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1、膜分离技术的发展及其工业应用摘 要:膜分离技术作为新型高科技分离技术之一,倍受众多工业的关注。综述了膜分离技术的发展,及今后的发展趋势,对其在石化行业、水处理、食品行业主要工业应用进行较为详细的阐述。关键词:膜分离技术;膜发展;膜应用分离技术的发展与人类的生产实践密切相关,伴随着生产力的发展,科学技术的进步,分离的方法也从简到繁,从低级到高级,工艺从一种方法到多种联用。已由过去简单的蒸馏分离技术发展到现在复杂的超临界萃取技术,膜分离技术等。 膜分离技术[1],顾名思义,是利用一张特殊制造的,有选择透过性能的薄膜,在外力推
2、动下对混合物进行分离、提纯、浓缩的一种新型分离技术。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,并且膜分离技术还可以和常规的分离方法结合起来使用,使分离技术投资更为经济。表1是几种主要的膜分离过程及其传递机理,推动力,透过物,膜类型的比较。表1 几种主要的膜分离过程膜过程传递机理推动力透过物膜类型时间微滤(MF)Micr-Filtration颗粒大小压力差水,溶剂,溶解物多孔膜1925电渗析(ED)Electro-Dialysis电解质离子的选择性传递电位差电解质离子离子
3、交换膜1950反渗透(RO)ReverseOsmosis溶剂的扩散传递压力差水,溶剂非对称性膜,复合膜1965超滤(UF)UltraFiltration分子特性大小形状压力差水,溶剂,小分子非对称性膜1970气体分离(GS)Gas-Separation气体和蒸汽的扩散渗透压力差渗透性的气体或蒸汽均相膜,复合膜,非对称性膜1980渗透蒸发(PV)PerVaporation选择传递压力差易渗透的溶剂或溶质均相膜,复合膜,非对称性膜1990钠滤(NF)Nano-Filtration离子大小及电荷压力差水,一价离子复合膜90年代1
4、 发展史 膜分离在生物体内广泛存在,而人们对其的认识、利用、模拟,及至目前的人工合成的过程却是极其漫长而曲折的。膜分离技术发展大致可分为3个阶段: ——50年代,奠定基础的阶段,主要是对膜分离科学的基础理论研究和膜分离技术的初期工业开发; ——60年代～80年代,发展阶段,主要是使一些膜分离技术实现工业化生产,同时又开发研制了几种重要膜分离过程; ——90年代～至今,发展深化阶段,主要是不断提高已实现工业化的膜分离水平,扩大使用范一些难度较大的膜分离技术的开发得到突飞猛进的发展,并开拓了新的膜分离技术。1.1 膜分
5、离技术的起源 200多年前,AbbeNollet在1748年观察到水可以通过覆盖在盛有酒精溶液瓶口的猪膀胱进入瓶中,发现了渗透现象。但是,直到19世纪中叶Gra-ham发现了透析(Dialysis)现象,人们才开始对膜分离现象重视起来,并开始研究。最初,许多生理学家使用的膜主要是动物膜。1867年MoritzTaube制成了人类历史上第一张合成膜——亚铁氰化钠膜,并以近代的观点予以论述。随后,Preffer用这种膜在蔗糖和其他溶液进行试验,把渗透压和温度及溶液浓度联系起来。接下来Van′tHoff以Preffer的结论为
6、出发点,建立了完整的稀溶液理论。1911年Donnan研究了荷电体传递中的平衡现象。1920年,Gibbs从热力学角度提供了认识渗透压现象和它与其他热力学性能关系的理论。1925年世界上第一个滤膜公司(Sartorius)在德国Gottingen公司成立。1930年TreorellMeyer,Sievers等对膜电动势的研究,为电渗析和膜电极的发明打下了基础。1950年W.Juda等试制成功第一张具有实用价值的离子交换膜,电渗析过程得到迅速发展。1.2膜分离技术的发展60年代末期,加利福尼亚大学的Yuster、Loeb、S
7、ourirajan等对膜材料进行了广泛的筛选工作,结果发现乙酸纤维素也具有特殊的半透性质。为了改进乙酸纤维素的透水性能,他们采用过氯酸镁水溶液为添加剂,经过反复试验,终于在1960年首次制成世界上具有历史意义的高性能非对称的乙酸纤维素反渗透膜,这使得Allied-Singned公司开创了RO工业应用的时代。随后,制膜技术不断机械化、自动化,膜的形式也从平板膜发展到管式膜及中空膜等。1971年DuPont化学公司也推出三醋酸纤维素中空纤维透过器。微滤、反渗透、超滤、透析及气体分离等膜分离技术都在60～80年代相继得到迅速发展
8、。1.3发展趋势近10多年来世界各国对膜分离技术的重视,极大地促进膜技术的发展,90年代GetGmbH公司推出了渗透蒸发。 中科院近来开发的某种新型渗透汽化膜及其工艺过程,将变革MTBE的生产工艺,产生可观的经济效益。近几年开发的纳滤膜分离技术,其膜的孔径比反渗透膜稍大,截留粒子的直径为几个nm,分子量
