膜分离技术的发展与应用生工121 徐娜2012121104摘要：膜分离技术是利用具有一定选择透过特性的过滤介质对物质进行分离纯化的技术。

近代工业膜分离技术的应用始于20世纪30年代利用半透性纤维素分离回收苛刻碱，60年代以后，不对称性膜制造技术取得了长足的进步，各种膜分离技术也迅速发展，成为最重要的分离技术之一。

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。

关键词：膜分离，技术，应用，前景一、膜分离技术的简介1、膜分离的概念利用膜的选择性（孔径大小），以膜的两侧存在的能量差作为推动力，由于溶液中各组分透过膜的迁移率不同而实现分离的一种技术。

2、膜分离的特点（1）优点：操作条件温和：在常温下进行，有效成分损失极少，特别适用于热敏性物质。

在食品、医药及生化技术等领域具有独特适用性。

无相态变化：保持原有的风味。

无化学变化：典型的物理分离过程，不用化学试剂和添加剂，产品不受污染。

选择性好：可在分子级内进行物质分离，具有普通滤材无法取代的卓越性能。

适应性强：处理规模可大可小，可连续亦可间歇进行，工艺简单，操作方便，效率高，费用低，易于自动化。

（2）缺点：污染难清除，不能耐受极端条件。

需与其它技术结合应用。

3、膜的分类（1）根据膜的材质，从相态上可分为固态膜和液态膜；（2）从来源上可分为天然膜和合成膜，后者又可分为无机膜和有机膜。

（3）根据膜断面的物理形态，可将膜分为对称膜、不对称膜和复合膜。

（4）依照固体膜的外形，可分为平板膜、管状膜、卷状膜和中空纤维膜。

（5）按膜的功能，又可分为超滤膜、反渗透膜、渗析膜、气体渗透膜和离子交换膜。

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、超滤原理及纳滤原理。

（1）反渗透的基本原理反渗透是利用反渗透膜选择性的只能透过溶剂(通常是水)的性质，对溶液施加压力以克服溶液的渗透压，使溶剂通过反渗透膜而从溶液中分离出来的过程。

多用于纯水的制备。

（2）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0.1～1μm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。

（3）超滤原理超滤是利用超滤膜的微孔筛分机理，在压力驱动下，将直径为0.002-0.1μm 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。

（4）纳滤原理纳滤是介于反渗透与超滤之间的一种新型膜分离技术，能截留有机小分子而使大部分无机盐通过。

日本学者大谷敏郎还对纳米膜的分离性能进行了具体的定义：操作压力小于1.5MPa，截留相对分子质量200~1000，NaCI的透过率不小于90%的膜可以认为是纳滤膜。

二、国内外在该领域的发展现状综述膜分离现象广泛存在于自然界中，特别是生物体内，但人类对它的认识和研究却经过了漫长而曲折的道路。

膜分离技术的工程应用是从20世纪60年代海水淡化开始的-1960）年洛布和索里拉金教授制成了第一张高通量和高脱盐率的醋酸纤纸素膜，这种膜具有推对称结构，从此使反渗透从实验室走向工业应用。

其后各种新型膜陆续问世，1967年美国杜邦公司首先研制出以尼龙-66为膜材料的中空纤维膜组件；1970年又研制出以芳香聚酰胺为膜材料的“PemiasepB-9”中空纤维膜组件，并获得1971年美国柯克帕特里克化学工程最高奖。

从此反渗透技术在美国得到迅猛的发展，随后在世界各地相继应用。

其间微滤和超滤技术也得到相应的发展。

膜在大自然中，特别是在生物体内是广泛存在的。

我国膜科学技术的发展是从1958年研究离子交换膜开始的。

60年代进入开创阶段。

1965年着手反渗透的探索，1967年开始的全国海水淡化会战，大大促进了我国膜科技的发展。

70年代进入开发阶段。

这时期，微滤、电渗析、反渗透和超滤等各种膜和组器件都相继研究开发出来，80年代跨入了推广应用阶段。

80年代又是气体分离和其他新膜开发阶段。

随着我国膜科学技术的发展，相应的学术、技术团体也相继成立。

她们的成立为规范膜行业的标准、促进膜行业的发展起着举足轻重的作用。

半个世纪以来，膜分离完成了从实验室到大规模工业应用的转变，成为一项高效节能的新型分离技术。

1925年以来，差不多每十年就有一项新的膜过程在工业上得到应用。

由于膜分离技术本身具有的优越性能，故膜过程已经得到世界各国的普遍重视。

在能源紧张、资源短缺、生态环境恶化的今天，产业界和科技界把膜过程视为二十一世纪工业技术改造中的一项极为重要的新技术。

曾有专家指出：谁掌握了膜技术谁就掌握了化学工业的明天。

80年代以来我国膜技术跨入应用阶段，同时也是新膜过程的开发阶段。

在这一时期，膜技术在食品加工、海水淡化、纯水、超纯水制备、医药、生物、环保等领域得到了较大规模的开发和应用。

并且，在这一时期，国家重点科技攻关项目和自然科学基金中也都有了膜的课题。

这一潜力巨大的新兴行业正在以蓬勃的激情挑战市场，为众多的企业带来了较为显著的经济效益、社会效益和环境效益。

三、膜分离的应用1、在化工及石油工业中的应用在此领域已开发应用的主要四大膜分离技术为反渗透、超滤、微滤、电渗,这些膜过程的装置设计都较为成熟,已有大规模的工业应用和市场。

由于各国普遍重视环境保护和治理,因而微滤和超滤分离在化工生产中的应用非常常见,广泛用于水中细小微粒,包括细菌、病毒及各种金属沉淀物的去除等。

例如: 目前国内一些磷肥生产企业采用微滤膜分离去除磷石膏废水中含氟的化合物。

气体分离在化工和石油化工方面的应用也颇具意义,例如: 在合成氨工艺中回收H；在3次石油回采中从甲烷中分离CO；电渗析在化工中的应用也较广泛,例如: 自然水的纯化,海水脱盐等。

在石油化工中,膜技术广泛用于有机废气的理；脱除天然气中的水蒸气和酸性气体；天然气中的氦的提取；合成氨池放气中回氢气；制取富氧空气；催化裂化干气的氢烃分离等。

膜分离技术在化工、石油天然气工业中具有十分广阔的前景,它对于生产设备的优化及提高经济效益也都有十分重要的作用。

尽管此项技术有待于进一步的探索研究,但作为一门新兴科学在不远的将来终究会在化工及石油天然气中发挥巨大的作用。

2、在生物技术中的应用在生物技术方面,膜技术也有各种应用。

其中应用最广泛的是微滤和超滤技术。

例如: 从植物或动物组织萃取液中进行酶的精制从发酵液或反应液中进行产物的分离、浓缩等。

膜技术应用于蛋白质加水分解或糖；液生产,有助于稳定产品质量,提高产品的收率和降低成本。

超滤在血浆蛋白的分离、浓缩、脱醇以及除内毒素等方面也有应用。

刘霆等用聚醚砜中空纤维超滤膜血浆器进行血浆分离的动物实验,结果表明,膜式血浆分离器适用面宽,装置简单,能耗小,可常温分离。

由于应用分离膜可以在室温下进行物理化学分离,所以它特别适合于热敏性生物物质的分离。

可以想象膜分离技术在生物技术方面将会得到越来越广泛的应用。

但膜技术用于生物技术也有一些问题,其中最主要的是: 与色谱法比较, 分离精度不高。

同时多组分分离做不到；膜上容易形成附着层,使膜的通量显著下降；操作结束后,膜清洗困难；膜的耐用性差。

这几点是影响膜技术在生物工程领域应用的最主要的原因。

因此,如何改进和解决上述问题就成为膜分离技术在该领域应用的主要研究方向。

3、在环境工程中的应用随着工业的进一步发展,水源和大气被污染更加严重,这就要求人们提高对它们进行处理净化的能力,因此膜分离技术在环境工程中的地位越来越突出应用膜分离技术来处理工业废水、废气已经被证明是卓有成效的,在不少废水处理中膜分离技术能实现闭路循环,在消除污染的同时变废为宝,取得了较大的经济效益和社会效益。

除了微滤、超滤、反渗透、电渗析的过程外,渗透汽化的其他膜技术也将在21世纪的环境工程中发挥极其重要的作用。

除了上述几方面的应用外,当前膜分离技术的应用几乎涉及到国民经济的各个生产研究部门甚至是国防建设领域中。

四、讨论与展望膜分离技术已经取得了长足的发展，但是仍然有一些不足，产品被浓缩的程度有限；规模经济的优势较低，一般需与其他工艺相结合有时其适用范围受到限制，因加工温度、食品成分、pH、膜的耐药性、膜的耐溶剂性等的不同，所以今后的研究将会突破这些障碍，让膜分离技术得到更广泛的应用。

当前，膜分离技术已获得巨大的进展，但它毕竟还是处于上升发展阶段，还有许多工作要我们去做。

21世纪的膜科学与技术将进一步改进、完善已有的膜过程，不断探索和开拓新的过程与材料，并不断扩充原有的应用领域，使膜技术发挥发挥更大的作用。

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