呂璟慧，溫 哲

中國礦業(yè)大學(xué)，江蘇徐州 221116

1 膜分離技術(shù)的起源

1748年，Abbe Nollet觀察到水可以通過覆蓋在盛有酒精溶液瓶口的豬膀胱進(jìn)入瓶中，發(fā)現(xiàn)了滲透現(xiàn)象。但是，直到19世紀(jì)中葉Graham發(fā)現(xiàn)了透析現(xiàn)象，人們才開始對膜分離現(xiàn)象重視起來，并開始研究。1867年Moritz Taube制成了人類歷史上第一張合成膜—亞鐵氰化鈉膜，并以近代的觀點(diǎn)予以論述。1911 年Donnan研究了荷電體傳遞中的平衡現(xiàn)象。1920年，Gibbs從熱力學(xué)角度提供了認(rèn)識滲透壓現(xiàn)象和它與其他熱力學(xué)性能關(guān)系的理論。

1925年世界上第一個濾膜公司(Sartorius)在德國Gottingen公司成立。1930年的時候TreorellM eyer，Sievers等對膜電動勢的研究，為電滲析和膜電極的發(fā)明打下了一定的基礎(chǔ)。1950年W.Juda等試制成功第一張具有實(shí)用價值的離子交換膜，電滲析過程得到迅速發(fā)展[1]。

2 膜分離技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r

目前，膜分離技術(shù)的發(fā)展是從5O年代離子交換膜的開發(fā)和60年代反滲透膜的出現(xiàn)開始的[2]。1950年WJuda試制出選擇透過性能的離子交換膜，奠定了電滲析的實(shí)用化基礎(chǔ)。l960年洛布和索里拉簡首次研制成世界上具有歷史意義的非對稱反滲透膜，這在膜分離技術(shù)發(fā)展中是一個重要的突破，使膜分離技術(shù)進(jìn)入了大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用的時代。其發(fā)展的歷史大致為：30年代微孔過濾，40年代透析；50年代電滲析；60年代反滲透；70年代超濾和液膜；80年代氣體膜分離；90年代滲透汽化。此外以膜為基礎(chǔ)的其它新型分離過程，以及膜分離與其它分離過程結(jié)合的集成過程也日益得到重視和發(fā)展[3]。

3 膜分離技術(shù)的應(yīng)用

3.1 電滲析法(ED)

電滲析(簡稱ED)是以直流電為推動力，用陰陽離子交換水溶液中陰陽離子選擇透過性，水體中的離子通過膜遷移到另一水體中的物質(zhì)分離過程。利用單陽膜的選擇透過性使有機(jī)廢液陽離子作定向遷徙，使有機(jī)物在陽極析出。

3.2 反滲透（RO）技術(shù)

反滲透裝置就是利用高壓泵將待處理水經(jīng)過增壓以后，借助半透膜的選擇截留作用來除去水中的無機(jī)離子的，由于反滲透膜在高壓情況下只允許水分子的通過，而不允許鉀、鈉、鈣、鋅等離子及病菌、細(xì)菌通過，從而獲得高質(zhì)量的純水。其主要應(yīng)用領(lǐng)域有海水和苦成水的淡化，純水和超純水制備，工業(yè)用水處理，飲用水凈化，醫(yī)藥、化工和食品等工業(yè)料液處理和濃縮以及廢水處理等。

3.3 正滲透技術(shù)

盡管目前依靠滲透壓驅(qū)動的正滲透膜分離技術(shù)的應(yīng)用范圍，還未達(dá)到各種依靠外加壓力驅(qū)動的膜分離技術(shù)那么廣泛，但是它已在許多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。

3.3.1 水純化的應(yīng)用

在水純化中，正滲透濾水器是目前正滲透膜分離技術(shù)少有的幾種商業(yè)化應(yīng)用之一。正滲透濾水器的基本原理是，在其膜組件里面填裝可食用的驅(qū)動液(如糖或飲料粉)，當(dāng)把濾水器浸沒到任何水體(如清潔水、泥漿、鹽水、污水等)中時，由于這些水體中的滲透壓低于驅(qū)動液中的滲透壓，這些水體中的水將透過正滲透膜進(jìn)入驅(qū)動液中，而水體中的污染物(如懸浮固體、有機(jī)物、病毒、細(xì)菌等)將被截留下來，水體進(jìn)入驅(qū)動液后，驅(qū)動液漸漸被稀釋，被稀釋的驅(qū)動液可被人體直接安全飲用，并且里面富含營養(yǎng)物質(zhì)與礦物元素，它將能長時間維持人類生存。

3.3.2 海水淡化

在海水淡化方面，正滲透的方法一直不夠成熟。不過近幾年來，耶魯大學(xué)Menachem Elimelech教授課題組發(fā)明了一種新型的利用正滲透膜分離方法進(jìn)行海水脫鹽的技術(shù)，并且進(jìn)行了中試研究。這種正滲透脫鹽過程的關(guān)鍵在于其選擇的驅(qū)動液，它的驅(qū)動液是將碳酸氫銨與氨水按照一定比例混合，然后溶解于水中配置成一定濃度的銨鹽作為驅(qū)動液，這種驅(qū)動液既具有較高的滲透壓，又能方便的將溶質(zhì)和水分離。驅(qū)動液吸收海水中的水分后得到稀釋，對于稀釋后的驅(qū)動液，只需將其加熱到60℃，驅(qū)動液中的銨鹽就被分解為氨氣和二氧化碳，采用合適的方法(如蒸餾)就能將其與水分離，得到純凈的產(chǎn)品水，分離出的氨氣和二氧化碳再次濃縮溶解于水中，便能得到銨鹽驅(qū)動液，使得驅(qū)動液能夠得以循環(huán)使用。

3.4 超濾（UF）與微濾(MF)技術(shù)

超濾主要適用于大分子溶液的分離與濃縮，廣泛應(yīng)用在食品、醫(yī)藥、工業(yè)廢水處理、超純水制備及生物技術(shù)工業(yè)，包括牛奶的濃縮、果汁的澄清、醫(yī)藥產(chǎn)品的除菌、電泳涂漆廢水的處理、各種酶的提取等。微濾是所有膜過程中應(yīng)用最普遍的一項(xiàng)技術(shù)，主要用于細(xì)菌、微粒的去除，廣泛應(yīng)用在食品和制藥行業(yè)中飲料和制藥產(chǎn)品的除菌和凈化，半導(dǎo)體工業(yè)超純水制備過程中顆粒的去除，生物技術(shù)領(lǐng)域發(fā)酵液中生物制品的濃縮與分離等。

3.5 氣體膜分離(GS)

氣體膜分離的主要應(yīng)用有：1）H2的分離回收：膜分離H2主要應(yīng)用于從合成氨排放氣中回收H2；從甲醇馳放氣中回收H2；從煉廠氣中回收H2；合成氣生產(chǎn)中H2/CO比例調(diào)節(jié)等，是當(dāng)前氣體分離應(yīng)用最廣的領(lǐng)域；2）空氣分離：利用膜分離技術(shù)可以得到富氧空氣和富氮空氣，富氧空氣可用于高溫燃燒節(jié)能、家用醫(yī)療保健等方面；富氮空氣可用于食品保鮮、惰性氣氛保護(hù)等方面；3）氣體脫濕：如天然氣脫濕、工業(yè)氣體脫濕等，這樣可防止氣體在天冷時結(jié)冰。

3.6 滲透汽化(PV)技術(shù)

滲透汽化（PV）技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一種新型膜分離技術(shù)，特別適合于分離蒸餾法難以分離或不能分離的近沸點(diǎn)、恒沸點(diǎn)有機(jī)混合物，對有機(jī)溶劑及混合溶劑中微量水的脫除、廢水中少量有機(jī)物的脫除及水溶液中高價值有機(jī)組分的回收具有明顯的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。

4 結(jié)論

目前，生產(chǎn)生活的各個方面都已經(jīng)離不開膜分離技術(shù)，隨著新材料、新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，膜技術(shù)在化學(xué)和生物工程中的應(yīng)用愈加顯示出令人矚目的前景。

[1]朱智清.膜分離技術(shù)的發(fā)展及其工業(yè)應(yīng)用[J].化工技術(shù)與開發(fā)，2003，32(1).

[2]木村尚史，紀(jì)永亮.膜分離技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀[J].水處理信息報導(dǎo)，2000，4.

[3]繆暉.膜分離技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用.天然氣與石油[J]，2004，22(3).

[4]孫國超.淺析膜分離技術(shù)及在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].硫磷設(shè)計(jì)與粉體工程，2010，1.