文庫發(fā)布：第六章微濾mf

微濾(MF)第六章1MF、UF、NF和RO的共同特點是以靜壓差為推動力而達(dá)到分離目的。它們的區(qū)別是分離精度不同，因而壓差也不同。按IUPAC的定義如下：微濾（MF）：指大于0.1μm的微粒或可溶物被截留的壓力驅(qū)動型膜過程。超濾（UF）：指小于0.1μm大于2nm的微?；蚩扇芪锉唤亓舻膲毫︱?qū)動型膜過程。納濾（NF）：指小于2nm的微?；蚩扇芪锉唤亓舻膲毫︱?qū)動型膜過程。反滲透（RO）：指高壓下溶劑逆著其滲透壓而選擇性透過的膜過程。由于分離的精度不同，因而其原理、過程用膜及操作方式也不完全相同。2第一節(jié)概述2壓力驅(qū)動型膜分離過程譜圖3MF、UF、NF和RO膜過程示意圖4第二節(jié)微濾（MF）基本過程微濾(Microfiltration)又稱為“微孔過濾”，它是以靜壓差為推動力，利用膜的“篩分”作用進(jìn)行分離的膜分離過程。MF膜具有比較整齊、均勻的多孔結(jié)構(gòu)，在靜壓差的作用下，小于膜孔的粒子通過膜，大于膜孔的粒子則被阻攔在膜的表面上，使大小不一的組分得以分離。MF作用相當(dāng)于過濾，由于微孔濾膜孔徑相對較大，孔隙率高，因而阻力小，過濾速度快，實際操作壓力也較低（1~2atm或bar[巴]）。MF主要從氣相和液相物質(zhì)中截留微米及亞微米級的細(xì)小懸浮物、微生物、微粒、細(xì)菌、酵母、紅細(xì)球、污染物等，以達(dá)到凈化、分離和濃縮的目的。被分離粒子的直徑范圍為

0.1~10μm。5MF膜在過濾時介質(zhì)不會脫落，沒有雜質(zhì)溶出，無毒，使用方便，使用壽命較長，同時，膜孔分布均勻，可將大于孔徑的微粒、細(xì)菌、污染物截留在濾膜表面，濾液質(zhì)量較高，也稱為絕對過濾（AbsoluteFiltration）。適合于過濾懸浮的微粒和微生物。測試微粒球形SiO2球形聚苯乙烯細(xì)菌熱原直徑/μm脫除率/%0.21＞99.990.038＞99.990.0851000.1~0.41000.001＞99.997MF濾除微粒和微生物的效率6

MF的特點與深層過濾介質(zhì)如硅藻土、沙、無紡布相比，MF膜有以下幾個特點：①屬于絕對過濾介質(zhì)②孔徑均勻，過濾精度高③厚度薄，吸附量小。MF膜的厚度一般為10~200μm。④通量大。由于MF膜的孔隙率高，因此在同等過濾精度下，流體的過濾速度比常規(guī)過濾介質(zhì)高幾十倍。⑤無介質(zhì)脫落，不產(chǎn)生二次污染。⑥顆粒容納量小，易堵塞。7盡管普遍認(rèn)為MF的分離機(jī)理類似于“篩分”，但在這種“篩分”過程中，MF膜的結(jié)構(gòu)起著決定性的作用，膜的結(jié)構(gòu)不同，截留機(jī)理也有較大差異。對于MF膜，比較公認(rèn)的有兩種結(jié)構(gòu)，一種稱為“篩分”膜(screenmembranes)，它擁有幾乎完美的圓柱形孔，這些孔或多或少與膜表面垂直并隨機(jī)分散。用核刻蝕法制備的PC膜即屬該類。另一種是“深層”膜(depthmembranes)，其孔是彎曲不規(guī)則的，膜的表面也很粗糙，一部分孔的路徑與膜表面是平行的。通常的商品PVC、PVDF、PTFE、CA、PES和PP等材質(zhì)膜即屬該類。

MF分離機(jī)理8篩分膜深層膜9(a)Screenfiltration(b)Depthfiltration10MF分離機(jī)理(續(xù))可分兩大類：（1）膜表面層截留：又分有①機(jī)械截留（篩分截留），指MF膜將尺寸大于其孔徑的微粒等雜質(zhì)截留；②吸附截留，指MF膜將尺寸小于基孔徑的微粒通過物理或化學(xué)作用吸附而截留；③架橋截留，指固體顆粒在膜的微孔入口因架橋作用而被截留。（2）膜內(nèi)部截留（也稱為網(wǎng)絡(luò)截留），這種截留發(fā)生在膜的內(nèi)部，往往是由于膜孔的曲折而形成。除上述截留之外，某些情況下，還有靜電截留。11（a）膜表面層截留（b）膜內(nèi)部截留（網(wǎng)絡(luò)中截留）12（B）錯流過濾（Cross-flowfiltration）（A）終端過濾或死端過濾（Deal-endfiltrationorIn-linefiltration）13兩種微濾過程的通量與濾餅厚度隨時間的變化關(guān)系終端過濾錯流過濾14終端過濾，原料液置于膜的上游，在壓差推動下，溶劑和小于膜孔的顆粒透過膜，大于膜孔的顆粒則被膜截留，該壓差可通過原料液加壓或透過液側(cè)抽真空產(chǎn)生。隨時間的延長，被截留顆粒將在膜表面形成污染層，污染層且不斷增厚和壓實，使過濾阻力增加，在操作壓力不變的情況下，膜滲透速率將下降。因此這種常規(guī)過濾操作只是間歇式的，必須進(jìn)行周期性的清洗，不過其簡單易行，適宜小規(guī)模的場合和初步檢測膜的性能。若在工業(yè)上應(yīng)用，建議在固含量低于0.1%的情況下使用。15錯流過濾是工業(yè)上應(yīng)用的最常見的一種操作方式。尤其是后面地陸續(xù)介紹的UF、NF和RO。其特點是原料液以切線方向流過膜表面，在壓力作用下小于膜孔的微粒和溶劑透過膜，大于膜孔的顆粒則被截留形成污染層，但與終端過濾不同的是料液流經(jīng)過膜表面時產(chǎn)生的高剪切力可使沉積在膜表面上的微粒擴(kuò)散返回主體流，被帶出膜組件。由于過濾導(dǎo)致的微粒的沉積速度與流速產(chǎn)生的剪切力引發(fā)的微粒返回主體的速度達(dá)到平衡，可使污染層不再增厚而保持在一個較薄的水平，因此膜通量可以在較長時間內(nèi)穩(wěn)定在一定的水平。污染層的厚度與壓力有關(guān)，也與流量有關(guān)，為了使膜的污染程度最小，要有合理的壓力和流速的匹配關(guān)系。16第三節(jié).微濾膜的性能測定主要有：厚度、過濾速率、空隙率、孔徑及其分布等4個方面。膜厚通常用0.01mm的螺旋千分尺測定，較嚴(yán)格的方法是以專用的薄膜測厚儀測定。過濾速度是以恒壓連續(xù)過濾裝置測定流體在一定溫度和壓力下，單位時間內(nèi)透過單位膜面積的液體量?？障堵适峭ㄟ^測定的表面密度、真密度，然后按公式計算。MF膜的孔徑對嚴(yán)格控制成膜條件和選擇濾膜的最佳應(yīng)用極為重要。常用測定方法有壓汞法、泡壓法、氣體流量法和已知顆粒通過法等。許多商品膜標(biāo)示孔徑時，通常也都注明所用的測試方法。17MF膜材料疏水聚合物膜：聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚丙烯(PP)親水聚合物膜：纖維素酯(CA和CTA)、聚碳酸酯(PC)、聚砜/聚醚砜(PSF/PES)、聚酰亞胺/聚醚酰亞胺(PI/PEI)、聚脂肪酰胺(PA)陶瓷膜：氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦、碳化硅18類型序號型號膜材質(zhì)平均孔徑膜通量（L/㎡h）構(gòu)型最大操作壓力（bar）最高耐受溫度（℃）正常運(yùn)行pH值耐受

pH值生產(chǎn)商微1EW聚砜（PS）0.04μm207卷

式10.3502.0～11.02.0～11.5Desal濾2JX聚偏氟乙烯（PVDF）0.3μm226卷

式10.3502.0～11.02.0～13.0Desal膜3K聚四氟乙烯（PTFE）0.1～3μm248卷

式2502.0～11.01.0～13.0Desal微濾(MF)膜技術(shù)參數(shù)19國產(chǎn)主要微孔濾膜的性能概況廠家類型膜材料膜孔徑/μm杭州水處理技術(shù)研發(fā)中心折疊濾芯,平板濾膜CN+CA,PAN0.22~70無錫市超濾設(shè)備廠折疊濾芯,平板濾膜CN-CA,CA-CTA0.22~0.8上海醫(yī)工院平板濾膜CN-CA0.2~3.0旅順化工廠平板濾膜PSA0.2~0.8遼源市膜分離設(shè)備廠平板濾膜,管式PSA01~3機(jī)電部北京第十設(shè)計研究院蜂窩濾芯PP,棉纖維0.8~75化工部南通合成材料實驗廠折疊濾芯,平板濾膜尼龍-660.2~0.8蘇州凈化設(shè)備廠平板濾膜CN-CA0.2~3上海集成過濾器材廠折疊濾芯,平板濾膜PS,PP,PTFE0.2~0.6中科院大連化物所平板濾膜PSA0.2~0.8中科院高能物理所平板濾膜PC核孔膜CN——硝酸纖維素，CA——醋酸纖維素，PAN——聚丙烯腈，CTA——三醋酸纖維素PSA——聚砜酰胺，PS——聚砜，PP——聚丙烯，PTFE——聚四氟乙烯，PC——聚碳酸酯20實驗室小型MF膜設(shè)備實驗室MF膜中試設(shè)備21發(fā)酵液提取陶瓷膜成套設(shè)備22第五節(jié).MF膜的應(yīng)用在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，從家庭生活到尖端技術(shù)都在不同程度上應(yīng)用MF技術(shù)，其主要用于無菌液體的制備、生物制劑的分離、超純水的制備以及空氣的過濾、生物及微生物的檢測等方面。①.在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在藥用水（包括純凈水、注射用水）的過濾、小針劑及眼藥液的精濾及終端過濾，血液過濾，中草藥液、后發(fā)酵液的澄清過濾，空氣、蒸汽的過濾等。在制藥工業(yè)中，終端過濾的選擇相當(dāng)關(guān)鍵，其去除效率取決于選擇合適的濾膜材料、膜孔徑及流程。23Flowdiagramillustratingtheuseofmicrofiltrationsterilizationfiltersinaproductionlineusedtoprepareampoulesofinjectabledrugsolutions24濾芯過濾器25Sterilefiltrationofasmall-volumepharmaceuticalsolutionwitha142mmplate-and-framefilter（平板式過濾器）usedasaprefilterinfrontofasmalldisposablecartridgefinalfilter.26Standard-sizedisposablecartridgescanbeconnectedinseriesorparalleltohandlelargeflows.27②.在生物化學(xué)和微生物研究中的應(yīng)用利用不同孔徑的MF膜收集細(xì)菌、酶、蛋白、蟲卵等提供分析。利用膜進(jìn)行生物培養(yǎng)時，可根據(jù)需要在培養(yǎng)過程中變換培養(yǎng)基，以達(dá)到多種不同的目的，并可進(jìn)行快速檢驗。因此，MF技術(shù)已被用于水質(zhì)檢驗、臨床微生物標(biāo)本的分離、溶液的澄清、酶活性的測定等。28③.在食品飲料工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用

MF技術(shù)普遍用于酒類、飲用水、茶飲料、果汁、奶制品、碳酸飲料的澄清和除菌過濾。如用孔徑小于0.5μm的微孔濾膜（濾芯過濾器）對啤酒和酒進(jìn)行過濾后，可脫除其中的酵母、霉菌和其他微生物。經(jīng)這樣處理的產(chǎn)品清澈、透明、存放期長，且成本低。我國經(jīng)多年努力，已研制出多種材質(zhì)的系列孔徑的MF膜元件，并形成產(chǎn)業(yè)化規(guī)模，已廣泛用于國內(nèi)各大著名的飲料生產(chǎn)商，如旭日升、匯源果汁、農(nóng)夫果汁等企業(yè)。29原料糖化發(fā)酵后發(fā)酵硅藻土過濾膜過濾Ⅰ緩沖罐膜過濾Ⅱ罐裝鮮生啤酒生產(chǎn)中膜過濾流程30④.在電子工業(yè)中的應(yīng)用電子工業(yè)使用的流體包括氣體和液體，過濾器大致分為氣體過濾器和液體過濾器。氣體過濾器采用疏水性MF膜來從主體氣體（氮、氧、氫）和特殊氣體（如硅烷、胂、磷化氫、氨）中去除粒子。液體過濾器分成化學(xué)藥劑過濾、光敏抗蝕劑過濾器及去離子水過濾器。在電子工業(yè)中，對去離子水的要求很高，因此應(yīng)選擇潔凈度高，濾膜完整性好，孔徑均勻的MF膜，否則會影響去離子水的水質(zhì)，進(jìn)而導(dǎo)致電子元器件或集成電路板的報廢。

MF膜在純水制備中主要用處有兩方面：一是在RO或ED前用作保安過濾器，用以清除細(xì)小的懸浮物質(zhì)；二是在陽/陰或混合交換柱后，作為最后一級終端過濾手段，用它濾除樹脂碎片或細(xì)菌等雜質(zhì)。31Flowschematicofanultrapurewatertreatmentsystem32原水絮凝沉淀砂、無煙煤過濾加氯消毒殺菌預(yù)過濾RO陽床陰床陰陽混床MF用戶電子工業(yè)超純水制備流程3334⑤.在油田注水的應(yīng)用在石油開采中，向低滲透油田實行早期注入高質(zhì)量的水是對低滲透油田補(bǔ)充能量，穩(wěn)定產(chǎn)量的長期的根本保證。在石油開采注水工藝中一個核心的環(huán)節(jié)是如何保證注入水的水質(zhì)，MF技術(shù)在其中已發(fā)揮了較大的作用，國內(nèi)主要用PE燒結(jié)微孔管、折疊式MF膜過濾芯及中空纖維UF組件等。

35⑥.在家庭生活中的應(yīng)用由于我國城市自來水供給系統(tǒng)在輸送過程中的不完善，我們?nèi)粘ｏ嬘玫淖詠硭嬖谥挝廴镜膯栴}，這對我們的人身健康帶灰很大的隱患。采用MF技術(shù)制造的家用凈水器，通過MF膜的過濾