膜分离技术的应用及发展趋势.doc

膜分离技术的应用及发展趋势 摘要：综述世界和中国膜分离技术的发展．并对膜分离技术的基本特性、技术特点、膜材料、分类及膜分离装置进行了简单介绍；并介绍了膜分离法在化工及石油工业、食品工业、医药工业和医疗设备、生物技术和环境工程中的应用，并分析了膜分离技术将会在膜材料、新的膜过程和集成膜过程3个方面的发展趋势。同时指出如果能解决膜产品的价格、膜污染和膜分离性能的提高这3个膜的制约因素，膜分离技术将在人类社会的发展史上起到不可替代的作用。 关键词：膜分离技术；发展趋势；膜材料；膜过程 中国的膜分离技术的发展是从1958年对离子交换膜的研究开始的，数十年来，取得了长足的进步目前中国研究所涉及的领域遍及膜科学与技术，从材料的应用到产品的开发等方面。经过20年的努力，中国在膜分离技术的研究开发方面已涌现出一批具有实用价值，接近或达到国际先进水平的成果。但从总体上讲，中国的膜分离技术和世界先进水平相比还有不小的差距，还有待于进一步研究开发。 1.膜分离技术概述 1.1 膜分离技术 目前己经深入研究和开发的膜分离技术有微滤、超滤、纳滤、反渗透、电渗析、渗透汽化和气体分离等。正在开发研究中新的膜过程有：膜蒸馏、支撑液膜、膜萃取、膜生物反应器、控制释放膜、仿生膜以及生物膜等过程。表l列出了工业应用膜过程的分类及其基本特性。 1.2膜分离技术特点 与传统的蒸馏、吸附、吸收、萃取、深冷分离等分离技术相比，膜分离具有以下特点： 1.2.1 膜分离通常是一个高效的分离过程 1.2.2 膜分离过程的能耗（功耗）通常比较低 1.2.3 多数膜分离过程的工作温度在室温附近，特别适用于对热敏物质的处理 1.2.4 膜分离设备本身没有运动的部件，工作温度又在室温附近，所以很少需要维护，可靠度很高。它的操作十分简单，而且从开动到得到产品的时间很短，可以在频繁的启、停下工作。 1.2.5 膜分离过程的规模合处理能力可在很大范围内变化，而它的效率、设备单价、运行费用等都变化不大。 1.2.6 膜分离由于分离效率高，通常设备的体积比较小，占地较少。 1.3膜材料、分类及膜分离装置 膜材料分为有机和无机两大类。有机材料主要包括纤维素类、聚酰胺类、芳香杂环类、聚砜类、聚烯烃类、硅橡胶类、含氟高分子类等；无机材料主要以金属、金属氧化物、陶瓷、多孔玻璃等为主。膜使分离过程的核心。由于膜的种类和功能繁多，分类方法有多种，比较通用的有 4种方法，即按膜的性质分类、按膜的结构分类、按膜的用途分类以及按膜的作用机理分类。 根据膜的形状，膜分离装置基本上可分为如下5类：板式结构；管式结构；卷式结构；中空纤维结构；旋叶式动态膜装置。 2.膜分离技术的应用 2.1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，广泛应用于水中细小微粒，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C O；由膜分离氧和氮等[ 2 , 1 4 - 1 q。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处理；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 中回收氢气；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着十分重要的作用。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。 2.2 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。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