編者按

說到膜，大家可能會立刻想到手機貼膜、保鮮膜、塑料薄膜等，總之就是薄薄的、透明的那種。不過，今天我們要說的可不是這些膜，而是一種充滿著神秘感的科技之膜。從外觀看，它長得跟普通的薄膜差不多，但它內在有著無可限量的強大本領，是科學家競相研究的對象。那么，它究竟神奇在哪里？請隨我們進入“膜”界一探究竟。

這里所說的“膜”界可沒有什么妖魔鬼怪，而是指有著無數個小孔的膜——一種有選擇性分離功能的材料。如果把膜放在高倍電子顯微鏡下，我們便可以直觀地看到不同的膜上存在著大大小小的“孔”，有的孔徑甚至不到頭發(fā)絲的百萬分之一。各種膜正是根據不同的孔徑大小來實現對料液不同組分的分離、純化和濃縮，這就是近年來在我國快速發(fā)展起來的膜分離技術。膜分離技術的原理是：在外力的作用下，比孔小的分子物質通過薄膜，比孔大的分子物質則被截留在膜的另一側，從而達到物質分離的效果。不過，納濾除了可以截留篩分外，因其表面分離層由聚電解質構成，與離子可產生靜電相互作用，因此具有更佳的選擇分離性。

“膜”界歷史

其實，“膜”界早在270多年前就已發(fā)端萌芽。1748年，耐克特發(fā)現水能自動地擴散到裝有酒精的豬膀胱內，由此發(fā)現了滲透現象。1861年，施密特首先提出了超濾的概念。1961年，米切利斯等人用高分子電介質混合物制成了可截留不同分子的超濾膜，隨后得到了商業(yè)化應用。1967年，中空纖維反滲透膜組件和平板式反滲透膜組件研制成功，并開始工業(yè)化。

我國從20世紀60年代開始探索膜技術，70年代逐漸對電滲析、超濾、反滲透等進行研究開發(fā)，80年代進入推廣應用階段。隨著我國膜科學技術的發(fā)展，相應的學術、技術團體也相繼成立。經過多年的努力，目前我國在膜分離技術的研究方面涌現出了一批具有實用價值、接近或達到國際先進水平的研究成果，我國自主研發(fā)的膜分離技術已逐漸在各個行業(yè)開花結果。

“膜”界成員

膜從形態(tài)上來說可以是固態(tài)的、液態(tài)的甚至是氣態(tài)的，也可以是帶電的或中性的，目前使用的絕大多數是固相膜。按膜的結構可分為對稱膜、非對稱膜，非對稱膜是最廣泛的一種分離膜，分為相轉化膜、復合膜兩類。膜分離技術根據膜孔徑的大小，一般可分為微濾（MF）、超濾（UF）、納濾（NF）和反滲透（RO）等。微濾可以將直徑為0.05～10μm的粒子與其他溶液分離，超濾分離的是大分子或直徑大于0.10μm的微粒，反滲透膜用于截留溶液中的鹽及其他小分子物質，納濾則介于超濾和反滲透之間，可以分離分子量為幾百到幾千的溶質。隨著膜孔徑減小，膜阻力越來越大，篩分作用越來越小，操作壓力越來越高，膜通量越來越小。

常見的膜材料有纖維素酯類、聚砜類、聚酰胺類、芳香雜環(huán)類、離子性聚合物、乙烯基聚合物等，其中聚偏氟乙烯（PVDF）、聚醚砜（PES）等因其優(yōu)越的機械、化學性能越來越受到行業(yè)的關注。除了膜材料外，其制備工藝對分離膜的性能也十分重要。即便是同樣的材料，由于不同的制作工藝和控制條件，其性能差別也很大。目前國內外制膜方法中最常用的是相轉化法（流涎法和紡絲法）和復合法。工業(yè)上常用的膜組件形式主要有板框式、螺旋卷式、圓管式、毛細管式和中空纖維式5種，前兩種使用平板膜，后三者均使用管式膜。

“膜”界魔法

別看它們只是薄薄的一層膜，本領可是堪比各路神仙，儲電、凈水、制作美食、醫(yī)療、石油化工、生物工程、環(huán)保行業(yè)都有它在大顯身手。與傳統(tǒng)的精餾、蒸發(fā)、萃取、結晶等分離工藝相比，膜分離技術具有高效、節(jié)能、工藝過程簡單、投資少、綠色安全、污染小等優(yōu)點，可以說是對傳統(tǒng)分離方法的一次革命，被公認為是20世紀末至21世紀中期最有發(fā)展前景的高新技術之一，也是國際上公認的最具效益技術之一。

不過膜分離技術也有自身的缺點，如膜面易受污染而形成附著層，使透水率降低，從而形成濃差極化現象。另外，具有優(yōu)越性能的膜材料種類還比較少，膜產品價格相對較高。雖然我國的膜分離技術在許多方面的應用離產業(yè)化要求還有一定距離，但是隨著新型膜材料的不斷開發(fā)，以及高效膜分離技術研究的不斷深入，膜分離技術必將在產業(yè)化道路上獲得長足發(fā)展。