，形成平行拉伸方向的層狀晶區(qū)；形成半晶膜：退火處理，使晶區(qū)擴(kuò)大；拉伸成孔：在稍高于退火溫度低于熔融溫度下，延原擠出方向垂直方向?qū)δみM(jìn)行拉伸。商品Celgard2500，平均孔徑0.4mm×0.04mm，孔隙率40%，孔密度為9×109

個/cm3。特色：生產(chǎn)效率高，價格低，孔徑較易控制。分離膜的保存對其性能極為重要。主要應(yīng)防止微生物、水解、冷凍對膜的破壞和膜的收縮變形。微生物的破壞主要發(fā)生在醋酸纖維素膜，而水解和冷凍破壞則對任何膜都可能發(fā)生。溫度、pH值不適當(dāng)和水中游離氧的存在均會造成膜的水解。冷凍會使膜膨脹而破壞膜的結(jié)構(gòu)。膜的收縮主要發(fā)生在濕態(tài)保存時的失水。收縮變形使膜孔徑大幅度下降，孔徑分布不均勻，嚴(yán)重時還會造成膜的破裂。當(dāng)膜與高濃度溶液接觸時，由于膜中水分急劇地向溶液中擴(kuò)散而失水，也會造成膜的變形收縮。4.7分離膜的保存5.膜過程及其應(yīng)用按照膜特征、驅(qū)動力和分離特點，膜分離過程主要分為六大類：氣-氣或氣-液分離透析電滲析微濾超濾反滲透分離方法分離結(jié)果及產(chǎn)物驅(qū)動力分離依據(jù)分離機(jī)理遷移物質(zhì)氣-氣、氣-液分離某種成分富集濃度差分壓差尺度和溶解度擴(kuò)散和溶解所有成分透析分開大分子物質(zhì)和小分子物質(zhì)濃度差尺度和溶解度擴(kuò)散、溶解和過濾小分子物質(zhì)電滲析1.分開不同離子2.離子置換電場力離子移動離子交換離子定向移動小分子離子微濾除去顆粒雜質(zhì)壓力差尺度篩分小分子溶質(zhì)和溶劑超濾分開大分子物質(zhì)和小分子物質(zhì)大分子溶液的分級壓力差尺度篩分小分子溶質(zhì)反滲透脫鹽純化溶劑有效壓力差尺度、溶解和吸附選擇吸附和毛細(xì)作用水或溶劑5.1濃度差驅(qū)動的膜分離有濃度差存在時，物質(zhì)發(fā)生由高濃度區(qū)域向低粘度區(qū)域的遷移，稱為擴(kuò)散。物質(zhì)的擴(kuò)散由布朗運動導(dǎo)致，擴(kuò)散的結(jié)果是濃度差消失。擴(kuò)散通量(J)與濃度梯度成正比。D為擴(kuò)散系數(shù)，是溫度的函數(shù)，與擴(kuò)散物質(zhì)和擴(kuò)散介質(zhì)相關(guān)。?C/?x為濃度梯度，擴(kuò)散方向為濃度梯度的反方向。濃度差越高、擴(kuò)散路程越短，擴(kuò)散通量越高。氣-氣和氣-液分離的膜過程氣體對膜的透過通量(J)和透過系數(shù)(P)A為分離膜的有效表面積，l為膜厚；Dpi為氣體i在膜兩側(cè)的分壓差，D為氣體的擴(kuò)散系數(shù)，S為氣體在膜的溶解度函數(shù)。膜對氣體的選擇透過性分離因子（a）

：a=Pi/Pj富集因子（d）：影響氣體透過性的因素分子鏈/鏈段運動快，氣體透過性高；溫度降低，分子間作用力強，結(jié)晶度增加，氣體透過率減弱。使用溫度和Tg之間的差值，影響到分子鏈的運動。晶態(tài)結(jié)構(gòu)：氣體在非晶區(qū)的擴(kuò)散系數(shù)較晶區(qū)的高；晶區(qū)的尺寸和形狀對透過率也有影響；膜的退火和淬火處理影響結(jié)晶程度，從而也影響氣體透過。氣體透過率增加，一般以選擇性降低作為代價。氣體和膜的相互作用相互作用弱：擴(kuò)散系數(shù)與氣體分子直徑的倒數(shù)成線性關(guān)系。相互作用強：擴(kuò)散系數(shù)明顯增加。氣體分離膜的性能氣體分離多使用致密膜。不同高分子對氫氣的透過性和對H2/N2的選擇性高分子PH2/ml·STP·cm/(cm3·s·cmHg)分離系數(shù)（aH2/N2/）硅橡膠100~9001.5~3.0橡膠50~3002.0~4.0聚苯醚50~10010~20取代聚砜20~7015~25PC,聚砜0.5~2025~75聚酯,尼龍0.5~3.050~150PAN0.1~1.0100~1000氣體分離膜可用于氧氣和氮氣的生產(chǎn)、蔬菜和水果的保鮮、合成氨工業(yè)中的氫氣分離、三次采油的油氣分離。蔬菜和水果的保鮮：防止水分脫離，排除CO2，納入O2；三次采油的油氣分離：向油層中打入CO2和N2等惰性氣體，提高采油率；將返回地面的惰性氣體與天然氣、H2S分開。H2的分離：美國Monsanto公司的Prism中空纖維復(fù)合氣體分離膜。由聯(lián)苯四甲酸二酐和芳香族二胺聚合而成的聚酰亞胺是高效氫氣分離膜材料，具有抗腐蝕、耐高溫和機(jī)械性能高等優(yōu)點。O2的分離富集：富氧膜的材料主要有聚硅氧烷和含三甲基硅烷基的高分子。聚硅氧烷是目前工業(yè)化應(yīng)用的氣體分離膜中P氧最高的膜材料，但是它分離選擇性低，難以制備超薄膜。膜蒸發(fā)分離過程（滲透蒸發(fā)）。在適當(dāng)溫度和壓力下，液體混合物在膜兩側(cè)的蒸汽分壓差不同。該方法可用于恒沸物和近沸點物的分離。滲透蒸發(fā)分離示意圖(真空氣化)中石油錦州異丙醇脫水裝置（滲透蒸發(fā)）透析過程擴(kuò)散過程，受濃度梯度驅(qū)動，用于溶液中小分子溶質(zhì)的分離。溶質(zhì)對膜的透過通量（Js）為血液透析是膜透析的最重要應(yīng)用領(lǐng)域，代替腎臟除去尿毒癥患者血液中的脲、肌酸酐等有毒小分子，以及藥物中毒者血液中的小分子毒物。膜透析還可用于制藥工業(yè)中的脫鹽、人造絲工業(yè)中回收浸液中的堿、冶金工業(yè)中回收廢酸?？刂漆尫胚^程目的是調(diào)節(jié)活性物質(zhì)的效用發(fā)揮時間，這些物質(zhì)包括藥物、香料、農(nóng)藥和化肥等。5.2電場力驅(qū)動的膜分離帶電荷的物質(zhì)在電場力和膜透過制約的共同作用下被分離。電滲析原理最常見的形式是帶電粒子（或離子）在電場作用下通過聚陽離子或聚陰離子構(gòu)成的離子交換膜，從而實現(xiàn)與其它離子和非離子物質(zhì)的分離?？捎糜陔娊赓|(zhì)與非電解質(zhì)的分離、不同電解質(zhì)的分離、電解質(zhì)溶液的稀釋或濃縮、離子交換等。電滲析的主要依據(jù)：物質(zhì)在電場中所受電場力的大小和方向不同。離子交換膜只允許與聚電解質(zhì)反離子相同電荷的離子通過，如陽離子交換樹脂作為膜材，聚電解質(zhì)帶負(fù)電荷，離子交換膜允許正離子透過。電滲析原理示意圖++++++陽極－－－－－－陰極Cl-Na＋陽膜陽極室Cl-Cl-Cl-Na＋Na＋Cl-Na＋Na＋Cl-Cl-Na＋Na＋濃縮室淡化室濃縮室陰極室陰膜陽膜陰膜電滲析的次要過程反離子的遷移：有少量與離子交換膜解離離子電荷相反的離子透過膜，即陰離子透過陽膜，陽離子透過陰膜。電解質(zhì)濃差擴(kuò)散：由于膜兩側(cè)溶液濃度不同，在濃度差作用下，電解質(zhì)由濃室向淡室擴(kuò)散，擴(kuò)散速度隨濃度差的增高而增長。水的透過：由濃度差、水合離子的遷移和壓力差導(dǎo)致。水的電離：電流密度與液體流速不匹配時，電解質(zhì)離子未能及時地補充到膜的表面，造成膜淡水側(cè)發(fā)生電離，以補充淡水側(cè)離子不足。電滲析應(yīng)用氯堿工業(yè)（電解法制備氯氣和NaOH）膜電解法生產(chǎn)氯堿中離子交換膜的性能要求：對陽離子透過的選擇性高，不允許氯離子透過；較好的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強度；較高的電導(dǎo)率、潤濕性和吸附性，保證有較高的電流效率。陽離子交換膜的發(fā)展歷史第一代：烴類高分子為基材，化學(xué)穩(wěn)定性差；1950s；第二代：全氟磺化聚合物(XR樹脂)，1960起；第三代：全氟羧酸型樹脂。膜電解法生產(chǎn)氯堿原理示意圖稀鹽水(重新配制食鹽水)水，含少量NaOHNaOH溶液Cl2H2精制飽和NaCl溶液膜電解法生產(chǎn)氯堿中離子交換膜制備問題膜的機(jī)械強度：PTFE纖維或網(wǎng)進(jìn)行增強；增加膜厚；膜的陽離子選擇性：膜材化學(xué)結(jié)構(gòu)調(diào)控和膜孔結(jié)構(gòu)調(diào)控；膜的電流效率：降低膜厚；消除膜對氣體的吸附。電滲析還可用于檸檬汁脫酸和海水淡化。氯堿中使用的Nafion膜還是氫氧燃料電池的實用性質(zhì)子交換膜。正極陰離子交換膜負(fù)極+固定離子Cl-Na+-電滲析器海水的淡化5.3壓力驅(qū)動的膜分離這種方式的膜分離使用頻率最高、應(yīng)用范圍最廣，設(shè)備簡單，分離可控性好。在壓力差的作用下，被分離體系中的所有物質(zhì)都有從高壓力的一側(cè)向低壓力一側(cè)遷移的趨勢。膜兩側(cè)壓力差的獲得：在給料一側(cè)施加正壓，此為正壓分離；在收料一側(cè)減壓，此為負(fù)壓分離。壓力膜分離分為微濾、超濾、納濾和反滲透，它們?nèi)炕虿糠值匾蕾囉诒环蛛x物質(zhì)的尺度、形狀、膜的孔徑。過濾譜圖分離過程通過物質(zhì)的分子量操作壓力MPa孔隙率%孔徑范圍nm孔密度個/cm2微濾極大0.1~0.270100~1000109超濾103~1060.1~0.56010~1001011納濾102~1030.5~5501~101012反滲透10~1021~10<50<1>1012膜分離特征分離膜的特點不同膜分離技術(shù)分離特征與分離膜特點的比較微孔過濾技術(shù)微孔膜是均勻的多孔薄膜，厚度在90～150μm左右，過濾粒徑在0.025～10μm之間，操作壓在0.01～0.2MPa。微孔膜的主要優(yōu)點為：孔徑均勻，過濾精度高。能將液體中所有大于制定孔徑的微粒全部截留；孔隙大，流速快。一般微孔膜的孔密度為107孔/cm2，微孔體積占膜總體積的70％～80％。由于膜很薄，阻力小，其過濾速度較常規(guī)過濾介質(zhì)快幾十倍；無吸附或少吸附。微孔膜厚度一般在90～150μm之間，因而吸附量很少，可忽略不計。無介質(zhì)脫落。微孔膜為均一的高分子材料，過濾時沒有纖維或碎屑脫落，因此能得到高純度的濾液。微孔膜的缺點：顆粒容量較小，易被堵塞；使用時必須有前道過濾的配合，否則無法正常工作。微孔膜技術(shù)的應(yīng)用：微粒和細(xì)菌的過濾?？捎糜谒母叨葍艋?、食品和飲料的除菌、藥液的過濾、發(fā)酵工業(yè)的空氣凈化和除菌等。微粒和細(xì)菌的檢測。微孔膜可作為微粒和細(xì)菌的富集器，從而進(jìn)行微粒和細(xì)菌含量的測定。氣體、溶液和水的凈化。大氣中懸浮的塵埃、纖維、花粉、細(xì)菌、病毒等；溶液和水中存在的微小固體顆粒和微生物，都可借助微孔膜去除。食糖與酒類的精制。藥物的除菌和除微粒。超濾技術(shù)超濾和超濾膜的特點：其過濾粒徑介于微濾和反滲透之間，約5～10nm，在0.1～0.5MPa

的靜壓差推動下截留各種可溶性大分子，如多糖、蛋白質(zhì)、酶等相對分子質(zhì)量大于500的大分子及膠體，形成濃縮液，達(dá)到溶液的凈化、分離及濃縮目的。超濾技術(shù)的核心部件是超濾膜，分離截留的原理為篩分，小于孔徑的微粒隨溶劑一起透過膜上的微孔，而大于孔徑的微粒則被截留。膜