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1、第21卷第4期海洋技术Vol121,No142002年12月OCEANTECHNOLOGYDec,2002中空纤维膜技术及其应用吕经烈(国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所,天津300192)摘要:阐述了膜分离技术的发展概况和意义,详细介绍了中空纤维超滤膜、微滤膜的技术特性、制备工艺、应用领域及发展前景。关键词:中空纤维;膜分离;超滤;微滤+中图分类号:P74715TQ文献标识码:B文章编号:100322029(2002)0420073204膜分离技术即是以高分子材料学为基础,以天1膜分离技术概述然或人工合成的高分子薄膜,以外界能量或化学位差为推动力,对双组分或多组分的溶质和溶剂进行膜分
2、离技术是自本世纪60年代中期发展起来分离、分级、浓缩、提纯及净化的方法。的高新技术。在现代工业技术和人们日常生活中,膜膜和膜分离技术主要可分为:微滤膜、超滤膜、与膜分离技术扮演着相当重要的角色,它已成为许纳滤膜、反渗透膜、透析膜、电渗析(离子交换)膜、多国家,特别是发达国家最受瞩目的优先发展的高渗透汽化膜和气体分离膜。主要的膜分离方法及适新技术产业之一。据有关文献估计:全世界分离膜应范围如表1所示。及膜组件市场规模,已达到年销售80亿美元以上。表1主要的膜分离方法及适应范围膜的孔径膜的种类膜的功能透过物质分离驱动力(Lm)脱除溶液中的悬浮物、胶团、微微滤膜水、溶剂和溶解物压力差011～10
3、粒子、菌类。脱除溶液中的胶体、大分子、菌超滤膜水、溶剂、离子和小分子压力差0101～011类、病毒、热源、蛋白质等脱除溶液中的无机盐、离子、低纳滤膜和反渗透膜水、溶剂压力差01001～0101分子、糖类、氨基酸、BOD、COD。脱除溶液中的盐类及低分子物、透析膜离子、低分子、酸和碱浓度差01001～0101离子、氨基酸、糖类、BOD、COD。电渗析离子交换膜脱除溶液中的无机、有机离子离子电位差01001～0101溶液中的低分子与溶剂间的分压力差渗透汽化膜蒸汽010001～01001离浓度差气体与气体分离、气体与蒸汽分气体分离膜气体浓度差010001～01001离收稿日期:200220921
4、874海洋技术第21卷各种膜过程具有不同的机理,适用于不同的对般不大于013MPa。超滤膜是高效、高精度的水质象和要求。膜分离技术的最大特点是:常温操作、无净化设备,滤后水质清澈味甘,可直接生饮。相态变化、高效节能、无二次污染、工艺设备简单、中空纤维超滤膜的性能的表示法,大体上有三操作方便、容易实现自动化控制。个:截留率、水通量、截留分子量。膜分离技术广泛应用于水质处理、化工、医药、截留率即膜对溶质的分离、脱除率。R=(1-食品、饮料等行业,几乎已渗入到国民经济各个领C2öC1)×100à,(C1,C2分别为被分离物质的主体域。膜分离过程已成为解决当代能源、资源和环境溶液浓度和膜的透过液浓
5、度)。污染问题的重要高新技术和可持续发展技术的基水通量是指单位时间内单位面积的膜所透过的2础,今后它可能对工业、农业、环境工程在某种程水量。J=VöS·t,单位为:Löm·h。度上带来革命性的推动作用。截留分子量即膜所分离物质的分子量,是用来表征膜对不同分子量溶质的分离能力。一般将表观2中空纤维超滤膜技术及其应用截留率为90%～95%的溶质的分子量定义为膜的我国对超滤膜技术的研究起步于70年代,80截留分子量,截留分子量的高低在一定程度上反映年代研制成功了聚砜中空纤维式超滤膜及膜组件。了膜孔径的大小及膜的截留特性,截留率越高,截通过国家“七五”、“八五”、“九五”科技攻关,目留范围越窄的膜
6、越好。前我国超滤膜的材料有10多个品种,组件的形式有中空纤维膜的特点是:(1)耐压性能好,它取板式、管式、卷式、中空纤维式等,广泛应用于工决于中空纤维管的外径和内径之比,而与管壁的绝业生产和人们生活。对厚度无关。P=K(R外öR内-1)。(K为材料的抗对于膜分离技术的研究,大体上可分为三个方拉强度)(2)中空纤维膜无需支撑体。(3)膜组件面:(1)膜材料的研究,即是利用高分子材料学为可做成任意大小和形状。(4)中空纤维膜在膜组件基础,在多种可制膜的高分子材料中,选择出一种内的装填密度大,单位体积的膜面积大、通量大。优良的膜材料。它必须具有良好的成膜稳定性、抗212中空纤维超滤膜的生产工艺技
7、术氧化性、抗水解性、耐热性、耐污染性、机械强度、中空纤维超滤膜的制膜材料较多,最常见的有耐酸碱性及性能价格比。(2)膜工艺的研究,即是聚砜、磺化聚砜、聚醚砜、聚芳醚砜、聚砜酰胺、聚利用制膜设备,通过对制膜过程中制膜液组分的种丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、醋酸纤维类和配比的控制及压力、温度、速度等参数的控制,素等。确定出一个最佳的制膜工艺,而制出最优良性能的中空纤维膜的制备方法,可分为干-湿法和熔膜。(3)膜过程的研
