膜分離技術的發展歷程及原理

    人們對膜進行科學研究則是近幾十年來的事。1950年朱達W．Juda試制出選擇透過性能的離子交換膜，奠定了電滲析的實用化基礎。1960年洛布（Loeb）和索里拉簡（Sourirajan）研制成世界上具有歷史意義的非對稱反滲透膜，這在膜分離技術發展中是一個重要的突破，使膜分離技術進入了大規模工業化應用的時代。其發展的歷史大致為：20世紀30年代微孔過濾；40年代透析；50年代電滲析；60年代反滲透；70年代超濾和液膜；80年代氣體分離；90年代滲透汽化。此外，以膜為基礎的其它新型分離過程，以及膜分離與其它分離過程結合的集成過程（IntegratedMembraneProcess）也日益得到重視和發展。

　　一、膜分離原理

　　膜分離過程是以選擇性透過膜為分離介質，當膜兩側存在某種推動力（如壓力差、濃度差、電位差、溫度差等）時，原料側組分選擇性地透過膜，以達到分離、提純的目的。不同的膜過程使用不同的膜，推動力也不同。目前已經工業化應用的膜分離過程有微濾（MF）、超濾（UF）、反滲透膜（RO）、滲析（D）、電滲析（ED）、氣體分離（GS）、滲透汽化（PV）、乳化液膜（ELM）等。

　　二、膜分離技術

　　反滲透膜、超濾、微濾、電滲析這四大過程在技術上已經相當成熟，已有大規模的工業應用，形成了相當規模的產業，有許多商品化的產品可供不同用途使用。這里主要以反滲透膜和超濾膜為代表介紹一下。

　　2.1反滲透膜（RO）

　　反滲透膜使用的材料，zui初是醋酸纖維素（CA），1966年開發出聚酰胺膜，后來又開發出各種各樣的合成復合膜。CA膜耐氯性強，但抗菌性較差。合成復合膜具有較高的透水性和有機物截留性能，但對次氯酸等酸性物質抗性較弱。這兩種材料耐熱性較差，zui高溫度大約是60℃左右，這使其在食品加工領域的應用中受到限制。

　　2.2超濾膜（UF）

　　超濾膜zui初也是使用CA做材料，后來各種合成高分子材料得以廣泛應用。其材料多種多樣，共同特點是具有耐熱、耐酸堿、耐生物腐蝕等優點。

　　目前使用zui多的UF膜材料是聚芳砜和異丙基聚芳砜。這兩種材料的zui大優點是耐熱性非常強。聚芳砜的機械性能好，有優良的耐氧化性能，通常使用時耐熱溫度可達8O℃，熱殺菌時耐熱溫度可達90℃，異丙基聚芳砜耐氧化性能更好，較高溫度下能夠保持良好的機械性能，耐熱溫度可達90℃，熱殺菌時可達98℃。進行熱殺菌時，高溫水急速通過膜裝置，因膜裝置材料的熱膨脹系數不同，有時膜會發生泄漏。現在，通過對環氧系粘合劑的組成、硬化條件的研究，已能夠制造耐50℃溫差的急速加熱冷卻的膜裝置。