1、第四章 高分子分离膜与膜分离技术 4.1 概述4.1.1 分离膜与膜分离技术的概念分离膜是指能以特定形式限制和传递流体物质的分隔两相或两部分的界面。 膜的形式可以是固态的，也可以是液态的。被膜分割的流体物质可以是液态的，也可以是气态的。膜至少具有两个界面，膜通过这两个界面与被分割的两侧流体接触并进行传递。分离膜对流体可以是完全透过性的，也可以是半透过性的，但不能是完全不透过性的。 膜在生产和研究中的使用技术被称为膜技术。1第四章 高分子分离膜与膜分离技术随着科学技术的迅猛发展和人类对物质利用广度的开拓，物质的分离已成为重要的研究课题。分离的类型包括同种物质按不同大小尺寸的分离；异种物质的分离；
2、不同物质状态的分离等。在化工单元操作中，常见的分离方法有 筛分、过滤、蒸馏、蒸发、重结晶、萃取、离心分离 等。然而，对于高层次的分离，如分子尺寸的分离、生物体组分的分离等，采用常规的分离方法是难以实现的，或达不到精度，或需要损耗极大的能源而无实用价值。2第四章 高分子分离膜与膜分离技术具有选择分离功能的高分子材料的出现，使上述的分离问题迎刃而解。 膜分离过程的主要特点是以具有选择透过性的膜作为分离的手段，实现物质分子尺寸的分离和混合物组分的分离 。膜分离过程的推动力有 浓度差、压力差和电位差 等。膜分离过程可概述为以下三种形式： 渗析式膜分离料液中的某些溶质或离子在浓度差、电位差的推动下，透过
3、膜进入接受液中，从而被分离出去。属于渗析式膜分离的有 渗析和电渗析 等； 3第四章 高分子分离膜与膜分离技术 过滤式膜分离利用组分分子的大小和性质差别所表现出透过膜的速率差别，达到组分的分离。属于过滤式膜分离的有 超滤、微滤、反渗透和气体渗透 等； 液膜分离液膜与料液和接受液互不混溶，液液两相通过液膜实现渗透，类似于萃取和反萃取的组合。 溶质从料液进入液膜相当于萃取，溶质再从液膜进入接受液相当于反萃取 。 4第四章 高分子分离膜与膜分离技术膜分离技术是利用膜对混合物中各组分的选择渗透性能的差异来实现分离、提纯和浓缩的新型分离技术。膜分离过程的共同优点是 成本低、能耗少、效率高、无污染并可回收有
4、用物质 ，特别适合于性质相似组分、同分异构体组分、热敏性组分、生物物质组分等混合物的分离，因而在某些应用中能代替蒸馏、萃取、蒸发、吸附等化工单元操作。实践证明，当不能经济地用常规的分离方法得到较好的分离时，膜分离作为一种分离技术往往是非常有用的。并且膜技术还可以和常规的分离方法结合起来使用，使技术投资更为经济。5第四章 高分子分离膜与膜分离技术膜分离过程没有相的变化 (渗透蒸发膜除外 )，常温下即可操作；由于避免了高温操作，所浓缩和富集物质的性质不容易发生变化，因此在膜分离过程食品、医药等行业使用具有独特的优点；膜分离装置简单、操作容易，对无机物、有机物及生物制品均可适用，并且不产生二次污染。
5、由于上述优点，近二三十年来，膜科学和膜技术发展极为迅速，目前已成为工农业生产、国防、科技和人民日常生活中不可缺少的分离方法，越来越广泛地应用于 化工、环保、食品、医药、电子、电力、冶金、轻纺、海水淡化 等领域。6第四章 高分子分离膜与膜分离技术4.1.2 膜分离技术发展简史高分子膜的分离功能很早就已发现。 1748年，耐克特（ A. Nelkt）发现水能自动地扩散到装有酒精的猪膀胱内，开创了 膜渗透 的研究。 1861年，施密特（ A. Schmidt）首先提出了 超过滤 的概念。他提出，用比滤纸孔径更小的棉胶膜或赛璐酚膜过滤时，若在溶液侧施加压力，使膜的两侧产生压力差，即可分离溶液中的细菌、
6、蛋白质、胶体等微小粒子，其精度比滤纸高得多。这种过滤可称为超过滤。按现代观点看，这种过滤应称为 微孔过滤 。 7第四章 高分子分离膜与膜分离技术然而，真正意义上的分离膜出现在 20世纪 60年代。 1961年，米切利斯（ A. S. Michealis）等人用各种比例的酸性和碱性的高分子电介质混合物以水 丙酮 溴化钠为溶剂，制成了可截留不同分子量的膜，这种膜是真正的 超过滤膜 。美国 Amicon公司首先将这种膜商品化。 50年代初，为从海水或苦咸水中获取淡水，开始了 反渗透膜 的研究。 1967年， Du Pont公司研制成功了以尼龙 66 为主要组分的中空纤维反渗透膜组件。同一时期，丹麦
7、DDS公司研制成功 平板式反渗透膜组件 。反渗透膜开始工业化。8第四章 高分子分离膜与膜分离技术自上世纪 60年代中期以来，膜分离技术真正实现了工业化。首先出现的分离膜是 超过滤膜（简称UF膜）、微孔过滤膜（简称 MF膜）和反渗透膜（简称 RO膜） 。以后又开发了许多其它类型的分离膜。在此期间，除上述三大膜外，其他类型的膜也获得很大的发展。 80年代 气体分离膜 的研制成功，使功能膜的地位又得到了进 步提高。9第四章 高分子分离膜与膜分离技术具有分离选择性的人造 液膜 是马丁（ Martin）在 60年代初研究反渗透时发现的，这种液膜是覆盖在固体膜之上的，为支撑液膜。 60年代中期，美籍华人 黎念之博士 发现含有表面活性剂的水和油能形成界面膜，从而发明了不带有固体膜支撑的新型液膜，并于 1968年获得纯粹液膜的第一项专利。 70年代初，卡斯勒（ Cussler）又研制成功 含流动载体的液膜 ，使液膜分离技术具有更高的选择性。由于膜分离技术具有高效、节能、高选择、多功能等特点，分离膜已成为上一世纪以来发展极为迅速的一种功能性高分子。10
