膜分离技术的发展历程及原理

    人们对膜进行科学研究则是近几十年来的事。1950年朱达W．Juda试制出选择透过性能的离子交换膜，奠定了电渗析的实用化基础。1960年洛布（Loeb）和索里拉简（Sourirajan）研制成世界上具有历史意义的非对称反渗透膜，这在膜分离技术发展中是一个重要的突破，使膜分离技术进入了大规模工业化应用的时代。其发展的历史大致为：20世纪30年代微孔过滤；40年代透析；50年代电渗析；60年代反渗透；70年代超滤和液膜；80年代气体分离；90年代渗透汽化。此外，以膜为基础的其它新型分离过程，以及膜分离与其它分离过程结合的集成过程（IntegratedMembraneProcess）也日益得到重视和发展。

　　一、膜分离原理

　　膜分离过程是以选择性透过膜为分离介质，当膜两侧存在某种推动力（如压力差、浓度差、电位差、温度差等）时，原料侧组分选择性地透过膜，以达到分离、提纯的目的。不同的膜过程使用不同的膜，推动力也不同。目前已经工业化应用的膜分离过程有微滤（MF）、超滤（UF）、反渗透膜（RO）、渗析（D）、电渗析（ED）、气体分离（GS）、渗透汽化（PV）、乳化液膜（ELM）等。

　　二、膜分离技术

　　反渗透膜、超滤、微滤、电渗析这四大过程在技术上已经相当成熟，已有大规模的工业应用，形成了相当规模的产业，有许多商品化的产品可供不同用途使用。这里主要以反渗透膜和超滤膜为代表介绍一下。

　　2.1反渗透膜（RO）

　　反渗透膜使用的材料，zui初是醋酸纤维素（CA），1966年开发出聚酰胺膜，后来又开发出各种各样的合成复合膜。CA膜耐氯性强，但抗菌性较差。合成复合膜具有较高的透水性和有机物截留性能，但对次氯酸等酸性物质抗性较弱。这两种材料耐热性较差，zui高温度大约是60℃左右，这使其在食品加工领域的应用中受到限制。

　　2.2超滤膜（UF）

　　超滤膜zui初也是使用CA做材料，后来各种合成高分子材料得以广泛应用。其材料多种多样，共同特点是具有耐热、耐酸碱、耐生物腐蚀等优点。

　　目前使用zui多的UF膜材料是聚芳砜和异丙基聚芳砜。这两种材料的zui大优点是耐热性非常强。聚芳砜的机械性能好，有优良的耐氧化性能，通常使用时耐热温度可达8O℃，热杀菌时耐热温度可达90℃，异丙基聚芳砜耐氧化性能更好，较高温度下能够保持良好的机械性能，耐热温度可达90℃，热杀菌时可达98℃。进行热杀菌时，高温水急速通过膜装置，因膜装置材料的热膨胀系数不同，有时膜会发生泄漏。现在，通过对环氧系粘合剂的组成、硬化条件的研究，已能够制造耐50℃温差的急速加热冷却的膜装置。