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膜是具有選擇性分離功能的材料。利用膜的選擇性分離實現料液的不同組分的分離、純化、濃縮的過程稱作膜分離。它與傳統過濾的不同在於膜可以在分子範圍內進行分離,並且這過程是一種物理過程,不需發生相的變化和添加助劑。膜的孔徑一般為微米級,依據其孔徑的不同(或稱為截留分子量),可將膜分為微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜,根據材料的不同可分為無機膜和有機膜,無機膜主要還只有微濾級別的膜,主要是陶瓷膜和金屬膜。有機膜是由高分子材料做成的,如醋酸纖維素、芳香族聚醯胺、聚醚碸、聚氟聚合物等等。

1 膜技術 -膜

是一種具有特殊選擇性分離功能的無機或高分子材料,它能把流體分隔成不相通的兩個部分,使其中的一種或幾種物質能透過,而將其他物質分離出來。膜技術是環境保護和環境治理的首選技術。在食品工業中也正在發揮著重要的作用。  

膜是膜技術的核心,膜材料的性質和化學結構對膜分離性能起著決定性的影響。
⑴、 按材料來源分:天然膜和合成膜,合成膜又分為有機膜與無機膜。
⑵、 按結構分有七類:
a.均質膜或緻密膜,為結構均勻的緻密膜。
b.對稱微孔膜,平均孔徑為0.02~10μm。按成膜方法不同,有三種類型的微孔膜,即核孔膜、控制拉伸膜和海綿狀結構膜。
c.非對稱膜。膜斷面為不對稱結構,是工業上應用最多的膜。
d.複合膜。在多孔膜表面加塗另一種材料的緻密複合層。
e.離子交換膜。
f.荷電膜。
g.液膜。包括支撐液膜和乳狀液膜。
⑶、 按形狀分:平板膜、管式膜、中空纖維膜和卷式膜。
  膜技術在日常生活中也日益顯示出它的重要作用和光明前景。以飲用水為例,自從人們發現自來水含有三鹵甲烷、農藥、洗滌劑以及自來水管、水塔的二次污染后,就開始用反滲透膜製備純凈水。但是由於純凈水製作成本較高,而且在去除水中有害物質的同時,也把對人體有益的無機鹽剔除掉了。於是,人們又用純膜裝置生產出具有礦泉水和純凈水兩者優點的、具有生物活性的、可直接生飲的過濾水。

2 膜技術 -超濾膜技術

既可除去水中病菌、病毒、熱源、膠體、COD等有害物質,又可透析對人體有益的無機鹽,已廣泛應用於牛奶脫脂、果汁濃縮、黃酒純化、白酒陳化、啤酒除菌、味精提純 、蔗糠脫色、氨基酸濃縮、醬油除菌等生產中,而且還廣泛應用於醫療針劑水、輸液水、洗瓶水、外科手術洗潔水的製備。因其克服了蒸餾水中含有細菌屍體的缺點,且具有生物活性,所以更有利於病人恢復健康而備受醫學界推崇。

富氧膜以其分離氣體的特殊功能,產生富氧空氣,目前廣泛應用於醫院、養魚場、工業發酵與氧化等場所,尤其在高山缺氧地區特別需要。

此外,在家用電器等領域也能應用膜技術,如電視機中的集成電路要用超純凈水清洗矽片,而這種超純水就是用膜技術製備的。

膜技術正在把我們的生活帶入一個更新的時代。

3 膜技術 -膜分離技術

膜是一種起分子級分離過濾作用的介質,當溶液或混和氣體與膜接觸時,在壓力下,或電場作用下,或溫差作用下,某些物質可以透過膜,而另些物質則被選擇性的攔截,從而使溶液中不同組分,或混和氣體的不同組分被分離,它與傳統過濾的不同在於,膜可以在分子範圍內進行分離,並且這過程是一種物理過程,不需發生相的變化和添加助劑。膜的孔徑一般為微米級,依據其孔徑的不同(或稱為截留分子量),可將膜分為微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜,根據材料的不同,可分為無機膜和有機膜,無機膜主要是陶瓷膜和金屬膜,其過濾精度較低,選擇性較小。有機膜是由高分子材料做成的,如醋酸纖維素、芳香族聚醯胺、聚醚碸、聚氟聚合物等等。錯流膜工藝中各種膜的分離與截留性能以膜的孔徑和截留分子量來加以區別,下圖簡單示意了四種不同的膜分離過程:(箭頭反射表示該物質無法透過膜而被截留):
膜技術膜分離技術




  微濾(MF) 又稱微孔過濾,它屬於精密過濾,其基本原理是篩孔分離過程。微濾膜的材質分為有機和無機兩大類,有機聚合物有醋酸纖維素、聚丙稀、聚碳酸酯、聚碸、聚醯胺等。無機膜材料有陶瓷和金屬等。鑒於微孔濾膜的分離特徵,微孔濾膜的應用範圍主要是從氣相和液相中截留微粒、細菌以及其他污染物,以達到凈化、分離、濃縮的目的。
  對於微濾而言,膜的截留特性是以膜的孔徑來表徵,通常孔徑範圍在0.1~1微米,故微濾膜能對大直徑的菌體、懸浮固體等進行分離。可作為一般料液的澄清、保安過濾、空氣除菌。
  超濾(UF) 是介於微濾和納濾之間的一種膜過程,膜孔徑在0.05um至1000um分子量之間。超濾是一種能夠將溶液進行凈化、分離、濃縮的膜分離技術,超濾過程通常可以理解成與膜孔徑大小相關的篩分過程。以膜兩側的壓力差為驅動力,以超濾膜為過濾介質,在一定的壓力下,當水流過膜表面時,只允許水及比膜孔徑小的小分子物質通過,達到溶液的凈化、分離、濃縮的目的。
  對於超濾而言,膜的截留特性是以對標準有機物的截留分子量來表徵,通常截留分子量範圍在1000~300000,故超濾膜能對大分子有機物(如蛋白質、細菌)、膠體、懸浮固體等進行分離,廣泛應用於料液的澄清、大分子有機物的分離純化、除熱源。
  納濾(NF) 是介於超濾與反滲透之間的一種膜分離技術, 其截留分子量在80~1000的範圍內,孔徑為幾納米,因此稱納濾。基於納濾分離技術的優越特性,其在製藥、生物化工、 食品工業等諸多領域顯示出廣闊的應用前景。
  對於納濾而言,膜的截留特性是以對標準NaCl、MgSO4、CaCl2溶液的截留率來表徵,通常截留率範圍在60~90%,相應截留分子量範圍在100~1000,故納濾膜能對小分子有機物等與水、無機鹽進行分離,實現脫鹽與濃縮的同時進行。
  反滲透(RO) 是利用反滲透膜只能透過溶劑(通常是水)而截留離子物質或小分子物質的選擇透過性,以膜兩側靜壓為推動力,而實現的對液體混合物分離的膜過程。反滲透是膜分離技術的一個重要組成部分,因具有產水水質高、運行成本低、無污染、操作方便運行可靠等諸多優點 ,而成為海水和苦鹹水淡化,以及純水製備的最節能、最簡便的技術.目前已廣泛應用於醫藥、電子、化工、食品、海水淡化等諸多行業。反滲透技術已成為現代工業中首選的水處理技術。
  反滲透的截留對象是所有的離子,僅讓水透過膜,對NaCl的截留率在98%以上,出水為無離子水。反滲透法能夠去除可溶性的金屬鹽、有機物、細菌、膠體粒子、發熱物質,也即能截留所有的離子,在生產純凈水、軟化水、無離子水、產品濃縮、廢水處理方面反滲透膜已經應用廣泛。
  膜分離的基本工藝原理是較為簡單的(參見下圖)。在過濾過程中料液通過泵的加壓,料液以一定流速沿著濾膜的表面流過,大於膜截留分子量的物質分子不透過膜流回料罐,小於膜截留分子量的物質或分子透過膜,形成透析液。故膜系統都有兩個出口,一是迴流液(濃縮液)出口,另一是透析液出口。在單位時間(Hr)單位膜面積(m2)透析液流出的量(L)稱為膜通量(LMH),即過濾速度。影響膜通量的因素有:溫度、壓力、固含量(TDS)、離子濃度、黏度等。
  膜分離操作基本工藝流程:
膜技術基本流程





  

       由於膜分離過程是一種純物理過程,具有無相變化,節能、體積小、可拆分等特點,使膜廣泛應用在發酵、製藥、植物提取、化工、水處理工藝過程及環保行業中。對不同組成的有機物,根據有機物的分子量,選擇不同的膜,選擇合適的膜工藝,從而達到最好的膜通量和截留率,進而提高生產收率、減少投資規模和運行成本。
     膜分離技術的發展和應用,為許多行業,如純水生產、海水淡化、苦鹹水淡化,電子工業、製藥和生物工程、環境保護、食品、化工、紡織等工業,高質量地解決了分離、濃縮和純化的問題,為循環經濟、清潔生產提供依託技術。
膜技術的發展
  水質直接影響著人們的健康。膜技術以其原理簡單,操作方便,超強的凈化效果被用於苦鹹水淡化處理和軟化水處理行業中。因此膜技術在水處理行業得到了廣泛的應用和推崇。下面我們來了解一下膜技術的發展。
  低污染膜:膜污染是反滲透膜技術應用中的最大危害。目前已有幾種抗污染性能強、使用壽命長、清洗頻度低且易清洗的低污染膜在膜技術領域問世。
  超低壓膜:由於節省電耗和降低相關機械部件的壓力等級引起材料費下降等優點,自1999年以來超低壓膜在膜技術領域應用比重日益增大,這在以使用4英寸膜為主的小型裝置中應用最為突出,大型裝置中應用超低壓膜也呈上升趨勢。
  帶正電荷的反滲透膜:現在廣泛應用的低壓、超低壓複合膜的材質均為芳香族聚酸胺,其膜表面均帶有負電荷,膜技術的發展帶來了表面帶正電荷的低壓複合膜,這種膜目前主要應用於製備高電阻率的高純水系統中。
  耐高溫、食品級、衛生級反滲透膜:普通水處理膜技術採用反滲透膜的使用溫度均為0-45℃,但在需要耐90℃高溫殺菌的特殊場合,可使用耐高溫、耐化學藥品的反滲透膜。此外,各種有特殊膜元件結構的食品級或衛生級的反滲透膜技術也開始在國內應用。

膜技術介紹

水質直接影響著人們的健康。膜技術以其原理簡單,操作方便,超強的凈化效果被用於苦鹹水淡化處理和軟化水處理行業中。因此膜技術在水處理行業得到了廣泛的應用和推崇。下面我們來了解一下膜技術的發展。

1.低污染膜:膜污染是反滲透膜技術應用中的最大危害。目前已有幾種抗污染性能強、使用壽命長、清洗頻度低且易清洗的低污染膜在膜技術領域問世。

2.超低壓膜:由於節省電耗和降低相關機械部件的壓力等級引起材料費下降等優點,自1999年以來超低壓膜在膜技術領域應用比重日益增大,這在以使用4英寸膜為主的小型裝置中應用最為突出,大型裝置中應用超低壓膜也呈上升趨勢。

3.帶正電荷的反滲透膜:現在廣泛應用的低壓、超低壓複合膜的材質均為芳香族聚酸胺,其膜表面均帶有負電荷,膜技術的發展帶來了表面帶正電荷的低壓複合膜,這種膜目前主要應用於製備高電阻率的高純水系統中。

4.耐高溫、食品級、衛生級反滲透膜:普通水處理膜技術採用反滲透膜的使用溫度均為0-45攝氏度,但在需要耐90攝氏度高溫殺菌的特殊場合,可使用耐高溫、耐化學藥品的反滲透膜。此外,各種有特殊膜元件結構的食品級或衛生級的反滲透膜技術也開始在國內應用。

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