4.1 各种膜分离法及其原理

1、膜分离技术的发展历史

膜分离技术是指在分子水平上不同粒径分子的混合物在通过半透膜时，实现选择性分离的技术，在饮用水净化、工业用水处理，食品、饮料用水净化、除菌，生物活性物质回收、精制等方面得到广泛应用，并迅速推广到纺织、化工、电力、食品、冶金、石油、机械、生物、制药、发酵等各个领域。分离膜因其独特的结构和性能，在环境保护和水资源再生方面异军突起，在环境工程，特别是废水处理和中水回用方面有着广泛的应用前景。

       1748年Abble Nelkt发现水能自然地扩散到装有酒精溶液的猪膀胱内，首次揭示了膜分离现象，但是直到20世纪60年代中期，膜分离技术才应用在工业上。1861年Schmidit首先提出超过滤的概念，他指出，当溶液用比滤纸孔径更小的棉胶膜或赛璐玢膜过滤时，如果对接触膜的溶液施加压力并使膜两侧产生压力差，那么它可以过滤分离溶液中如细菌、蛋白质、胶体那样的微小粒子，这种过滤精度要比通常的滤纸过滤高的多，因此称这种膜过滤法为超过滤。

几种主要膜技术发展近况大致如下：

       微滤在20世纪30年代硝酸纤维素微滤膜商品化，60年代主要开发新品种。虽然早在100多年前已在实验室制造微孔滤膜，但是直到1918年才由Zsigmondy提出商品微孔过滤膜的制造法，并报道了在分离和富集微生物、微粒方面的应用。1925年在德国建立世界上第一个微孔滤膜公司“Sartorius”，专门经销和生产微孔滤膜。第二次世界大战后，美国对微孔滤膜的制造技术和应用技术进行了广泛的研究研究微孔滤膜主要是发展新品种，扩大应用范围。使用温度在－100～260℃。

        超滤从20世纪70年代进入工业化应用后发展迅速，已成为应用领域最广的技术。日本开发出孔径为5～50nm的陶瓷超滤膜，截留分子量为2万，并开发成功直径为1～2mm，壁厚200～400um的陶瓷中空纤维超滤膜，特别适合于生物制品的分离纯化。

        离子交换膜和电渗析技术主要用于苦咸水脱盐，引起氯碱工业的深刻变化。离子膜法比传统的隔膜法节约总能耗30%，节约投资20%。90年世界上已有34个国家近140套离子膜电解装置投产，到2000年全世界将1/3氯碱生产转向膜法。

        20世纪60年代Loeb与Sourirajan发明了第一代高性能的非对称性醋酸纤维素膜，把反渗透首次用于海波及苦咸水淡化。70年代开发成功高效芳香聚酰胺中空纤维反渗透膜，使RO膜性能进一步提高。90年代出现低压反渗透复合膜，为第三代RO膜，膜性能大幅度提高，为RO技术发展开辟了广阔的前景。超纯水制造、锅炉水软化，食品、医药的浓缩，城市污水处理，化工废液中有用物质回收。

        1979年Monsanto公司用于H2/N2分离的Prism系统的建立，将气体分离推向工业化应用。1985年Dow化学公司向市场提供以富N2为目的空气分离器“Generon”气体分离用于石油、化工、天然气生产等领域，大大提高了过程的经济效益。

2、各种膜分离方法及其原理