摘 要：膜分離技術是一項高效、快速、節(jié)能的分離技術，這種新興的技術在多領域得到了廣泛的應用。文章闡述了膜分離技術的概況，介紹了膜分離技術在食品工業(yè)、生物工程、環(huán)保、醫(yī)療衛(wèi)生等領域的應用和前景。

關鍵字：膜分離技術，應用

中圖分類號：N04；TQ028 文獻標識碼：A 文章編號：1673-8578（2014）S1-0106-03

Application of Membrane Separation Technology

ZHOU Shi

Abstract： Membrane separation technology is an efficient， fast and energysaving separation technology. This new technology has been widely applied in many fields. This article introduces its general development of membrane separation technology， and its application and prospect in the fields of food industry， biological engineering， environmental protection and health care， etc.

Keywords： membrane separation technology，application

收稿日期：2014-06-15

作者簡介：周適（1985—），女，浙江寧波人，國家知識產權局專利局專利審查協作北京中心實審審查員，主審領域為紡織。通信方式：zhoushi@sipo.gov.cn。

引 言

膜分離技術是通過特定的膜的滲透作用，借助外界能量（如電能、化學位差能等）的推動，對兩組分或多組分混合的分子水平上不同粒徑的氣體或液體分子進行選擇，從而使兩種或兩種以上的單位分離開來，或達到分級、濃縮以及富集的效果[1-2]。膜分離技術作為一種新興的產業(yè)技術，在食品[3]、藥品[4]和生物工程[5]等領域顯示出極大的優(yōu)越性。由于與傳統(tǒng)分離技術相比，不僅避免了熱組分受熱變形而混入，也同時有高效、低耗等優(yōu)勢，因此被譽為21世紀中葉最有發(fā)展前途的一項重大發(fā)展技術的膜分離技術，自誕生之日起已顯示出強大的生命力，早已成為各國研究的熱點[6]。

一 膜分離技術的特點

膜分離技術較其他一般傳統(tǒng)的分離方法相比，具有一些突出的優(yōu)點[7-8]：

1.因為不需要加熱，因此適用于一些熱敏性物料的分離與濃縮；

2.由于在閉合的系統(tǒng)中進行，可以減少染菌、染雜的機會，這為它在生物化工、食品化工中的應用奠定了基礎；

3.由于在分離過程中無相變化，因此能耗低；

4.可以回收濃縮稀溶液中的一些有用物質；

5.膜分離過程一般不會改變被處理物料的性質，因而適用于一些生理活性物質的分離與濃縮。

二 膜分離技術分類與應用

膜分離技術發(fā)展迅猛，膜按材料可分為有機膜和無機膜；按結構可分為對稱膜和不對稱膜；按驅動力分類可分為有孔膜、無孔膜及有反應性官能團作用的膜。依據膜分離技術及其分離物質范圍，膜種類和驅動力的差別，本文將對各種基層膜分離技術做應用與分類的闡述。

1.微孔過濾

微孔過濾技術是指在約7kPa的壓力作用下，使純凈氣體或溶液穿過微孔膜進入另一側，因而分離去除如二氧化硅、細菌等懸浮物。微孔過濾一般應用于一級純凈水的制備及空氣凈化方面，是現行工業(yè)中膜技術應用最廣且最成熟的技術。

2.超過濾

超過濾是指在約700kPa的壓差下，主要依靠物理的篩分作用，使要分離的物料穿過半透膜進入另一側。它介于微濾和納濾之間，膜孔徑范圍是1nm～0.05μm，可除去小直徑生物質、膠體以及大分子量的分子[9-10]。超過濾技術主要應用于無菌液體的制備、生物制劑的分離、超純水的制備以及空氣的過濾、生物及微生物的檢測等方面。超過濾技術研究的發(fā)展方向在廉價、長壽命的膜的制備上，尤其在石油工業(yè)方面，制備抗溶劑的膜，具有很大的研究空間。

3.反滲透

用半透膜將兩種不同物質濃度的溶液隔開時，容積自濃度低的一側，穿過半透膜遷移到濃度較高的一側，本身就具有滲透壓，這種現象為滲透。如外加反向壓力，遠遠大于滲透壓，會使溶劑自濃溶液側向稀溶液側遷移，這是反滲透。其壓差大約在1～10MPa，可分離出無機鹽之類的小分子類物質，滲透壓隨著濃度增加而迅速上升。反滲透與超過濾的差別在于壓差和膜孔尺寸不同，所以所分離物質的種類和大小不同，主要用于低分子量組分的濃縮、水溶液中溶解的鹽類的脫除等，在現代工業(yè)中，反滲透技術主要應用于超純水預處理、城市污水（含重金屬、油污）等方面。

反滲透、超濾與微濾都是以壓力差為驅動力，所用的膜的宏觀與微觀結構，以及分離規(guī)律的數學模型卻大不相同。

4.滲析

滲析主要利用濃度差為驅動力，利用篩分和吸附原理，通過膜進行選擇性擴散，應用于從大分子溶液中分離低分子組分。主要用于大分子量膠體物質的分離與提純。常用于將能夠擴散通過膜的低分子量溶質與不能通過膜的高分子量或膠態(tài)溶劑分離開來。為了提高驅動力，增強滲析效率，常常應用電滲析技術作為替代，此技術廣泛應用于化工、輕工、冶金、造紙、海水淡化、環(huán)境保護等領域。近年在醫(yī)學研究領域，氨基酸、蛋白質與血清的提純過程中，滲析技術得到了很高的重視[11]。

5.納濾

作為在近20年來發(fā)展起來的新型的膜分離技術，與反滲透相比，其操作壓力更低，故又被稱作“低壓反滲透”。納濾膜大多從反滲透膜衍化而來，如CA膜、CTA膜和芳族聚酰胺復合膜等，其表面分離層由聚電解質構成，因而對無機鹽具有一定的截留率。納濾膜擁有1nm左右的微孔結構，截留分子量約為200～2000。由于納濾能使有機溶質得到同步濃縮和脫鹽，在滲透過程中溶質損失極少。納濾膜能截留易透過超濾膜的那部分溶質，又可使被反滲透膜所截留的鹽透過，同時又具有很好的熱穩(wěn)定性、耐酸、堿和耐溶劑等優(yōu)良性能，尤其應用于超純的化學試劑的制備方面，是當代最先進的工業(yè)分離膜技術。

6.氣體膜分離

氣體膜分離技術以靜壓差為驅動力，根據混合氣體中各組分透過膜的傳遞速率不同，依靠孔隙尺寸選擇性地分離出不滲透的氣體。廣泛應用于空氣中富氧、濃氮、天然氣分離等領域。在近年來，氣體分離技術的研究重點在研制較薄皮層厚度（5μm下）的膜、開發(fā)多重選擇性的膜材料、對膜的超薄皮層進行活化處理等技術方面。在化工方面，氣體膜分離技術也有很好的應用前景。目前，氣體分離膜的研究主要集中在富氧膜，要求分離膜具備高透過性以及高選擇性。

7.滲透蒸發(fā)

滲透蒸發(fā)作為一種有相變化的膜分離過程，利用溶液的吸附擴散原理，以膜兩側的蒸汽壓差（0～100kPa）作為推動力，使一些組分首先選擇性溶解在膜料液的側表面，再擴散透過膜，最后在膜透過側表面汽化，而一些不易溶解組分或較大較難揮發(fā)的組分被截留從而達到分離的目的。近年來，滲透蒸發(fā)技術的研究重點在具有較好抗溶解性能的膜組件及用于有機物之間分離的膜技術方面。

三 結 語

綜上所述，膜分離技術作為一種新型的分離不同相、分子量的物質操作技術，在技術進步、污染治理及節(jié)能減耗方面日趨顯示出強大的生命力。盡管膜分離技術的發(fā)展日趨成熟，但也有其技術瓶頸所在：膜產品的價格、膜污染、更高效提升膜分離性能都亟須改善。隨著膜分離技術日趨成熟的發(fā)展，上述問題將會找到更好的解決方法。

近年來發(fā)展的膜蒸餾、膜萃取、親和膜分離、膜反應等綜合膜分離技術體現了膜技術發(fā)展的主要方向。作為一門在其他各學科交叉結合的基礎上形成的較為完整的學科，膜分離技術將會在人類社會的科學技術發(fā)展史上大放異彩。

參考文獻

[1] 許振良.膜法水處理技術[M].北京：化學工業(yè)出版社， 2001： 12.

[2] 大有前途的膜分離技術[J] .化工文摘，2000（4）： 44.

[3] 周家春.食品工業(yè)新技術[M].北京： 化學工業(yè)出版社， 2005： 317-318.

[4] 薛冠，胡小玲，陳曉佩，等.膜分離技術在醫(yī)藥醫(yī)療中的研究和應用[J].化學工業(yè)與工程，2009 （02）：183-188.

[5] 毛建衛(wèi)，崔艷麗，萬長春.生物工程中的膜技術新進展[J].浙江科技學院學報， 2003，15（03）： 162-166.

[6] Johnson S J. Chem Engineer[J]. Chem Engineer ，1986，93（16）：121.

[7] 高以恒，葉凌碧.膜分離技術基礎[M].北京：科學出版社，1989.

[8] 高以恒.食品與發(fā)酵工業(yè)[M].北京：科學出版社，1989：68.

[9] 許振良，馬炳榮.微濾技術與應用[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2005.

[10] 華耀祖.超濾技術與應用[M].北京：化學工業(yè)出版社，2004.

[11] 丁平田，徐暉，鄭俊民.微滲透技術在藥代動力學和藥物代謝研究中的應用[J].藥學學報，2002，37（4）：316-320.