膜技术知识简介（江湖君子老师专题系列讲座）

我从事膜技术的应用研究已经5年了，我发现现在好多人对膜不是很了解。现在将我对膜的知识给大家介绍一下，我会慢慢将其补充完全，因为时间关系，大部分我是copy过来的，如果有什么疑问，可以在后面跟帖，我会作出回来。同时欢迎同行指出不足。希望大家交流。

一 膜的定义
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    膜是一种薄的具有一定物理和／或化学特性的屏障物，它可与一种或两种相邻的流体相之间构成不连续区间并影响流体中各组分的透过速度。因此，膜可以看作是一种具有分离功能的介质，它可以是固态、液态，甚至是气态。

[[i] 本帖最后由 竹玉 于 2007-9-21 20:37 编辑 [/i]]

二 膜的分类
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[[i] 本帖最后由 江湖君子 于 2007-9-20 14:56 编辑 [/i]]

术语简介：
1.陶瓷膜：
   以多孔陶瓷材料为介质制成的具有分离功能的渗透膜。如以玻璃、二氧化硅、氧化铝、莫来石等为介质制成的膜，它可承受高温和宽的PH范围，而且其化学惰性要比聚合物膜的高，一般用于微滤和超滤。陶瓷微滤膜从液体中滤除微米级及亚微米粒子，其中包括固体颗粒，絮凝物、细菌、乳胶和乳化油等。对废水中乳化油及固体颗粒除率可达100％，废水中油含量可达国家排放标准（＜10ppm）；饮料中药液及其它工业物料的过滤，可使滤过液完全澄清无菌，对油类脱水，与汽加热脱水相比，可大幅度降低能量消耗，该陶瓷微滤膜可耐压50大气压以上，可长期在400℃下操作，用较高压力反冲，可使能量长期保持稳定，再生能力很强。此种膜尤其适应难过滤流体的过滤。
2.中空纤维膜：
     外形像纤维状，具有自支撑作用的膜。它是非对称膜的一种，其致密层可位于纤维的外表面／如反渗透膜，也可位于纤维的内表面(如微滤膜和超滤膜)。对气体分离膜来说，致密层位于内表面或外表面均可。
3.非对称膜：
     由同种材料制成的，一层为致密分离层，其厚度通常为0.1～0.5um另一层或多层(如无机膜)为支撑层(其厚度为5～10um)。
4.对称膜：
     一般指膜的各部分具有相同的特性，其孔结构不随深度而变化的膜。膜的厚度范围为10～200um。
5.气态膜：
   按制膜材料形态来分类的一种，即以气态物质为分离介质制成的膜，亦叫气相膜。它通常以充斥于疏水多孔聚合物膜孔隙中的气体为分离介质构成的，当把这种载有气体的膜将两种水溶液隔开时，可使一种液体中含有的挥发性溶质迅速扩散通过膜，在另一种溶液中富集或分离出去。
6.液态膜：
     按制膜材料形态来分类的一种，即以液态物质为分离介质形成的膜，亦叫液相膜或液膜。这种膜可以把两种气相，气液两相或两相不互溶的液体进行分隔和促进分离，如乳化液膜和支撑液膜。
7.固态膜：
      按制膜材料形态来分类的一种，即以固态物质为分离介质制成的膜，亦叫固相膜或固体膜。
8.天然膜：
   在人体或动植物中，自然形成并具有生理功能的膜。
9.人工膜：
    人造的具有可替代或协助完成人体部分器官生理功能的高分子膜或膜器件。如人工肾、人工心肺，辅助性人工肝、人工胰、人造皮肤、人造血管以及与输血有关的血液净化膜，血液透析膜，血液过滤膜，血浆分离膜，血浆净化膜等。
10.合成膜：
    由高聚物和无机物分别或复合制成的具有分离功能的渗透膜。

呵呵，江湖君子，不愧是君子呀！
大家好好学习。
不过我看完了之后，有不少问题想问呢。
1、目前最常用的是什么膜？价格比较之下，什么最好？
2、我们普通人员应该怎样摸索膜分离的条件呢？也就是，通常膜分离技术主要掌握那些方面的问题和关键点呢？

期盼江湖君子老师的 下次专题讲座。

超级版主问:
1、目前最常用的是什么膜？价格比较之下，什么最好？
2、我们普通人员应该怎样摸索膜分离的条件呢？也就是，通常膜分离技术主要掌握那些方面的问题和关键点呢？
第一个问题不好回答,要看你想干什么?达到什么目的?与目的有关
一般微滤用无机膜
超滤用无机或有机膜
纳滤和反渗透用有机膜
第二个问题
1.要建立膜的孔径的概念,比如分离蛋白可以用微滤.脱水用纳滤或反渗透
2.要有一定的经验
3.根据目的,比如去除灰分可以用纳滤
4.根据分子量和分子的大小确定膜的范围.比如截留5000分子量,要用50000------1000分子量的超滤膜
具体要看试验情况

根据分离物质的大小,可以将膜分为微滤,超滤,纳滤和反渗透
以后分别介绍
膜与对应分子的大小,大家先建立一个概念(如图大家最好下载后看，图片较大)
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[[i] 本帖最后由 江湖君子 于 2007-9-24 14:07 编辑 [/i]]

哦。
看来膜分离技术 对于 分子量《2000的有机化合物之间的分离效果 并没有选择性。比较适合于大分子之间的分离。
君子老师是这样的吗？

[quote]原帖由 [i]竹玉[/i] 于 2007-9-24 12:22 发表 [url=http://www.plantextra.com/bbs/redirect.php?goto=findpost&pid=20968&ptid=4426][img]http://www.plantextra.com/bbs/images/common/back.gif[/img][/url]
哦。
看来膜分离技术 对于 分子量《2000的有机化合物之间的分离效果 并没有选择性。比较适合于大分子之间的分离。
君子老师是这样的吗？ [/quote]
这种说法不正确，我只是想说明一个概念：2000分子量的膜并不是说2000以下的都透过去，2000以上的都可以截留住

从上图中可以表明：
[attach]2523[/attach]

[[i] 本帖最后由 江湖君子 于 2007-9-24 14:17 编辑 [/i]]

传统的死端过滤和错流过滤的区别：
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[[i] 本帖最后由 江湖君子 于 2007-9-24 14:23 编辑 [/i]]

下面先讲一下反渗透:
大家可以先看一下我给学生上课的ppt
[attach]2526[/attach]

[[i] 本帖最后由 江湖君子 于 2007-9-24 14:31 编辑 [/i]]

[attach]2649[/attach]继续，膜技术概论课件ppt
（对不起，附件上传不了，明天再传）

[[i] 本帖最后由 江湖君子 于 2007-11-14 11:45 编辑 [/i]]

？？怎么看不到哦？

反渗透基本原理
1、反渗透过程
反渗透是利用反渗透膜选择性的只能通过溶剂（通常是水）而截留离子物质的性质，以膜两侧静压差为推动力，克服溶剂的渗透压，使溶剂通过反渗透膜而实现对液体混合物进行分离的膜过程。
反渗透同NF、UF一样均属于压力驱动型膜分离技术，其操作压差一般为1.5～10.5MPa，截留组分为（1~10）X10-10m小分子物质。除此之外，还可以从液体混合物中去处全部悬浮物、溶解物和胶体，例如从水溶液中将水分离出来，以达到分离、纯化等目的。目前，随着超低压反渗透膜的开发，已可在小于1MPa压力下进行部分脱盐，适用于水的软化和选择性分离。
2、分离原理
反渗透膜的选择透过性与组分在膜中的溶解、吸附和扩散有关，因此除与膜孔的大小、结构有关外，还与膜的化学、物理性质有密切关系，即与组分和膜之间的相互作用密切相关。由此可见，反渗透分离过程中化学因素（膜及其表面特性）起主导作用。
当用一个半透性膜分离两种不同浓度的溶液时，膜仅允许溶剂分子通过。由于浓溶液中溶剂的化学位低于它在稀溶液中的化学位，稀溶液中的溶剂分子会自发地透过半透膜向浓溶液中迁移。  
3、反渗透的应用
    反渗透技术的大规模应用主要是苦咸水和海水淡化，此外被大量地用于纯水制备及生活用水处理，以及难于用其他方法分离地混合物。反渗透地工业应用包括：（1）海水和苦咸水脱盐制饮用水；（2）制备半导体工业、医药、化学工业中所需的超纯水；（3）用于浓缩过程，包括：食品工业中果汁、糖、咖啡的浓缩；电镀和印染工业中废水的浓缩；奶品工业中生产干酪前牛奶的浓缩。
纳滤膜基本原理
纳滤技术是反渗透膜过程为适应工业软化水的需求及降低成本的经济性不断发展的新膜品种，以适应在较低操作压力下运行，进而实现降低成本演变发展而来的。我国于二十世纪90年代初期开始研制纳滤膜，与国外相比，我国纳滤技术整体上只能说是刚刚开始，膜的研制、组器技术和应用开发等都刚起步。
1、纳滤过程
纳滤（NF）是介于反渗透很超滤之间的一种压力驱动型膜分离技术。它具有两个特性：①对水中的分子量为数百的有机小分子成分具有分离性能；②对于不同价态的阴离子存在Donnan效应。物料的荷电性，离子价数荷浓度对膜的分离效应有很大影响。（道南(Donnan)模型===道南(Donnan)效应,Donnan模型以Donnan平衡为基础，用来描述荷电膜的脱盐过程，一般纳滤膜多为荷电膜，所以该模型更多用来描述纳滤过程）
用于饮用水和工业用水的纯化，废水净化处理，工艺流体中有价值成分的浓缩等方面，其操作压差为0.5～2.0MPa（或0.345～1.035 MPa），截留分子量界限为200～1000（或200～500），分子大小为1nm的溶解组分的分离。由于NF膜达到同样的渗透通量所必需施加的压差比用RO膜低0.5～3 MPa，故NF膜过滤又称“疏松型RO”或“低压反渗透”。
2、分离原理
NF膜与RO膜均为无孔膜，通常认为其传质机理为溶解－扩散方式。但NF膜大多为荷电膜,其对无机盐的分离行为不仅由化学势梯度控制，同时也受到电势梯度的影响，即NF膜的行为与其荷电性能，以及溶质荷电状态和相互作用都由关系。
3、纳滤膜的应用
纳滤（NF）膜是介于反渗透（RO）膜及超滤（UF）膜之间的一种新型分离膜，由于其具有纳米级的膜孔径、膜上多带电荷等结构特点，因而主要用于以下几个方面：（1）不同分子量的有机物质的分离；（2）有机物与小分子无机物的分离；（3）溶液中一价盐类与二价或多价盐类的分离；（4）盐与其对应酸的分离。从而达到饮用水和工业用水的软化，料液的脱色、浓缩、分离、回收等目的。
对Na+和Cl- 等单价离子的截留率较低，但对Ca2+、Mg2+、SO42-等二价离子及除草剂、农药、色素、染料、抗生素、多肽和氨基酸等小分子量（200-1000）物质的截留率很高，而且水在纳滤膜中的渗透速率远大于反渗透膜，所以当需要对低浓度的二价离子和分子量在500到数千的溶质进行截留时，选择纳滤比使用反渗透经济。

超滤膜基本原理
    超滤（UF）现象在130多年前就已经被发现，我国对超滤技术的研究较国外要晚10年左右。二十世纪70年代中期起步，80年代大发展，90年代获得广泛应用。
1、超滤过程
一般认为超滤是一种筛选分离过程，在静压差为推动力的作用下，原料液中溶剂和小溶质粒子从高压的料液侧透过膜到低压侧，一般称为滤除液或透过液，而大粒子组分被膜所阻拦，使它们在滤剩液中浓度增大。按照这样的分离机理，超滤膜具有选择性表面层的主要因素是形成具有一定大小和形状的孔，聚合物的化学性质对膜的分离特性影响不大。
2、分离机理
一般认为UF的分离机理为筛孔分离过程，但膜表面的化学性质也是影响超滤分离的重要因素。即超滤过程中溶质的截留有在膜的表面的机械截留（筛分）、在膜孔中停留而被除去（阻塞）、在膜的表面及孔内的吸附（一次吸附）三种方式。
3、超滤膜的应用
超滤的工业应用可以分为三种类型：（1）浓缩；（2）小分子溶质的分离；（3）大分子溶质的分级。绝大部分的工业应用属于浓缩这方面。可以采用与大分子结合或复合的办法来分离小分子溶质。
超滤在需将尺寸较大的分子和微粒与低分子物质或溶剂分离的领域得到了广泛地应用，超滤装置可单独运行，也可与其它处理设备结合应用于各种分离过程中。目前超滤膜除了用于工业废水处理、城市污水处理、饮用水的生产、高纯水的制备、生物制剂的提纯以及在食品和医药工业外，正在向非水体系的应用发展，无机超滤膜在这一领域有良好的前景。

膜技术的应用领域
1、高质量饮用水供给
随着水体的污染和人民生活水平提高，人们越来越希望得到高质量的饮用水供给。采用活性炭吸附过滤和超滤结合制取高质量饮用水，设备投资少，制水成本低，是优质饮用水制备的经济有效方法，具有广阔的市场前景。
2、工业供水
自来水和地下水的水质不能满足许多化学工业、电子工业和纺织工业的要求，需要经过净化处理方可以使用，超滤膜技术是净化工业用水的重要技术之一。
    3、医药用水
医药针剂用水是采用多级蒸馏制备的，其工艺繁琐、能耗高、而且质量常常得不到保证。用超滤膜技术除针剂热源和终端水热源，取得很好效果。
4、工艺水的处理（分离、浓缩、分级和纯化）
在各工业生产过程中，往往有分离、浓缩、分级和纯化某种水溶液的需求。传统用的方法是沉淀、过滤、加热、冷冻、蒸馏、萃取和结晶等过程。这些方法表现出流程长、耗能多、物料损失多、设备庞大、效率低、操作繁琐等缺点，以超滤膜技术取代某种传统技术可以获得显著的经济效益。
5、膜技术在制药工业的应用
膜技术广泛应用于生物制备和医药生产中的分离、浓缩和纯化。如血液制备的分离、抗菌素和干扰素的纯化、蛋白质的分级和纯化、中草药剂的除菌和澄清等。发酵是生物制药的主流技术，从发酵液中提取药物，传统工艺是溶剂萃取或加热浓缩，反复使用有机溶剂和酸碱溶液，耗量大，流程长，废水处理任务重。特别是许多药物热敏性强，使传统工艺的实用性多受限制。国际先进的制药生产线，大量采用膜分离技术代替传统的分离、浓缩和纯化工艺。如以膜设备浓缩纯化抗生素、中药汤及中药针剂澄清等。
6、膜技术在食品领域工业的应用
利用超滤膜技术把发酵液中产品和菌体分离，再采用其它方法精制流程。其优点是：生产效率和产品质量提高；简化了工艺流程；菌体蛋白不含外加杂质，利用价值高，达到资源综合利用。酱油、醋的澄清、果汁澄清和浓缩、乳制品生产、制糖工业都采用了膜技术。
7、膜技术在各种工业生产中的应用
凡是涉及分子级的浓缩和分离的过程，都有膜技术应用的机会。汽车电泳漆的在线纯化采用超滤膜除去杂质，持续保证涂漆质量；燃料工业用超滤膜技术分离和浓缩中间体。
8、在环境保护和水资源化的应用
膜技术在废水处理、污染防治和水资源综合利用方面得到广泛应用。在许多情况下，不仅处理了废水，还能回收有用物质和能量。
8. 1 各种含油废水及废油的处理
①采油回注水的处理：膜法可以除去在水中的乳化溶解油，提高注入水的质量。②含油废水的处理：许多工业生产和运输业都产生大量的含油废水，膜滤技术是达标排放最有效的方法。③废润滑油的纯化：用常规技术加膜分离，可得到很纯的润滑油，适用于汽车等废机油的处理。④机床切削油的纯化回收：膜法可除去废切削油中的细菌和杂质，处理后回用。⑤废食用油的纯化处理技术：食用油在连续高温下产生致癌物质，用膜法可将这部分除去。⑥食用菜籽油的纯化：菜籽油中含有15 %～48 %高含炭量的芥子酸。用膜法可除去，达到标准（芥子酸<5 %）。
8. 2 废水的处理及回用
①印刷显影废水的处理及回用，采用膜技术处理可以达标排放，也可回收。②电镀废水可采用膜技术处理，水回用，污染物回槽利用。③印染废水采用膜分离可除去有色染料，得到的水回用。牛仔布印染废水可回收靛蓝燃料。④造纸废水用膜可将废水中的木质素、色素等分离出来，净化水可排放或回用。
9、水的淡化技术
①海水淡化技术：应用最新的膜蒸馏技术，最适合和船用发动机热交换器连用，利用废热生产淡水，适合于中、小型渔船远航捕捞使用。②咸水淡化技术：将天然咸水用膜淡化到应用水质标准。

膜分离技术的国内外发展动态
膜分离技术受到世界各技术先进国家的高度重视，近30 年来，美国、加拿大、日本和欧洲技术先进国家，一直把膜技术定位为高新技术，投入大量资金和人力，促进膜技术迅速发展，使用范围日益扩大。膜分离技术的发展和应用，为许多行业如纯水生产、海水淡化、苦咸水淡化，电子工业、制药和生物工程、环境保护、食品、化工、纺织等工业高质量地解决了分离、浓缩和纯化的问题，为循环经济、清洁生产提供依托技术。
中国的膜技术从60 年代中期起步研究，长时间在实验室内和中试规模徘徊。从“七五”计划开始，国家科委把膜技术列为国家重大科研项目加以支持，膜技术取得较大进展，特别是改革开放的国策促进了广泛的国际交流，膜技术在国民经济发展中的重要性日益增大，国内膜工业产值也逐渐增加。近10 年来，中国的膜技术的总体水平有了很大的进展，但与国际技术先进国家的差距仍然很大。问题主要表现在：生产现代化、产业化程度低，原料不规范，工艺参数未严格控制，产品质量不稳定；膜的品种少，应用范围小。尤其应用的工艺设计、系统成套能力、膜组件水平、相关机电产品等方面，尚未达到国际先进水平，远不能满足国内市场需求，膜技术存在着很大的发展空间。

继续，超滤和微滤课件ppt

[[i] 本帖最后由 江湖君子 于 2007-9-30 10:26 编辑 [/i]]

继续.电渗析ppt

[[i] 本帖最后由 江湖君子 于 2007-9-30 11:08 编辑 [/i]]

膜技术论文集.rar

[quote]原帖由 [i]zgn[/i] 于 2007-10-1 12:36 发表 [url=http://www.plantextra.com/bbs/redirect.php?goto=findpost&pid=21748&ptid=4426][img]http://www.plantextra.com/bbs/images/common/back.gif[/img][/url]
膜技术论文集.rar [/quote]

谢谢支持

感谢楼主，收藏了，受益匪浅！

我希望大家在此讨论讨论，共同提高

我只知道水溶性不好的东西过陶瓷膜后,水溶性好很多.原来还有这么多种膜

晕..这么好的充电机会,刚刚才看到,差点就要错过!

我的问题
1、膜过滤在液体酶的精制过程中的应用前景怎么样呢？
2、膜过滤在植提行业中的应用前景怎样？主要是性价比方面。

像陶瓷膜用完后用什么保存好?

很受益,谢谢楼主!
植物提取中,乙醇作为提取溶媒是非常常见的,我的问题是:膜浓缩在醇提液的浓缩这方面有实际应用的例子吗?达到什么样的效果?

[quote]原帖由 [i]chunlei[/i] 于 2007-10-24 14:01 发表 [url=http://www.plantextra.com/bbs/redirect.php?goto=findpost&pid=23825&ptid=4426][img]http://www.plantextra.com/bbs/images/common/back.gif[/img][/url]
我的问题
1、膜过滤在液体酶的精制过程中的应用前景怎么样呢？
2、膜过滤在植提行业中的应用前景怎样？主要是性价比方面。 [/quote]
1.膜在酶的纯化方面有很大的作用：常温操作，分离精确，最大限度的保持酶活。另外可以做液体酶
2.在植物提取的产品分离和纯化，浓缩很有前景。可以提高或代替上柱效率，在工艺工值得探索

[quote]原帖由 [i]plantextra[/i] 于 2007-10-27 15:26 发表 [url=http://www.plantextra.com/bbs/redirect.php?goto=findpost&pid=24535&ptid=4426][img]http://www.plantextra.com/bbs/images/common/back.gif[/img][/url]
像陶瓷膜用完后用什么保存好? [/quote]
冬天用20%甘油和0.5%甲醛保存防冻，其他季节用0.5%甲醛就可以了

[quote]原帖由 [i]qhxing[/i] 于 2007-10-29 08:23 发表 [url=http://www.plantextra.com/bbs/redirect.php?goto=findpost&pid=24666&ptid=4426][img]http://www.plantextra.com/bbs/images/common/back.gif[/img][/url]
很受益,谢谢楼主!
植物提取中,乙醇作为提取溶媒是非常常见的,我的问题是:膜浓缩在醇提液的浓缩这方面有实际应用的例子吗?达到什么样的效果? [/quote]
可以浓缩去掉乙醇和盐与小分子物质如氨基酸，单糖等，必要时在浓缩前用膜去其他分子物质如多肽，多糖，胶体等

太好拉！

多谢江湖君子老师！非常受益！真的很好啊！

版主，陶瓷复合膜的运用过程中都需要注意些什么具体的问题呢？如何选择陶瓷复合膜？

感谢楼主，受益匪浅！希望能学到更多这方面的知识！

[quote]原帖由 [i]ygnh[/i] 于 2007-11-22 10:06 发表 [url=http://www.plantextra.com/bbs/redirect.php?goto=findpost&pid=28096&ptid=4426][img]http://www.plantextra.com/bbs/images/common/back.gif[/img][/url]
版主，陶瓷复合膜的运用过程中都需要注意些什么具体的问题呢？ [/quote]
1.压力不能过大
2.不能压力突变
3.物料颗粒不能大(具体看膜的通道大小)
如何选择陶瓷复合膜？这个一下说不清楚,我不知道你要达到什么目的

比如我要分离分子量大约在10000左右的亲水性物质，我该怎么去选择这样的附和膜呢？
非常感谢楼主提供的帮助！

[quote]原帖由 [i]ygnh[/i] 于 2007-11-22 17:00 发表 [url=http://www.plantextra.com/bbs/redirect.php?goto=findpost&pid=28161&ptid=4426][img]http://www.plantextra.com/bbs/images/common/back.gif[/img][/url]
比如我要分离分子量大约在10000左右的亲水性物质，我该怎么去选择这样的附和膜呢？
非常感谢楼主提供的帮助！ [/quote]
[color=FF0000]前[/color][color=F1000E]面[/color][color=E3001C]可[/color][color=D4002A]以[/color][color=C60039]用[/color][color=B80047]1[/color][color=AA0055]0[/color][color=9C0063]万[/color][color=8E0071]的[/color][color=800080]去[/color][color=71008E]杂[/color][color=63009C]，[/color][color=5500AA]后[/color][color=4700B8]面[/color][color=3900C6]用[/color][color=2A00D4]纳[/color][color=1C00E3]滤[/color][color=0E00F1]浓[/color][color=0000FF]缩[/color]试验下

多谢版主！！！！！！

我们用UF和RO，来做浓缩液。膜的清洗总是很麻烦，老师能否介绍一些清洗方法？
我们用的是有机卷式膜