液相色譜儀液體樣品預處理技術膜分離的原理及特點

膜分離技術是1960年前后開發、20世紀70年代開始實用化的。隨著其用途不斷擴大,近年來已迅速發展成為大型化的分離裝置,廣泛用于海水淡化、潔凈水、純水和超純水制造、廢水處理等眾多領域。膜分離是利用固膜或液膜的選擇性滲透作用而分離氣體或液體混合物的一種方法。固膜分離有超濾、微孔過濾、反滲透、氣體滲透分離等。液膜分離則往往是模擬生物膜的結構和功能。膜的分離,簡單地說就是篩分,即利用膜表面孔的機械篩分原理,將不同大小的物質分離開,達到分離、純化濃縮的目的。膜分離過程具有分離迅速、節約能耗、減少污染、設備簡單、連續操作等特點。選擇適當的膜分離技術,可以代替傳統工藝的蒸餾蒸發、真空過濾、濃縮抽提、離子交換等多種工藝,解決目前某些產品在工業生產過程中傳統工藝無法解決的能耗高、質量差,收率低,污染重等難題,與其他樣品預處理技術相比,膜分離技術過程中樣品或基質成分超載的危險性可以忽略,大多數膜過程在密封流動系統中進行,能降低污染,避免接觸有毒或危險的樣品,使用有機溶劑量少,流動系統易于實行自動化。同時也具有孔易堵塞、易污染以及效率低的缺點。

膜分離技術實際上是一種借助于膜而實現的各種分離過程。以選擇性透過膜為分離介質,在膜兩側施加某種推動力,如壓力差、濃度差、電位差等,使樣品一側中的預分離組分選擇性地透過膜,低分子溶質通過膜,而大分子溶質被截流,以此來分離溶液中不同分子量的物質,從而達到分離、純化的目的。膜的種類繁多,大致可按下面幾個方面對膜進行分類:

①根據膜的材質,從相態上可分為固體膜和液體膜;

②從材料來源上可分為天然膜和合成膜,合成膜又分為無機材料膜和有機材料膜,常用膜材料見表1;

③根據膜的結構可分為多孔膜和致密膜;

④按膜斷面的物理形態,固體膜又可分為對稱膜、不對稱膜和復合模;對稱膜又稱均質膜,不對稱膜具有極薄的表面活性層(或致密層)和其下部的多孔支撐層;復合膜通常用兩種不同的膜材料分別制成表面活性層和多孔支撐層;

⑤根據膜的功能,可分為離子交換膜、滲透膜、微濾膜、超濾膜、反滲透膜、滲透氣化膜和氣體分離膜,表2為常用膜的功能及應用范圍;

⑥根據固體膜的形狀,可分為平板膜、管式膜、中空纖維膜等。不同分離過程使用不同的膜,推動力也不同。根據推動力的不同,膜分離過程分為依靠壓力差分離的反滲透、微濾、超濾、氣體分離,依靠濃度差分離的滲析、乳化液膜分離、膜萃取,依靠電位差分離的電滲析,依靠溫度差分離的膜蒸發、滲透氣化。表3給出了常用膜分離過程的基本特點及其應用范圍。

表1 膜材料分類

表2 主要膜的功能及其實用范圍

表3 常用膜分離過程的基本特點