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工艺方法——膜分离技术

工艺简介

一、膜的种类

分离膜包括：反渗透膜（0.0001-0.001μm），纳滤膜（0.001-0.01μm）

超滤膜（0.01-0.1μm）微滤膜（0.1-10μm）、电渗析膜、渗透气化膜、

液体膜、气体分离膜、电极膜等。它们对应不同的分离机理，不同的

设备，有不同的应用对象。膜本身可以由聚合物，或无机材料，或液

体制成，其结构可以是均质或非均质的，多孔或无孔的，固体的或液

体的，荷电的或中性的。膜的厚度可以薄至100μm，厚至几毫米。不

同的膜具有不同的微观结构和功能，需要用不同的方法制备。

无论在实验室或工业规模的生产中，膜都被制成一定形式的组件

作为膜分离装置的分离单元。在工业上应用并实现商品化的膜组件主

要有平板型、圆管型、螺旋卷型和中空纤维型，相应的膜的几何形状

分为平板式、管式、毛细管式和中空纤维式。后三种皆为管状膜，它

们的差别主要是直径不同：直径10mm的为管式膜；直径在0.5-10mm

之间的是毛细管式膜；直径0.5mm的为中空纤维膜。管状膜直径越

小则单位体积里的膜面积越大。

二、反渗透膜

1、反渗透过程

反渗透（RO）是利用反渗透膜选择性的只能通过溶剂（通常是

水）而截留离子物质的性质，以膜两侧静压差为推动力，克服溶剂的

渗透压，使溶剂通过反渗透膜而实现对液体混合物进行分离的膜过程。

反渗透同NF、UF一样均属于压力驱动型膜分离技术，其操作压

-10

差一般为1.5-10.5MPa，截留组分为（1-10）×10m小分子物质。除

此之外，还可以从液体混合物中去处全部悬浮物、溶解物和胶体，例

如从水溶液中将水分离出来，以达到分离、纯化等目的。目前，随着

超低压反渗透膜的开发，已可在小于1MPa压力下进行部分脱盐，适

用于水的软化和选择性分离。

2、分离原理

反渗透膜的选择透过性与组分在膜中的溶解、吸附和扩散有关，

因此除与膜孔的大小、结构有关外，还与膜的化学、物理性质有密切

关系，即与组分和膜之间的相互作用密切相关。由此可见，反渗透分

离过程中化学因素（膜及其表面特性）起主导作用。

当用一个半透性膜分离两种不同浓度的溶液时，膜仅允许溶剂分

子通过。由于浓溶液中溶剂的化学位低于它在稀溶液中的化学位，稀

溶液中的溶剂分子会自发地透过半透膜向浓溶液中迁移。

3、反渗透的应用

反渗透技术的大规模应用主要是苦咸水和海水淡化，此外被大量

地用于纯水制备及生活用水处理，以及难于用其他方法分离地混合物。

反渗透地工业应用包括：

（1）海水和苦咸水脱盐制饮用水；

（2）制备半导体工业、医药、化学工业中所需的超纯水；

（3）用于浓缩过程，包括：食品工业中果汁、糖、咖啡的浓缩；

电镀和印染工业中废水的浓缩；奶品工业中生产干酪前牛奶的浓缩。

六、纳滤膜

纳滤技术是反渗透膜过程为适应工业软化水的需求及降低成本

的经济性不断发展的新膜品种，以适应在较低操作压力下运行，进而

实现降低成本演变发展而来的。我国于二十世纪90年代初期开始研

制纳滤膜，与国外相比，我国纳滤技术整体上只能说是刚刚开始，膜

的研制、组器技术和应用开发等都刚起步。

1、纳滤过程

纳滤（NF）是介于反渗透很超滤之间的一种压力驱动型膜分离技

术。它具有两个特性：①对水中的分子量为数百的有机小分子成分具

有分离性能；②对于不同价态的阴离子存在Donnan效应。物料的荷

电性，离子价数荷浓度对膜的分离效应有很大影响。

用于饮用水和工业用水的纯化，废水净化处理，工艺流体中有价

值成分的浓缩等方面，其操作压差为0.5-2.0MPa（或0.345-1.035MPa），

截留分子量界限为200-1000（或200-500），分子大小为1nm的溶解

组分的分离。由于NF膜达到同样的渗透通量所必需施加的压差比用

RO膜低0.5-3MPa，故NF膜过滤又称“疏松型RO”或“低压反渗透”。

2、分离原理

NF膜与RO膜均为无孔膜，通常认为其传质机理为溶解－扩散方

式。但NF膜大多为荷电膜,其对无机盐的分离行为不仅由化学势梯度

控制，同时也受到电势梯度的影响，即NF膜的行为与其荷电性能，

以及溶