微濾完整分享

微濾董聲雄靜壓差膜分離

微濾（MF)、超濾(UF)、納濾(NF)和反滲透(RO)分離類似于過濾，用以分離懸浮微?；蚝芙獾娜苜|的液體。

1)

微濾

2)超濾

3)納濾

4）反滲透壓力驅動膜(PDM)原理圖微濾(MF)技術微孔過濾和微孔膜的特點

微孔過濾技術始于十九世紀中葉，是以靜壓差為推動力，利用篩網(wǎng)狀過濾介質膜的“篩分”作用進行分離的膜過程。實施微孔過濾的膜稱為微孔膜。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。到目前為止，國內(nèi)外商品化的微孔膜約有13類，總計400多種。

1微濾(MF)——

微孔膜的缺點①顆粒容量較小，易被堵塞；②使用時必須有前道過濾的配合，否則無法正常工作。微濾膜的性能(1)物理機械性能：厚度一般90-170μm，以精密測厚計測定。彈性模量（斷裂伸長）是用一定大小的試樣在材料試驗機上進行。各向同性是以染料吸留試驗判斷。(2)通量和堵塞：微孔膜的通量測定一般是在一定真空度下（如700mmHg下）以純水為透過介質進行的（如下圖所示），堵塞是以通量下降速率來表示如下圖所示：圖4-18美國Millipore公司兩種膜通量性能標稱孔徑(μm)泡點壓力(kg/cm2)平均孔徑(μm)通量[ml/cm2.min]0.224.60.23112.80.453.00.43643.0(3)化學相容性：由于膜所處理的物料是各種各樣的，故對膜的化學相容性就有一定的要求，即膜不應被所處理的物料溶脹，溶解和發(fā)生其他化學反應，也不應對被處理的物料產(chǎn)生不良的影響。這方面主要取決于膜材料。(4)細菌截留：基本的方法是用要試驗的膜過濾某一種類的細菌，培養(yǎng)濾過液，若濾過液不變濁（無菌），則可證明該膜對這種細菌是可截留的。也可顯微鏡觀測濾前和濾后細菌數(shù)目的變化。(5)可萃取物和灰分：可萃取物的測定是將膜樣品放在沸水中煮沸一定的時間，看前后重量之變化，分析水中的成分可知主要的可萃取物?；曳衷诨瘜W分析膜上截留的物質中是十分重要的，一定要先知道膜的灰分含量做為本底，以從測定中扣除這一本底。(6)毒性：這對醫(yī)療應用尤為重要，一般是將120cm2的膜剪成碎片于20ml生理鹽水中，于70℃萃取一定時間，之后按50mg/kg的量注入小白鼠體內(nèi)進行對照試驗。微濾(MF)膜材料微濾主要以篩孔機理進行分離，沒有特殊選擇標準，大多數(shù)聚合物都可用來制備這類膜。主要據(jù)原料來源，價格，制膜難易，強度，化學穩(wěn)定性，耐熱性和毒性等，結合具體分離的對象、介質和各種要求來進行選擇。荷電材料和親和材料也是優(yōu)先考慮的。無機膜材料近年來興起很快。相對于聚合物材料，無機膜材料有其顯著的三大特點，熱穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性和機械強度。即可據(jù)實際需求選擇所要的無機膜材料：玻璃、金屬、陶瓷、炭和沸石及其他廉價無機物等。部分無機材料的熔點材料熔點℃材料熔點℃Pd不銹鋼NiC沸石1550>10001455耐熱800℃以上耐熱500℃以上Al2O3ZrO2TiO2SiC高硅玻璃石英玻璃20502770160525001510（軟化）1650（軟化）無機材料的化學穩(wěn)定性也很突出，通常適用于任何pH范圍和有機溶劑，也不會產(chǎn)生微生物引起的生化降解等。如C，除強氧化劑（王水、濃H2SO4、濃HNO3、Cr2O2-7、MnO4-），對其他試劑都是穩(wěn)定的。無機材料大多硬而脆，可承受高壓和自支撐。微濾(MF)膜的制備技術l

燒結法（只能制備微濾膜）l

拉伸法（只能制備微濾膜）l

徑跡蝕刻法（只能制備微濾膜）l

相轉化法（制備高分子微濾膜和超濾膜）l

溶膠-凝膠法（制備無機膜）l

陽極氧化法（制備金屬微孔膜）微濾(MF)膜的制備技術燒結法在多孔陶瓷支撐體上，以浸漿法將粒子均勻地分散到多孔支撐體一定厚度的沉積層，之后在高溫下燒結，使粒子之間相互接著而成為陶瓷微孔膜。微濾(MF)膜的制備技術拉伸成孔法：最典型的是美國CelansesResearchCompany的Celgard聚丙烯微孔膜，孔形為沿拉伸方向的細長孔，0.1-0.5μ長，0.01-0.05μ寬?；局品ㄊ窃谙鄬Φ偷娜廴跍囟群透邞ο聰D出膜或纖維（收集速度大于擠出速度）。聚丙烯分子則沿拉伸方向排列成微區(qū)，成核，形成垂直于拉伸方向的鏈折迭微晶片，之后在略低于熔點溫度下，熱處理并拉伸，鏈段可運動，結晶增長變硬，在結晶的表面上高分子鏈折迭而不熔化在一起，最后成所需的膜。另一種廣泛應用的強疏水的聚四氟乙烯微孔膜，基本上用上述相似的方法制備；聚乙烯微孔膜也可如此制備；除單向拉伸外，還有雙向拉伸法，雙向拉伸膜的孔形接近于圓形。微濾(MF)膜的制備技術徑跡蝕刻法：首先用一定能量的帶電粒子轟擊聚碳酸酯或聚酯等材料的薄膜，在這轟擊的“徑跡”周圍產(chǎn)生一損傷區(qū)，然后用一定濃度的化學刻蝕劑于一定溫度下刻蝕合適的時間，這時損傷區(qū)的成分被溶掉而形成孔。該膜的特點是孔徑相當均勻，呈圓柱形，且基本上與膜面垂直。微孔過濾技術應用領域（1）微粒和細菌的過濾?？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。（2）微粒和細菌的檢測。微孔膜可作為微粒和細菌的富集器，從而進行微粒和細菌含量的測定。（3）氣體、溶液和水的凈化。大氣中懸浮的塵埃、纖維、花粉、細菌、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。（4）食糖與酒類的精制。微孔膜對食糖溶液和啤、黃酒等酒類進行過濾，可除去食糖中的雜質、酒類中的酵母、霉菌和其他微生物，提高食糖的純度和酒類產(chǎn)品的清澈度，延長存放期。由于是常溫操作，不會使酒類產(chǎn)品變味。

微孔過濾、超濾和反滲透技術的原理和操作特點比較分離技術類型反滲透超濾微孔過濾膜的形式表面致密的非對稱膜、復合膜等非對稱膜，表面有微孔微孔膜膜材料纖維素、聚酰胺等聚丙烯腈、聚砜等纖維素、聚氯乙烯(PVC)等操作壓力/MPa2～1000.1～0.50.01～0.2分離的物質分子量小于500Da的小分子物質分子量大于500Da的大分子和細小膠體微粒0.1～10μm的粒子分離機理非簡單篩分，膜的物化性能對分離起主要作用篩分，膜的物化性能對分離起一定作用篩分，膜的物理結構對分離起決定作用水的滲透通量/(m3.m-2.d-1)0.1～2.50.5～520～200膜污染定義

由于與膜存在物化作用或機械作用，進料中的微粒、膠體或溶質在膜表面或孔內(nèi)發(fā)生吸附、凝聚和沉積，使膜孔徑變窄或堵塞，其透過通量和分離性能也有不可逆的變化，這一現(xiàn)象謂之膜污染。膜污染的影響因素1．膜的物化性質

1)膜的親水性和表面張力親水性好的膜，膜表面與水成氫鍵，不疏水溶質接近膜表面時，要打破這一氫鍵結合，這需能量，膜耐污染；而疏水膜表面無氫鍵形成，疏水溶質接近膜表面時，擠開水是一熵增大過程，易進行，則膜易被污染。

2)膜的荷電性荷電膜處理同離子溶質的料液，由于荷電排斥，也不易污染。膜污染的影響因素2．膜的結構對稱結構的膜耐污染不如相同孔徑的不對稱膜；兩面雙皮層的膜耐污染不如相同孔徑的單皮層的膜；膜孔徑分布窄（截留分子量窄）的膜耐污染性好；表面光滑的膜耐污染性好。膜污染的影響因素3．進料的組成和性質進料會與膜有相互作用：靜電作用：膜表面電荷與溶液中荷電介質相同時，相互排斥，膜不易被污染；反之則易被污染；范氏壓力：溶質和膜親水，則之間吸引力弱，溶質不易污染膜；其他：進料濃度，溫度，pH，離子強度，溶質分子大小和形狀等。膜污染的控制據(jù)影響污染的因素，相應的控制污染的方法如下：膜材料的選擇、注意材料的親水性和荷電性等；選擇合適結構的膜，包括膜的對稱性，皮層結構，孔徑大小及其分布，膜表面粗糙度等；選擇合適的膜組件，合適的操作參數(shù)（如壓力，流速，回收率等）；選擇合適的進料的濃度，pH，溫度，離子強度等。膜的清洗1膜清洗必要性和注意事項必要性：消除污染物，使水通量恢復，使膜壽命延長，能耗降低等。注意事項：1)膜的物化特性，如耐溫，耐酸、堿，耐氧化性等；

2)污染物特性，如種類，可溶解性，可氧化性，可酶解性等。膜的清洗2膜清洗方法和效果物理法：主要有高流速水沖洗，氣水反沖洗，海綿球機械清洗，抽吸清洗，電脈沖清洗等。化學法：主要有酸、堿、表面活性劑、絡合劑、殺菌劑、酶、氧化劑和其他添加劑等。清洗效果：通量恢復，流程壓差降減少等。參考文獻胡振華編著，反滲透水處理技術，國家海洋局杭州水處理技術研究開發(fā)中心，杭州，1998MarcelMulder著，李琳譯，膜技術基本原理，清華大學出版社，1999，北京劉忠洲，續(xù)曙光，李繼定，微濾、超濾過程中的膜污染與清洗，第二屆全國膜和膜過程學術報告會論文集，1996，杭州Portor.M.C.(ed),HandbookofIndustr