膜分离技术的一项新进展
2007-05-03 23:03:27   来源：安徽教育学院学报   评论：0 点击：

　　膜分离是利用天然或人工制备的、具有选择透过性能的薄膜对双组分或多组分液体或气体进行分离、分级、提纯或富集[1]。膜是膜分离过程中关键性的材料。滤纸可以看成是最简单、最普通的膜,它可以过滤去一些较大颗粒的杂质。随着工业、环保等行业对物质分离、提纯、富集等技术的需求日益增加和要求的提高,膜技术的研究水平也迅速提高。真正意义上的膜技术发展始于上世纪30年代,以微孔过滤(ｍｉｃｒｏｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ)的开发为标志;40年代,人们开发了透析(ｄｉａｌｙｓｉｓ);50年代有了电渗析(ｅｌｅｃｔｒｏ ｄｉａｌｙｓｉｓ);60年代有了反渗透(ｒｅｖｅｒｓｅｏｓｍｏｓｉｓ);70年代有了超滤(ｕｌｔｒａｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ)和液膜(ｌｉｑｕｉｄｍｅｍ ｂｒａｎｅ);80年代有了气体分离(ｇａｓｓｅｐａｒａｔｉｏｎ);90年代有了渗透汽化(ｐｅｒｖａｐｏｒａｔｉｏｎ)[2]。由下表可以看出由过滤到微孔过滤到超微过滤、再到气体分离,膜的孔径越来越小,这可使分离提纯的物质更纯,分离技术的应用也因此更广泛。如过滤可以阻止红细胞、淀粉等颗粒通过;微孔过滤可以除去细菌;超微过滤可以截留各种蛋白质;反渗透可以除去水溶液中的离子及摩尔质量为几百的小分子溶质。

1几种膜分离技术的特点微滤技术即微孔过滤,其基本原理是筛孔分离。在压力差的推动下,原料液中的溶剂和小的溶质粒子透过膜,而大的粒子组分被膜截留,达到溶液的净化目的。微孔滤膜因孔径固定,可保证过滤的精度和可靠性。微滤技术广泛用于水处理过程,除去水中悬浮物,微小粒子和细菌。也用于酒、饮料中酵母和霉菌的去除,果汁的澄清过滤及各种滤液的澄清。超滤(ＵＦ)也是一个以压力差为推动力的膜分离过程。超滤膜分离主要是依据筛分原理,根据膜的截流分子量不同进行分离[4]。当液体混合物在一定压力下流经膜表面时,膜表面的微孔结构对物质进行选择性分离,小分子透过膜得到超滤液,而大分子物质则被截留,使原液中大分子浓度逐渐提高得到浓缩液,从而实现大、小分子的分离、浓缩、净化的目的。超滤技术在近30年得到迅速的发展,被广泛应用于饮用水制备、食品工业、制药工业、工业废水处理、金属加工涂料、生物产品加工、石油加工等领域。1953年,美国佛罗里达大学的Ｒｅｉｄ等人提出反渗透使海水淡化以来,反渗透(ＲＯ)技术得到迅速发展和广泛使用。反渗透是依靠渗透膜在压力的作用下使溶液中的溶剂与溶质进行分离的过程,从而达到纯化和浓缩的目的。该技术是一种高效节能技术。其过程无相变,一般不需加热,能耗低,具有运行成本低,无污染,操作方便运行可靠,而成为海水和苦咸水淡化最节能的技术。纳滤(Ｎａｎｏｆｉｌｉｔｒａｔｉｏｎ,ＮＦ)是80年代末问世的新型分离技术。纳滤膜具有纳米级孔径,截流分子量介于反渗透膜和超滤膜之间,为200～2000。主要特点是膜的表面常带正或负电荷[5]。这就使得它有特殊的应用。在此之前超滤技术已经用于蛋白质和蛋白质水解液中酶、多肽及其它大分子有机物的分级分离[6],但它不能分离分子量相近、物化性质相似的多肽[7]。而纳滤分离技术则对多肽和氨基酸的分级分离有独到的优势,因为小分子多肽和氨基酸的体积正好在纳滤膜的孔径范围,又是两性电解质,当溶液的ｐＨ偏离等电点时,会成为荷正电或负电的离子。所以纳滤膜通过空间位阻和电荷效应的作用可对多肽和氨基酸进行分离。此外该技术还用于低聚糖的分离和精制;果汁的高浓度浓缩;抗生素的浓缩和纯化;农产品的综合利用等领域。自从1979年美国Ｍａｎｓａｔｏ公司成功开发Ｐｒｉｓｍ中空纤维Ｎ2/Ｈ2分离器以来,气体分离膜技术的研究和应用得到迅速发展。目前主要用于Ｈ2的分离和回收,Ｏ2、Ｎ2的富集,ＣＯ2的分离回收,有机蒸汽的回收和空气的脱水等方面。预计21世纪气体分离膜技术将长足发展进而