膜分离技术的简介及发展现状

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1、膜分离技术的简介及发展现状黄卫东赵冬冬黄市理工学院化材学院05级生物化工本 2008年5月10 日 摘要：膜分离是在 20世纪60年代迅速发展起的一门分离技术，膜分离主要包括 分离、浓缩、纯化和精制等功能且操作简单、易于操作，因此目前膜分离技术被 广泛应用于供水、制药、食品、环保、废品回收、水的淡化等工业生产过程中， 产生了巨大的经济效益和社会效益。本文首先介绍了膜分离技术中的一些概念、 膜的种类及其原理，然后介绍了一些常见的膜分离过程在实际生产中的应用；最 后介绍了我国膜分离技术的发展概况及前景。Membrane-Seperating technology is a separating t

2、echnology which developed fast in the 1960s. This technology involves in various functions like separating 、 concrntrating 、 purifying and refining,what else, for its easily to operate its now widely used in the fields of water supplyment 、 medicine production、 food、environment protecting、waste wate

3、r recycling and so on, make great economical and social benefits. This passage first explain some concepts membrane technology 、 main theory involved and sort of it.1. 膜分离技术简介1.1 膜的定义 膜是一种起分子级分离过滤作用的介质，当溶液或混和气体与膜接触时，在压力下，或电场作用下，或温差作用下，某些物质可以透过膜，而另些物质则被选择性的拦截，从而使溶 液中不同组分，或混和气体的不同组分被分离,这种分离是分子级的分离。12

4、膜的种类分离膜包括：反渗透膜(0. 00010. 005p m)，纳滤膜(0. 0010. 005p m)，超滤膜(0. 0010. 1p m)，微滤膜(0. 1lp m)、电渗析膜、渗透气化膜、液体膜、气体分离膜、 电极膜等。他们对应不同的分离机理，不同的设备，有不同的应用对象。膜本身可以由聚合 物,或无机材料，或液体制成，其结构可以是均质或非均质的，多孔或无孔的，固体的或液 体的，荷电的或中性的。膜的厚度可以薄至100p m,厚至几毫米。不同的膜具有不同的微观 结构和功能，需要用不同的方法制备。制膜方法一直是膜领域的核心研究课题,也是各公司 严格保密的核心技术。1.3 膜分离技术的定义 把

5、上述的膜制成适合工业使用的构型，与驱动设备（压力泵、或电场、或加热器、或真 空泵） 、阀门、仪表和管道联成设备。在一定的工艺条件下操作,就可以来分离水溶液或混 和气体。透过膜的组分被称为透过流分。这种分离技术被称为膜分离技术。1.4 膜分离技术的原理现代膜分离技术分离的根本原理在于膜具有选择透过性。膜分离法是用天然 或人工合成的高分子薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分 的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法，可用于液相和气相。对于液 相分离，可用于水溶液体系、非水溶液体系、水溶胶体系以及含有其他微粒的水 溶液体系。以下重点介绍反渗透的基本原理、微滤原理及超滤原理。141

6、 反渗透的基本原理当纯水和盐水被理想半透膜隔开，理想半透膜只允许水通过而阻止盐通过， 此时膜纯水侧的水会自发地通过半透膜流入盐水一侧，这种现象称为渗透，若在 膜的盐水侧施加压力，那么水的自发流动将受到抑制而减慢，当施加的压力达到 某一数值时，水通过膜的净流量等于零，这个压力称为渗透压力，当施加在膜盐 水侧的压力大于渗透压力时，水的流向就会逆转，此时，盐水中的水将流入纯水 侧，上述现象就是水的反渗透（RO）处理的基本原理。142 微滤原理 微滤也是利用微滤膜的筛分机理，在压力驱动下，截留直径在0.11pm之间的 颗粒，如悬浮物、细菌、部分病毒及大尺寸胶体，多用于给水预处理系统。143 超滤原理超

7、滤是利用超滤膜的微孔筛分机理，在压力驱动下，将直径为0.002-0.1m之间的颗粒和杂质截留，去除胶体、蛋白质、微生物和大分子有机物。应用于锅炉 给水处理、工业废污水处理、饮用水的生产及高纯水制备等。在给水处理中常作 为反渗透、离子交换的预处理。2膜分离技术的定义2.1 供水2.1.1 高质量饮用水供给 随着水体的污染和人民生活水平提高，人们越来越希望得到高质量的饮用水 供给。采用活性炭吸附过滤和超滤结合制取高质量饮用水，设备投资少，制水成 本低,是优质饮用水制备的经济有效方法，具有广阔的市场前景。2.1.2 工业供水 自来水和地下水的水质不能满足许多化学工业、电子工业和纺织工业的要 求，需要

8、经过净化处理方可以使用，超滤膜技术是净化工业用水的重要技术之一。2.1.3 医药用水 医药针剂用水是采用多级蒸馏制备的，其工艺繁琐、能耗高、而且质量常常 得不到保证。用超滤膜技术除针剂热源和终端水热源，取得很好效果。2. 2 工艺水的处理（分离、浓缩、分级和纯化）在各工业生产过程中，往往有分离、浓缩、分级和纯化某种水溶液的需求。 传统用的方法是沉淀、过滤、加热、冷冻、蒸馏、萃取和结晶等过程。这些方法 表现出流程长、耗能多、物料损失多、设备庞大、效率低、操作繁琐等缺点，以 超滤膜技术取代某种传统技术可以获得显著的经济效益。2.2.1 膜技术在制药工业的应用 膜技术广泛应用于生物制备和医药生产中的

9、分离、浓缩和纯化。如血液制备 的分离、抗菌素和干扰素的纯化、蛋白质的分级和纯化、中草药剂的除菌和澄清 等。发酵是生物制药的主流技术，从发酵液中提取药物，传统工艺是溶剂萃取或 加热浓缩，反复使用有机溶剂和酸碱溶液,耗量大，流程长，废水处理任务重。 特别是许多药物热敏性强，使传统工艺的实用性多受限制。国际先进的制药生产 线，大量采用膜分离技术代替传统的分离、浓缩和纯化工艺。如以膜设备浓缩纯 化抗生素、中药汤及中药针剂澄清等。2.2.2 膜技术在食品领域工业的应用利用超滤膜技术把发酵液中产品和菌体分离，再采用其它方法精制流程。其优点 是：生产效率和产品质量提高；简化了工艺流程；菌体蛋白不含外加杂质,

10、利用 价值高，达到资源综合利用。酱油、醋的澄清、果汁澄清和浓缩、乳制品生产、 制糖工业都采用了膜技术。2.2.3 膜技术在各种工业生产中的应用 凡是涉及分子级的浓缩和分离的过程，都有膜技术应用的机会。汽车电泳漆 的在线纯化采用超滤膜除去杂质，持续保证涂漆质量;燃料工业泳超滤膜技术分 离和浓缩中间体。2.3 在环境保护和水资源化的应用膜技术在废水处理、污染防治和水资源综合利用方面得到广泛应用。在许多 情况下，不仅处理了废水，还能回收有用物质和能量。2.3.1 各种含油废水及废油的处理采油回注水的处理:膜法可以除去在水中的乳化溶解油，提高注入水的质 量。含油废水的处理：许多工业生产和运输业都产生大

11、量的含油废水，膜滤技 术是达标排放最有效的方法。废润滑油的纯化：用常规技术加膜分离，可得到 很纯的润滑油，适用于汽车等废机油的处理。机床切削油的纯化回收:膜法可 除去废切削油中的细菌和杂质，处理后回用。废食用油的纯化处理技术:食用 油在连续高温下产生致癌物质，用膜法可将这部分除去。食用菜籽油的纯化： 菜籽油中含有15 %48 %高含炭量的芥子酸。用膜法可除去，达到标准（芥子酸 5 %） 。2.3.2 废水的处理及回用膜生物反应器处理生活污水回用中水，其占地面积小，设备投资低，处理 水质好。印刷显影废水的处理及回用，采用膜技术处理可以达标排放，也可回 收。电镀废水可采用膜技术处理，水回用，污染物

12、回槽利用。印染废水采用 膜分离可除去有色染料，得到的水回用。牛仔布印染废水可回收靛蓝燃料。造 纸废水用膜可将废水中的木质素、色素等分离出来，净化水可排放或回用。2.3.3 水的淡化技术海水淡化技术:应用最新的膜蒸馏技术，最适合和船用发动机热交换器连 用，利用废热生产淡水，适合于中、小型渔船远航捕捞使用。咸水淡化技术: 将天然咸水用膜淡化到应用水质标准。2. 4 气体分离、浓缩技术及其应用氧化浓缩：可用膜装置制成安全、简便的医疗和理疗设备，也可用于炼钢 吹氧或助燃等工业生产，富氧浓度35 %80 %。氮气浓缩:氮气可用于食品保 存、汽车存储、飞机加油、防爆及化学工业，膜设备的氮可浓缩至 90 %

13、98 %。 二氧化碳、二氧化硫、氢气的分离：当二氧化碳、二氧化硫、氢气分别和其它 气体混和在一起时，可用膜将它们分离出来，满足工业的需要。氢气的分离和 浓缩:在化工产品制造时，往往排出大量氢气，可用膜法将氢气分离出来。2.5 其它膜法保鲜剂：在水果、蛋类外部侵涂一层膜可达保鲜目的。保鲜后，存放 期长，外观色泽好。制造维生素E的膜法分离技术:用膜可以从黄豆油中提取 VE 的混合物，其抽提剂可循环使用。3. 膜分离技术的国内发展动态中国的膜技术从 60 年代中期起步研究， 长时间在实验室内和中试规模徘 徊。从“七五”计划开始，国家科委把膜技术列为国家重大科研项目加以支持， 膜技术取得较大进展，特别

14、是改革开放的国策促进了广泛的国际交流，膜技术在 国民经济发展中的重要性日益增大，国内膜工业产值也逐渐增加。近 10 年来，中国的膜技术的总体水平有了很大的进展，但与国际技术先进 国家的差距仍然很大。问题主要表现在:生产现代化、产业化程度低，原料不规范， 工艺参数未严格控制， 产品质量不稳定;膜的品种少，应用范围小。尤其应用的工 艺设计、系统成套能力、膜组件水平、相关机电产品等方面，尚未达到国际先进 水平， 远不能满足国内市场需求，膜技术存在着很大的发展空间。首先，我们要加强研发能力，推动膜技术产业的发展，依靠科技进步，提高产 品质量，降低成本，增加品种，扩大应用面。再者，,通过招商引资,引进技术,消化吸收,提高膜技术应用的工艺设计、系 统成套能力，膜制备和膜组件水平,膜品种及相关机电产品等方面达到国际先进 水平。