膜分离技术的应用及发展趋势_岳志新
膜分离技术的应用及发展趋势
岳志新１，马东祝２，赵丽娜３，赵寒梅３
（１．河北理工大学，河北
唐山
０６３００９；２．河北工业职业技术学院，河北石家庄０５００９１；３．唐山市环保局，河北唐山０６３００６）
摘要：综述世界和中国膜分离技术的发展，并对膜分离技术的基本特性、技术特点、膜材料、分类及膜分离装置进行了简单介绍；并介绍了膜分离法在化工及石油工业、食品工业、医药工业和医疗设备、生物技术和环境工程中的应用，并分析了膜分离技术将会在膜材料、新的膜过程和集成膜过程３个方面的发展趋势。同时指出如果能解决膜产品的价格、膜污染和膜分离性能的提高这３个膜的制约因素，膜分离技术将在人类社会的发展史上起到不可替代的作用。
关键词：膜分离技术；发展趋势；膜材料；膜过程中图分类号：ＴＱ０２８
文献标识码：Ａ
文章编号：１００１－７８５２（２００６）０５－００５２－０６
０引言
膜分离技术是指借助膜的选择渗透作用，在外
界能量或化学位差的推动作用下对混合物中溶质和溶剂进行分离，分级，提纯和富集。膜分离现象早在２５０多年以前就被发现，但是膜分离技术的工业应用是在２０世纪６０年代［１］以后。其大致的发展史为：２０世纪３０年代微孔过滤（Ｍｉｃｒｏ－ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）；４０年代渗析（Ｄｉａｌｙｓｉｓ）；５０年代电渗析（Ｅｌｅｃｔｒｏ－ｄｉａｌｙ－
ｓｉｓ）；６０年代反渗透（Ｒｅｖｅｒｓｅ－ｏｓｍｏｓｉｓ）；７０年代超
滤（Ｕｌｔｒａ－ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）；８０年代气体分离（Ｇａｓｓｅｐａｒａ－ｔｉｏｎ）；９０年代渗透汽化（Ｐｅｒ－ｖａｐｏｒｉｚａｔｉｏｎ）。数十年来，膜分离技术发展迅速，特别是９０年代以后，随着膜（ＴＦＣ膜）的研制成功，膜分离技术的应用
领域已经渗透到人们生活和生产的各个方面。膜分离技术作为一种新兴的高效分离技术，已经被广泛应用于化工、环保、电子、轻工、纺织、石油、食品、医药、生物工程、能源工程等。国外有关专家甚至把膜分离技术的发展称为“第三次工业革命”。膜分离技术被认为是２０世纪末至２１世纪中期最有
发展前途的高新技术之一［２～６］。
中国的膜分离技术的发展是从１９５８年对离子交换膜的研究开始的，数十年来，取得了长足的进步。目前中国研究所涉及的领域遍及膜科学与技术，从材料的应用到产品的开发等方面。经过２０年的努力，中国在膜分离技术的研究开发方面已涌现出一批具有实用价值，接近或达到国际先进水平的成果。但从总体上讲，中国的膜分离技术和世界先进水平相比还有不小的差距，还有待于进一步研
究开发［７～８］
。
１
膜分离技术概述
１．１
膜分离技术
目前己经深入研究和开发的膜分离技术有微
滤、超滤、纳滤、反渗透、电渗析、渗透汽化和气体分离等。正在开发研究中新的膜过程有：膜蒸馏、支撑液膜、膜萃取、膜生物反应器、控制释放膜、仿生膜以及生物膜等过程。表１列出了工业应用膜过程的分类及其基本特性。
１．２膜分离技术特点［９～
１０］
膜分离技术作为一门新型的高效分离、浓缩、提纯及净化技术，由于其多学科性特点，膜技术可
收稿日期：２００６－０７－２０；修订日期：２００６－０８－０３．
作者简介：岳志新（１９７８－），男，河北省唐山市乐亭县人，助教，硕士，主要从事水处理技术的研究．
Ｖｏｌ．１８Ｎｏ．５Ｓｅｐ．，２００６
云南地理环境研究
ＹＵＮＮＡＮＧＥＯＧＲＡＰＨＩＣＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴＲＥＳＥＡＲＣＨ
第１８卷第５期２００６年９月
图
１膜的分类
Ｆｉｇ．１
Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｍｅｍｂｒａｎｅｓ
应用于大量的分离过程。各种膜过程具有不同的机理，适用于不同的对象和要求。但有其共同的优点。膜分离过程没有相变，节能，高效，无二次污染。操作过程一般比较简单，经济性好，可以直接放大，可专一配膜。可在常温下连续操作，特别适用于热敏性物质的处理，在食品加工、医药、生化技术领域有其独特的适用性。
一般来说，采用能透过气体或液体的膜分离技术对下述体系进行分离具有特殊的优越性：化学性质及物理性质相似的化合物的混合物；结构的或取代基位置的异构物混合物；含有受热不稳定组分的混合物。
当利用常规分离方法不能经济、合理地进行分离时，膜分离过程作为一种分离技术就特别适用。另外，它也可以和常规的分离单元结合起来作为单元操作来运用。当然，膜分离过程也有自身的缺点，如易浓差极化和膜污染、膜寿命有限等，而这些也正是需要我们克服或者需要解决的问题所在。
１．３膜材料、分类及膜分离装置［１１～
１３］
膜材料分为有机和无机两大类。有机材料主要包括纤维素类、聚酰胺类、芳香杂环类、聚砜类、
聚烯烃类、硅橡胶类、含氟高分子类等；无机材料主要以金属、金属氧化物、陶瓷、多孔玻璃等为主。膜使分离过程的核心。
由于膜的种类和功能繁多，分类方法有多种，比较通用的有４种方法，即按膜的性质分类、按膜的结构分类、按膜的用途分类以及按膜的作用机理分类。膜按来源形态和结构分类见图１。
表１工业应用膜过程的分类及其基本特性
Ｔａｂ．１Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｉｚｅｄｍｅｍｂｒａｎｅｐｒｏｃｅｓｓｅｓ’ｓｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｉｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ
岳志新等：膜分离技术的应用及发展趋势
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５３
根据膜的形状，膜分离装置基本上可分为如下５类：板式结构；管式结构；卷式结构；中空纤维结构；旋叶式动态膜装置。
２膜分离技术的应用
２．１在化工及石油工业中的应用
在此领域已开发应用的主要四大膜分离技术为反渗透、超滤、微滤、电渗，这些膜过程的装置设计都较为成熟，已有大规模的工业应用和市场。由于各国普遍重视环境保护和治理，因而微滤和超滤分离在化工生产中的应用非常常见，广泛应用于水中细小微粒，包括细菌、病毒及各种金属沉淀物的去除等。例如：目前国内一些磷肥生产企业采用微滤膜分离去除磷石膏废水中含氟的化合物。气体分离在化工和石油化工方面的应用也颇具意义，例如：在合成氨工艺中回收Ｈ２；在３次石油回采中从甲烷中分离ＣＯ２；由膜分离氧和氮等［２，１４～１６］。电渗析在化工中的应用也较广泛，例如：自然水的纯化，海水脱盐等。在石油化工中，膜技术广泛用于有机废气的处理；脱除天然气中的水蒸气和酸性气体；天然气中的氦的提取；合成氨池放气中回收氢气；制取富氧空气；催化裂化干气的氢烃分离等。膜分离技术在化工、石油天然气工业中具有十分广阔的前景，它对于生产设备的优化及提高经济效益也都有着十分重要的作用。尽管此项技术有待于进一步的探索研究，但作为一门新兴科学在不远的将来终究会在化工及石油天然气中发挥巨大的作用。２．２在食品工业中的应用
膜分离技术用于食品工业开始于２０世纪６０年代末，首先是从乳品加工和啤酒的无菌过滤开始的，随后逐渐用于果汁、饮料加工、酒精类精制等方面。至今，膜分离技术在食品加工中已得到广泛应用。主要用于以下几个方面：（１）利用膜分离技术对植物蛋白进行浓缩、提纯和分离。（２）利用膜分离技术加工乳制品。（３）利用膜分离技术对卵蛋白惊醒浓缩。（４）利用膜分离技术对动物血浆进行浓缩。（５）利用膜分离技术对明胶进行提纯。（６）在含酒精饮料加工中的应用。（７）在非酒精饮料加工中的应用。（８）膜分离技术在处理淀粉废水中的应用。（９）膜分离技术在制糖工业中的应用。（１０）膜分离技术在食用油加工中的应用。（１１）膜分离技术在食品添加剂生产中的应用。
膜分离技术用于食品加工有很多优点：与传统方法相比，不会因加热而产生色、香、营养成分等质量指标的恶化；节省能源、设备占地面积小；更重要的是由于分离膜性能的提高，能在很高精度水平下分离各种成分［１７；１８］。
２．３在医药工业和医疗设备方面的应用［８；９］
膜分离技术在这方面的应用已经有３０多年的历史，现在微滤、超滤、反渗透和渗透等膜技术已经在医药和医疗设备上得到了广泛的应用。在制药工业中膜技术主要用于：（１）利用微滤技术进行药物澄清；（２）利用超滤和反渗透技术进行药液精制和浓缩；（３）利用分渗透技术制备灭菌水，除热原水和注射水等；（４）渗析技术在医药科学中的典型应用是人工模拟肾脏进行血液的透析分离；（５）利用亲合膜技术，通过在膜上固载特定的功能配位键。在医疗设备方面除了用于药物控制释放的膜技术外，膜式人工肺、人工肾也都应用了膜分离技术。随着新的膜材料的出现以及膜成本的降低，膜技术将会在医药和医院中起到更重要的作用。２．４在生物技术中的应用［１９］
在生物技术方面，膜技术也有各种应用，其中应用最广泛的是微滤和超滤技术。例如：从植物或动物组织萃取液中进行酶的精制；从发酵液或反应液中进行产物的分离、浓缩等。膜技术应用于蛋白质加水分解或糖液生产，有助于稳定产品质量，提高产品的收率和降低成本。由于应用分离膜可以在室温下进行物理化学分离，所以它特别适合于热敏性生物物质的分离。可以想象膜分离技术在生物技术方面将会得到越来越广泛的应用。但膜技术用于生物技术也有一些问题，其中最主要的是：与色谱法比较，分离精度不高。同时多组分分离做不到；膜上容易形成附着层，使膜的通量显著下降；操作结束后，膜清洗困难；膜的耐用性差。这几点是影响膜技术在生物工程领域应用的最主要的原因。因此，如何改进和解决上述问题就成为膜分离技术在该领域应用的主要研究方向。
２．５在环境工程中的应用
随着工业的进一步发展，水源和大气被污染更加严重，这就要求人们提高对它们进行处理净化的能力，因此膜分离技术在环境工程中的地位越来越突出。应用膜分离技术来处理工业废水、废气已经被证明是卓有成效的，在不少废水处理中膜分离技术能实现闭路循环，在消除污染的同时变废为宝，取得了较大的经济效益和社会效益。除了微滤、超滤、反渗透、电渗析的过程外，渗透汽化的其他膜技术也将在２１世纪的环境工程中发挥极其重要的
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云南地理环境研究５４
作用。
除了上述几方面的应用外，当前膜分离技术的应用几乎涉及到国民经济的各个生产研究部门甚至是国防建设领域中。
３膜分离技术的发展趋势［７～８，１９～２１］
３．１膜材料
众所周知，生物膜具有惊人的分离效率。例如，海带从海水中富集碘，其浓度比海水中碘大１０００多倍；石毛（藻类）浓缩铀的浓缩率达７５０倍。因此，仿生是分离膜的发展方向。生物膜是建立在分子有规则排列的基础上，而目前使用的分离膜多是功能高分子膜，是不规则链排列的聚合物。仿生膜要克服这一根本差别，达到生物膜的分离水平，还是一个比较遥远的目标。当前，分离膜材料发展的趋向是：
（１）继续开发功能高分子膜材料。一是根据现今对膜分离机理的认识，继续合成各种分子结构的功能高分子，制成均质膜，定量地研究分子结构与分离性能之间的关系。这类工作主要结合气体分离膜过程进行。二是在膜的表面进行改性。根据不同的分离对象，引入不同的活化基团，使其“活化”。一般的表面改性方法有：先将膜材料改性，然后成膜；过化学反应进行表面改性。三是发展高分子合金膜。两种高分子混合一般情况下要比通过化学反应合成新材料容易些。它还可以使膜具有性能不同甚至截然相反的基团，在更大范围内调节其性能。技术上的难点是许多热力学性质不一致的高分子不容易达到真正互溶，需要选择合适的高分子对（ｐｏｌｙｍｅｒｐａｉｒ）和寻找能互溶的工艺条件。这一方面的工作主要结合水溶液分离膜进行。
（２）开发无机膜材料。无机膜的制备始于２０世纪４０年代，由于存在着不可塑、受冲击易破损、成型性差以及价格较昂贵等弱点，长期以来发展不快。但是，随着膜分离技术及其应用的发展，在膜使用条件上提出愈来愈高的要求，不少膜催化反应要求在几百度高温下进行；膜用于食品及生物产品分离，要求具有耐高温蒸汽多次清洗仍能保持分离性能不变。有些显然是高分子膜材料所无法满足的。
３．２新的膜过程
膜分离技术与传统的分离技术或反应过程相结合，发展出一些崭新的膜过程。这些新的膜过程在不同程度上吸取了二者的优点而避免了某些原有的弱点。
（１）膜蒸馏。将膜法与蒸馏法有机地结合起来的膜蒸馏，是最近几年发展起来的一种新型膜分离技术。在膜蒸馏过程中既有常规蒸馏中的蒸汽传质冷凝过程，又有分离物质扩散透过膜的膜分离过程。它避免了蒸馏法易结垢、怕腐蚀和反渗透法需要高压操作的缺点。
用作膜蒸馏的高分子都是疏水性的，如聚碳酸酯、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、卤化聚乙烯、含氟高分子等。普遍认为聚四氟乙烯最好。
膜蒸馏目前尚处于起步阶段。用于海水脱盐已建成中型试验装置，以期由现场试验作出评价。提高通量是膜蒸馏技术目前主攻方向。当技术进一步成熟后，在制药、生物工程等方面的应用将会显其特色。
（２）膜萃取。２０世纪８０年代初一个将膜分离与液－液萃取过程相结合的新过程——
—膜萃取开始出现。
膜萃取的传质过程是在分隔料液相和萃取相的微孔膜表面进行的，因此它不存在通常萃取过程中液滴的分散与聚合现象。膜萃取的优点还在于：①没有相的分散和聚结过程，可减少萃取剂在料液相中夹带损失。②不形成直接接触的液液二相流动，使选择萃取剂范围可大大放宽。③两相在膜两侧分别流动，使过程免受“返混”的影响和“液泛”条件的限制。④可较好地发挥化工单元操作中的某些优势，提高传质效率。⑤料液相与萃取相在膜两侧的同时存在可避免膜内溶剂的流失。
膜萃取过程目前还处在实验室研究阶段。常用的是中空纤维装置。近年来正开展膜萃取的工艺过程研究，膜萃取器材料的浸润性及过程传质机理研究，流体在膜器中流型分布研究以及膜器设计方法初探性研究等。
（３）膜反应。与传统的反应技术相比，膜反应具有３个特点：①反应转化率不受化学平衡转化率的限制；②能提高复杂反应的选择性；③反应、分离设施的同一化减少了设备投资和能耗。膜化学反应的研究目前主要集中在膜催化反应方面。一些有强酸性阳离子交换膜可用于酯化、酰化等酸催化反应过程，更多的研究在于用具有催化活性的络合金属高分子膜或各种类型无机膜开发相应的催化反应过程。
膜反应器对固定床反应的取代具有重大的潜在经济效益。石油化工中９０％以上的催化反应是在
岳志新等：膜分离技术的应用及发展趋势
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３００℃以上进行的。因此，无机膜和无机膜反应器
是当前世界各国研究膜反应的热点。
３．３集成膜过程
在解决某一具体分离目标时，综合利用几个膜
过程，使之各尽所长，往往能达到最大限度的分离效果，取得最佳的经济效益。这是近年来膜分离技术发展中出现的又一个趋向。例如，微电子工业用超纯水要综合反渗透、离子交换和超滤；造纸工业黑液回收木质素磺酸钠要用聚凝、超滤加反渗透；从生物发酵制无水乙醇要用膜反应器、膜蒸馏、反渗透及渗透汽化；从蛋白质混合物中分离单个高纯蛋白质要用截留分子量不同的超滤加渗析；废水中去除有毒物质用膜萃取及反萃将毒物浓缩再进入膜生物反应器净化等等。
集成膜过程的不断发展和完善将使膜分离技术在工业生产领域中发挥更大的作用。
４结论与讨论
膜分离作为一种新型的分离单元操作过程，在
技术进步、产品结构调整、节省能源及污染防治方面日益显示出其强大的生命力和竞争能力。但目前，膜的发展受到了几个方面的制约：一是膜产品的价格；二是膜污染；三是膜分离性能的提高。如果这几方面的问题能更好地解决，膜分离技术将会在国民经济中发挥更为重要的作用。可以预见，２１世纪的膜技术将在同其他各学科交叉结合的基础上，形成一门比较完整、系统的学科。它将在人类社会的发展史上起到不可替代的重要作用。
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２．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｐｐｌｉｅｄＥｃｏｌｏｇｙ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｓｈｅｎｇｙａｎｇ１１００１６，Ｌｉａｏｎｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｃｏｎｃｅｐｔｏｆｍｏｕｎｔａｉｎｏｕｓｌａｎｄｓｃａｐｅｗａｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄａｓｔｈｅｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｉｔｙｍｏｓａｉｃｓｏｆｌａｎｄｓｃａｐｅｃｏｍ－
ｐｏｎｅｎｔｓｗｈｉｃｈｈａｖｅｈｉｇｈｅｒｒｅｌａｔｉｖｅａｌｔｉｔｕｄｅａｎｄｒｅｌａｔｅｄｅａｃｈｏｔｈｅｒ．Ｉｔｈａｓｍａｎｙｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｓｕｃｈａｓｔｈｅｖｅｒｔｉｃａｌｓｐａｔｉａｌｐａｔｔｅｒｎｏｆｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ，ｈｉｇｈｅｒｄｉｖｅｒｓｉｔｙａｎｄｍｏｒｅｃｏｍｐｌｅｘｓｈａｐｅ，ａｎｄｔｏｒｔｕｏｕｓｃｏｒｒｉｄｏｒｓ．Ｈｕｍａｎｉｍｐａｃｔｓｏｎｔｈｅｍｏｕｎｔａｉｎｏｕｓｌａｎｄｓｃａｐｅｐａｔｔｅｒｎｗｅｒｅｒｅｖｉｅｗｅｄｏｎｔｈｒｅｅａｓｐｅｃｔｓ：ｐａｔｃｈｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ，ｌａｎｄｓｃａｐｅｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｔｈｅｓｐａｔｉａｌｒｅｌａｔｉｏｎｓａｍｏｎｇｉｔｓｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔ：ｈｕｍａｎａｃｔｉｖｉｔｉｅｓｃａｎｅｎｈａｎｃｅｏｒｒｅｄｕｃｅｔｈｅｐａｔｃｈｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ，ｉｔｈａｓｂｒｅａｋｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｃｈａｎｇｅｄｔｈｅｄｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆｍｏｕｎｔａｉｎｏｕｓｌａｎｄｓｃａｐｅ．Ｔｈｅｉｍｐａｃｔｓｏｎｔｈｅｌａｎｄｓｃａｐｅｆｕｎｃｔｉｏｎａｎｄｄｙｎａｍｉｃｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄａｌｓｏ，ａｎｄｔｈｅｓｔｕｄｄｉｎｇｅｍｐｈａｓｅｓｏｆｈｕｍａｎｉｍｐａｃｔｓｏｎｍｏｕｎ－ｔａｉｎｏｕｓｌａｎｄｓｃａｐｅｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄａｔｌａｓｔ．
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ＹＵＥＺｈｉ－ｘｉｎ１，ＭＡＤｏｎｇ－ｚｈｕ２，ＺＨＡＯＬｉ－ｎａ３，ＺＨＡＯＨａｎ－ｍｅｉ３
（１．ＨｅｂｅｉＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔａｎｇｓｈａｎ０６３００９，Ｈｅｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ；２．ＨｅｂｅｉＣｏｌｌｅｇｅｏｆＩｎｄｕｓｔｒｙａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ０５００９１，Ｈｅｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ；３．ＴａｎｇｓｈａｎＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＡｇｅｎｃｙ，Ｔａｎｇｓｈａｎ０６３００６，Ｈｅｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅ，ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｍｅｍｂｒａｎｅｓｅｐａｒａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｗａｓｓｕｍｍａｒｉｚｅｄａｂｏｕｔｗｏｒｌｄａｎｄｏｕｒｃｏｕｎｔｒｙ．Ｉｔｗａｓｇｉｖｅｎａｎｏｕｔｌｉｎｅｏｆｂａｓｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒａｎｄｔｅｃｈｎｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｍｅｍｂｒａｎｅｓｅｐａｒａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ｍｅｍｂｒａｎｅｍａｔｅｒｉａｌ，ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｍｅｍｂｒａｎｅｓｅｐａｒａｔｉｏｎｄｅｖｉｃｅ．Ｉｔｗａｓｄｅｔａｉｌｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｏｔｈｅｍｅｍｂｒａｎｅｓｅｐａｒａ－ｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ’ｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｃｈｅｍｉｃａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｐｅｔｒｏｌｅｕｍｉｎｄｕｓｔｒｙ，ｆｏｏｄｉｎｄｕｓｔｒｙ，ｍｅｄｉｃｉｎｅｉｎｄｕｓｔｒｙａｎｄｍｅｄｉｃａｌｆａｃｉｌｉｔｉｅｓ，ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．Ｉｔａｎａｌｙｚｅｄｔｈａｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄｏｆｍｅｍｂｒａｎｅｓｅｐａｒａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｗｉｌｌｄｅｖｅｌｏｐａｔｍｅｍｂｒａｎｅｍａｔｅｒｉａｌ，ｎｅｗｍｅｍｂｒａｎｅｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｍｅｍｂｒａｎｅｐｒｏｃｅｓｓ．Ｓｉｍｕｌｔａｎｅ－ｏｕｓｌｙｉｎｄｉｃａｔｅｄ，ｉｆｍｅｍｂｒａｎｅｍｅｒｃｈａｎｄｉｓｅ，ｍｅｍｂｒａｎｅｐｏｌｌｕｔｉｏｎａｎｄｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｏｆｍｅｍｂｒａｎｅｓｅｐａｒａｔｉｎｇｐｒｏｐｅｒｔｙｃａｎｂｅｒｅｓｏｌｖｅｄ，ｍｅｍｂｒａｎｅｓｅｐａｒａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｗｉｌｌｈａｖｅａｎｉｒｒｅｐｌａｃｅａｂｌｅｅｆｆｅｃｔｏｎｔｈｅｐｈｙｌｏｇｅｎｙｏｆｈｕｍａｎｓｏｃｉｅｔｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｅｍｂｒａｎｅｓｅｐａｒａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅ；ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄ；ｍｅｍｂｒａｎｅｍａｔｅｒｉａｌ；ｍｅｍｂｒａｎｅｐｒｏｃｅｓｓ
（上接第４２页）
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!岳志新等：膜分离技术的应用及发展趋势
第１８卷
５７
动态膜分离技术研究进展
文章编号:1007-8924(2007)04-0091-05专题综述 动态膜分离技术研究进展 李晓波,胡保安,顾 平 (天津大学环境科学与工程学院,天津300072) 摘 要:介绍动态膜分离技术的概念,着重讨论影响动态膜分离性能的相关因素以及动态膜 在污水处理中的应用效果,指出动态膜技术具有良好的应用前景,但目前仍处于试验阶段,尚需深入研究. 关键词:动态膜;污水处理;研究进展中图分类号:TQ028.8 文献标识码:A 膜分离技术是当今水处理领域研究的热点,国内外均做了大量的研究工作[1-5],然而,膜污染及膜组件昂贵的价格是阻碍膜技术广泛应用的主要原因.动态膜分离技术采用大孔径材料制作膜组件,降低了膜组件的造价;同时,已有研究表明,动态膜的渗透性能更佳、抗污染能力显著提高[6-8].因此,动态膜作为一项新型的特殊膜分离技术正越来越多地受到国内外水处理技术研究者的关注[9-13]. 1 动态膜分离技术 动态膜作为一种分离技术,包含动态膜的载体 及动态膜分离层本身.动态膜的载体指用来承载动态膜的大孔径材料,一般价格低廉、易得,常见的有不锈钢丝网、普通筛网、工业滤布、筛绢等多孔材料和一些高分子材料,如烧结聚氯乙烯管等.动态膜分离层是动态膜分离技术的主体,指依附于动态膜载体之上、执行分离功能的滤饼层或污泥层.它是通过错流过滤或死端过滤的方式将某种固体或胶体微粒沉淀在载体表面上形成的.用于形成动态膜的粒子种类较多,有粘土类矿物、粉状活性炭(PAC )、ZrO 2、MnO 2、聚乙烯醇(PVA )等,也可用被处理的废液中的某种物质作为成膜物质沉淀在载体上形成动态膜,如自生生物动态膜的成膜物质为污水中的活性污泥.目前国内外关于动态膜分离技术的研究主要 集中在影响动态膜分离性能的因素及操作参数的优化方面. 2 影响动态膜分离性能的因素 2.1 pH 的影响 p H 对ZrO 2动态膜和MnO 2动态膜的影响较为 明显,这是由于MnO 2动态膜和大多数ZrO 2动态膜都是通过化学反应来生成膜粒子的. ZrO 2粒子的形成有两种方法:一种是提高含Zr 4+溶液,如无水ZrCl 4的水溶液的p H 来形成[14], 另一种是将ZrOCl 2加入到硫酸溶液中而形成[15].Zr 的水合氧化物在不同p H 下的特性不同,其粒子大小也不同.p H 较低时所生成的粒子粒径较小,随着p H 升高,粒径也逐渐升高.由于小颗粒需要更长的时间堵塞载体的孔隙,所以形成动态膜所需的时间也更长.Altman 等[16]的研究表明,动态膜的形成时间从p H 为3.5时的120min 减少到p H 为6时的45min ;Rumyantsev 等[16]的研究结果则分别是100min 和小于45min.蛋白质的截留率与p H 的关系不是很明显,p H 为3.5、5和6时形成的动态膜的截留率大于p H 为4时的动态膜. MnO 2是KMnO 4的还原产物,其反应式为4KMnO 4+6HCOONa =4MnO 2↓+2K 2CO 3+ 3Na 2CO 3+3H 2O +CO 2↑ 收稿日期:2005-09-06;修改稿收到日期:2006-01-17 作者简介:李晓波(1970-),男,河南省人,博士生,主要从事水污染治理技术的研究. 第27卷 第4期膜 科 学 与 技 术 Vol.27 No.4 2007年8月MEMBRAN E SCIENCE AND TECHNOLO GY Aug.2007
我国膜分离技术发展迅速.
我国膜分离技术发展迅速 导读：膜分离技术起步于本世纪六十年代，至今不过三十多年，但由于它具有分离过程无相态变化，基本在常温下进行，特别适用对热敏感物质的分离过程属物理变化或物化变化，分离范围可以从小分子到大分 子膜分离技术起步于本世纪六十年代，至今不过三十多年，但由于它具有分离过程无相态变化，基本在常温下进行，特别适用对热敏感物质的分离过程属物理变化或物化变化，分离范围可以从小分子到大分子；从细菌到病毒；从蛋白质、胶体到多糖；分离过程仅仅是简单的加压输送，易自控、占地面积小等特点，特别是与其它如蒸馏、冷冻、萃取等分离方法比较，节能效果显著，因此受到各工业发达国家的高度重视。不少国家把膜分离技术纳入国家计划和关键技术。１９９１年世界膜市场总产值约１９.４１亿美元，膜装置产值约８０～９０亿美元，１９９６年估计膜产值达３０亿、膜装置产值可达１３０～１４０亿美元，如果进一步推算到膜工程，产值将比膜装置增进３～５倍，由此而带来巨大的经济效益。我国膜技术研究起步于１９６６年，７０年代末开始步入工业化，并不断扩大研究应用领域，目前已形成一支相当规模的膜及膜应用技术的研究队伍和膜产业基地。１９９６年估算，膜分离技术产业，总产值约３.５～４亿人民币，与国家市场相比仍然有很大差距。与国际市场的差距主要在于：一是对膜技术这一高新技术的认识，二是膜技术推广应用领域亟待进一步扩大，并建立相应的示范工程，三是面临一些国外膜及膜装置，膜工程的大企业进入我国，以独资或合资企业形式加大竞争，四是国内膜技术膜产品质量、品种与国外尚存在较大差距。从总体水平上约落后发达国家５～１０年。膜技术快速发展引来巨大商机随着全球水资源短缺情况的加剧，水资源开发、工业和饮水处理、废水处理及再利用成为各国研究开发的热点，而膜分离技术正是目前国内外普遍采用的净化技术。有专家预言，膜技术及与其它技术集成的技术将在很大程度上取代目前采用的传统分离技术。现在，膜技术已与光纤、超导技术等一起成为21世纪十大高科技产业之一。膜分离技术是指利用具有特殊选择分离性的有机高分子材料或无机材料，制成不同形态结构的膜，在一定驱动力作用下，使双元或多元组份的特定组份因透过膜的速率不同而达到分离或密集的目的。由于这种技术是采用物理方法分离组份，因而清洁无污染、操作及设备简单、能量损耗少，并可广泛应用于石油、化工、电子电力、食品、医疗、环保等领域，因此近年来发展十分迅速。作为一门新兴的高技术产业，膜分离产业在全球都保持了超过8％的增长率，在我国也有着相当广阔的应用前景。据预测，2030年中国人口将达到16亿，届时人均水资源量仅有1750立方米，预计用水总量为7000亿～8000亿立方米，要求供水能力比现在增长1300亿～2300亿立方米，全国实际可利用水资源量接近合理利用水量上限，因此开发新的水资源如进行海水淡化势在必行，而目前采用反渗透膜进行海水淡化是最经济而又清洁的方法。另外，近年来我国废水、污水排放量以每年18亿吨的速度增加，全国工业废水和生活污水每天的排放量近1．64亿吨，其中约80％未经处理直接排入水域。可见，我国环保水处理方面对膜应用的量将很大，这一领域也被业界认为是增长潜力最大的领域。在生物医药和食品生产过程中，微滤膜发挥了重要作用。目前全球以血液渗析膜的市场最大，约占总销售额的50％。近几年来，膜技术在生物工程、医疗和血液渗析治疗领域的应用增速惊人，仅
膜过滤技术及其应用范围介绍
膜过滤技术及其应用范围介绍 北京陶普森膜应用工程技术有限公司孙永杰 过滤是分离液体中固体性颗粒的常用方法之一。我们熟悉的土壤就是一个天然过滤器，池塘、湖泊和河流中的地表水在通过不同类型的土壤之后，渗透聚积成相对洁净的地下水，土壤让水透过的时候截留了其它成分，如颗粒物和污染物等，而渗透到深处的地下水得到了净化。 过滤是实验室常用的物料分离技术。从筛网、滤纸到膜滤器等技术手段的延伸、发展，促进了产品提纯技术的提高，净化效果明显，分离精度大大提高。在能量消耗，过滤效果和操作简便方面，相比于传统的分离方法如蒸馏或结晶，膜过滤技术的表现优于其他分离过程。在许多分离领域，膜过滤克服了传统技术局限性，尤其对生化或药物的加工应用过程，膜技术的应用提高了产品品质和收率，因为其中的蛋白质和有效成分大多是热敏感的。因膜过滤为物理过滤方式，膜材质稳定性强，经验证的实验室过滤工艺，很容易被放大和改进，更易成功应用到实际的大规模生产中。 在生物和制药技术行业的许多领域，包括食品和饮料行业，生物技术和饮用水处理行业，都普遍使用过滤膜用于过滤。 过滤膜的工作原理：膜过滤器的原理类似于上面提到的地下水渗透过程，人工制备的膜相当于地表土层，待过滤的溶液中一部分的小分子物质可以通过薄膜的微孔，其渗透性取决于孔的大小。比滤膜孔更小的颗粒可透过滤膜，而比滤膜孔大的颗粒就被截留下来。
一般情况下，膜的孔径决定了应用，根据孔径的大小，将不同的过滤膜技术分为四类：微滤，超滤和纳滤以及反渗透。 1. 微滤膜技术 过滤膜的孔径一般在5μm和0.1μm之间。在微生物实验中经常被使用孔径为0.1μm至0.2μm的膜，可以分离出酵母菌和细菌，是一种温和快速的杀菌方法。在工业化生产上，这种滤膜技术通常为过滤器的滤芯，广泛应用在医药，食品和饮料工业生产线中。例如，生物制药厂用于生物反应器中微生物生长阶段之后的“收获”和细菌菌体的分离，废水处理或浑浊液的油水分离等。 2. 超滤膜技术 超滤技术常常用于大分子的浓缩和脱水，超滤膜过滤“孔径”在0.1μm和0.01μm之间。由于该技术主要用于分离或浓缩蛋白质分子，所以膜的过滤孔径被定义为“分子量切断”(MWCO)或“标称分子量切断”(NMWC)，单位为道尔顿(质量单位，等于一氧原子的1/16)。MWCO值表示可被膜截留的球状分子的小分子量。为了安全起见，应总是选择MWCO值至少比要分离的大分子的分子量高20%。这种膜过滤技术的应用操作压力，通常在2-10巴之间。 3.纳滤技术 是纳米级过滤技术的简称，纳米级过滤的膜过滤器，其孔径小于0.005μm，可截留更小的有机分子和大部分盐类物质，以及重金属离子等。陶普森纳米级过滤需要更高的外部压力，过滤压力一般在10-80巴之间。
新型膜分离技术研究进展
新型膜分离技术研究进展 摘要:膜分离技术是一项新兴的高效、快速、节能的新型分离技术。作为一种新型分离技术，在多种领域得到了广泛的应用。综述了反渗透、电渗析、纳滤、微滤、超滤、气体分离、渗透汽化和膜反应器等各种膜分离技术的分离原理、特点，在工业中的应用以及目前存在的问题。最后展望了膜技术的应用前景。 关键词：膜分离；原理；应用；进展 膜分离技术主要是采用天然或人工合成高分子薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分流质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集操作。与传统分离方法(蒸发、萃取或离子交换等)相比，它是在常温下操作，没有相变，最适宜对热敏性物质和生物活性物质的分离与浓缩，具有高效、节能，工艺过程简单，投资少，污染小等优点，因而在化工、轻工、电子、医药、纺织、生物工程、环境治理、冶金等方面具有广泛的应用前景。 1膜分离技术的分离原理和特点 1.1纳滤 纳滤膜具有纳米级孔径，截留相对分子质量为200-1000，能使溶剂、有机小分子和无机盐通过。纳滤膜的分离机理模型目前的看法主要是空间位阻-孔道模型。与超滤膜相比，纳滤膜有一定的荷电容量;与反渗膜相比，纳滤膜又不是完全无孔的。纳滤是介于反渗透和超滤之间的一种膜分离技术，是国内外研究的热点。余跃等[1]废水进行了去除COD和脱色的研究。结果表明，纳滤技术可有效地去除印染废水中的色度和COD。 1.2超滤 超滤的截留相对分子质量在1000-100000之间。超滤过程的分离机理一般认为是压力驱动的筛孔分离过程，是膜表面上的机械截留(筛分)、在膜孔中的停留(阻塞)、在膜表面及膜孔内的吸附三种形式。徐超等[2]在中试中采用浸没式超滤膜代替传统砂滤工艺处理浊度较低的滦河水，取得较好的处理效果，设备费用降低了。 1.3微滤 微滤是发展最早、制备技术最成熟的膜形式之一，孔径在0.05-10μm之间，可以将细菌、微粒、亚微粒、胶团等不溶物除去，滤液纯净，国际上通称为绝对过滤。微滤分离的实质是利用膜的“筛分”作用来进行的。即:比膜孔大的颗粒的机械截留、颗粒间相互作用及颗粒与膜表面的吸附、颗粒间的桥架作用这三种方式来实现的。 1.4反渗透 反渗透又称逆渗透，一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。因为它和自然渗透的方向相反，故称反渗透。学界对于反渗透分离机理的解释主要流行以下理论:溶解一扩散模型、优先吸附一毛细孔流理论、氢键理论。 自从上个世纪90年代邓宇发明了非加压吸附渗透海水淡化法以来，反渗透用于海水淡化的研究得到了极大发展[3]。在重金属废水处理领域，美国芝加哥API工艺公司采用B一9芳香族聚酞胺中空纤维膜组件处理镀镍漂洗水，废水中Niz+的分离率为92%[4]。 1.5电驱动膜
膜分离技术的介绍及应用讲解
题目：膜分离技术读书报告日期2015年11月20日
目录 一、膜的种类特点及分离原理 (1) 二、最新膜分离技术进展 (3) 1. 静电纺丝纳米纤维在膜分离中的应用 (3) 1.1 静电纺丝技术的历史发展 (3) 1.2 静电纺丝纳米纤维制备新型结构复合膜 (3) 1.2.1 在超滤方面 (4) 1.2.2 在纳滤方面 (4) 1.2.3 在渗透方面 (5) 1.2.4 静电纺丝纳米纤维制备空气过滤膜 (5) 2. 多孔陶瓷膜应用技术 (6) 2.1 高渗透选择性陶瓷膜制备技术 (7) 2.1.1 溶胶—凝胶技术 (7) 2.1.2 修饰技术 (7)
一、膜的种类特点及分离原理 膜分离技术（membrane separation technology, MST）是天然或人工合成的高分子薄膜以压力差、浓度差、电位差和温度差等外界能量位差为推动力，对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法。常用的膜分离方法主要有微滤（micro-filtration, MF）、超滤（ultra-filtration，UF）、纳滤（nano-filtration，NF）、反渗透（reverse-osmosis, RO）和电渗析（eletro-dialysis, ED）等。MST具有节能、高效、简单、造价较低、易于操作等特点、可代替传统的如精馏、蒸发、萃取、结晶等分离，可以说是对传统分离方法的一次革命，被公认为20世纪末至21世纪中期最有发展前景的高新技术之一，也是当代国际上公认的最具效益技术之一。 分离膜的根本原理在于膜具有选择透过性，按照分离过程中的推动力和所用膜的孔径不同，可分为20世纪30年代的MF、20世纪40年代的渗析（Dialysis, D）、20世纪50年代的ED、20世纪60年代的RO、20世纪70年代的UF、20世 纪80年代的气体分离 （gas-separation, GS）、20世纪90 年代的PV和乳化液膜（emulsion liquid membrane, ELM）等。 制备膜元件的材料通常是有 机高分子材料或陶瓷材料，膜材料中的孔隙结构为物质透过分离膜而发生选择性分离提供了前提，膜孔径决定了混合体系中相应粒径大小的物质能否透过分离膜。图1是MF、UF、NF、RO的工作示意图。MF的推动力是膜两端的压力差，主要用来去除物料中的大分子颗粒、细菌和悬浮物等；UF的推动力也是膜两端的压力差，主要用来处理不同相对分子质量或者不同形状的大分子物质，应用较多的领域有蛋白质或多肽溶液浓缩、抗生素发酵液脱色、酶制剂纯化、病毒或多聚糖的浓缩或分离等；NF自身一般会带有一定的电荷，它对二价离子特别是二价阴离子的截留率可达９９％，在水净化方面应用较多，同时可以透析被RO膜截留的无机盐；RO是一种非对称膜，利用对溶液施加一定的压力来克服溶剂的渗透压，使溶剂通过反向从溶液
智能视频技术的现状及发展趋势探析
智能视频技术的现状及发展趋势探析 智能视频技术（IVT，Intelligent Video Technology），属于计算机视觉（CV，Com puter Vision）与人工智能（AI，Artificial Intelligent）领域研究的一个分支，融合了图像处理技术、计算机视觉技术、计算机图形学、人工智能、图像分析等多项技术，其发展目标在于在监视场景与事件描述之间建立一种映射关系。同大部分计算机系统一样，智能视频系统可以被分为构成智能视频监控的硬件，以及智能视频软件两个部分。 硬件设备主要包括：采集视频数据的摄像机、支撑摄像机以及整个系统运行的电力系统、用于存放拍摄到的视频数据的存储设备、承载智能视频分析软件的高性能计算机、能够高速传输视频以及分析结果等数据的网络接口。 智能视频软件是指通过硬件提供的输入信息，自动地提取并理解视频源的关键信息。智能视频软件具有其独特性，即专用性、多样性等。而不同的商业环境和用户对监控的功能需求大相径庭，对于不同的应用系统软件实现的算法也完全不同，甚至智能视频软件的实现平台也是可选的：既可以在X86的服务器上实施，也可以在基于DSP的嵌入式系统上实施。这一特点，也正是智能视频行业探讨的热点所在。 智能视频的发展现状 智能视频软件市场是一个成长非常快速的市场，根据IMS的市场研究分析，在未来3 年内有关视频技术的软件市场会成长到8亿美元的份额。注意，仅仅是在软件部分就有这么大的一个份额。 在视频智能分析软件的市场需求急剧增长的刺激下，国外提供视频智能分析软件产品的厂商已经有许多：Verint、Vidient、Westec、Interactive、Visual Defence、Nextiva、V istascape、NiceVision、ioimage、TASC、MATE、Ov、Dallmeier、Ivbox、Viseowave等，他们都能提供视频智能分析产品，大部分厂商提供的视频智能分析产品，都基于ObjectVid eo公司的图像分析技术，采用Object Video OnBoard平台来设计并创建自己品牌的OEM产品，这是大部分视频智能分析产品商以最小的投资成本及最快的时间来赢得市场的好办法。 在解决方案的提供上，国外也有许多成功的案例，比如旧金山国际机场采用了由Vidie nt公司提供的智能视频分析系统Smart Catch。Smart Catch与机场现有的闭路电视(CCTV)系统协同检测异常或可疑行为（如图1）。当智能视频分析软件识别出一个异常情况时，就立即将视频片段通过呼机、手提电脑、移动电话或其它通讯设备发送给响应者前来进行现场调查。 国内的众多企业也开始了对智能视频分析软件的尝试。比如上海世平伟业公司开发的I vbox智能视频分析系统，上海皓维推出的智能视频分析预警系统等等。
膜分离技术
膜分离技术 摘要：本文简要介绍了膜分离技术的概念、发展史、应用（主要是水处理方面），以及我国膜分离技术的进展和对未来的展望。 关键词：膜；膜分离技术；水处理 1、膜分离技术概述 用天然或人工合成的无机或有机薄膜, 以外界能量或化学位差为推动力, 对双组分或多组分溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法通称为膜分离法。 膜分离技术具有能耗低、操作简便、无化学副作用、无相变和无二次污染等优点, 是一种高效、节能的物理分离技术。膜分离技术已成为提高生产效率减少废物排放量和废物回收利用方面最具潜力的技术之一。 膜分离技术是近年来在全球迅速崛起的一项新技术, 近半个世纪以来, 膜分离技术得到了迅猛的发展。膜分离技术作为新的分离净化和浓缩方法与传统的分离操作相比, 具有能耗低、分离效率高、无二次污染、工艺简单的优点。因此在苦咸水淡化、饮用水处理、食品工业、医药工业、石油化工工业、生物工程、核工业、环境工程等领域得到了广泛应用。作为一个环保的替代传统的分离过程,膜分离技术适合混合液体、气体和蒸气。[ 2] 2、膜分离技术的发展简史 膜分离技术的发展大致可分为3 个阶段, 1960年以前为奠定基础的阶段, 主要是进行膜分离科学基础理论的研究和初期的工业开发; 1960 年至1980年为发展阶段, 期间, 许多膜分离技术实现了工业化生产, 并得到了广泛应用; 1980 年至今为发展深化阶段, 主要是不断提高已实现工业化生产的膜分离技术水平, 解决了一些难度较大的膜分离技术问题,并开发出了许多新的膜分离方法。 3、膜分离技术的应用 目前现代膜工程代表一个的可能的方法实现过程强化战略,例如开发流程和方法旨在减少原材料利用率、能源消耗、生产成本,设备大小和垃圾生成膜工程已经是公认的全球的强大的工具来解决的一些主要问题工业化、人口密集的社会。膜生物反应器(MBR)在水处理、膜业务和集成膜系统在海水和微咸水脱盐是一些重要的情况膜工程是解决发挥主导作用淡水需求的情况在低成本和最低环境影响。在世界许多区域,传统的热海水淡化厂已经改变了使用膜过程,因为他们是10倍多积极有效的然后热选项;传统活性污泥植物已经变成了膜生物反应器由于它们的简洁(5倍多紧凑比传统的工厂),减少污泥生产,和相当程度的物理消毒。 渗透蒸发是另一个发达的膜技术,拥有巨大潜力的强化各种工业过程,例如打破共沸混合物和除去挥发性有机化合物(VOCs)中的含量从液体。此外,渗透蒸发和蒸汽渗透加上一个传统蒸馏塔提供了几个优势包括减少能源消耗,改善产品质量,避免夹带剂,使这种技术特别适用于接近沸腾或共沸混合物,大部分的工业应用关注脱水的溶剂(如:因为乙腈脱水中使用混合膜蒸馏过程导致总成本降低高达60%)。 天然气除湿和分离的空气组件是一些其他的例子中,膜技术已经应用在工业规模。相反,应用程序的膜接触器技术的选择性的蒸发废水回收从工业气体为了回收过程流因此最小化淡水需求,仍在研究7级以上报道的例子表明膜工程有范围更广的潜在的应用程序作为单位吗操作过程工程比其他任何可用的技术。膜操作可以用来进行分子分离、化学转换,质量和不同阶段之间的能量转移,显示一个更高的效率比传统的分离和反应装置操作。也有一些有趣的机会集成到现有工业。膜操作过程实现过程强化的好处。
新型膜分离技术的研究进展
收稿日期：2011－04－18 作者简介：陈默（1986—），硕士研究生，从事含能化合物的合成研究；王建龙，教授，博士生导师，通讯联系人，主要从事含能化合物合成及炸药中间体的制备、 应用及开发。新型膜分离技术的研究进展 陈 默，曹端林，李永祥，王建龙 （中北大学化工与环境学院，山西太原030051） 摘要：膜分离技术是一项新兴的高效、快速、节能的新型分离技术。作为一种新型分离技术，在多种领域得到了广泛的应用。综述了反渗透、 电渗析、纳滤、微滤、超滤、气体分离、渗透汽化和膜反应器等各种膜分离技术的分离原理、特点，在工业中的应用以及目前存在的问题。最后展望了膜技术的应用前景。关键词：膜分离；原理；应用；进展中图分类号：TQ028．8 文献标识码：A 文章编号：1008－021X （2011）05－0031－03 Research Progress of Membrane Technology CHEN Mo ，CAO Duan －lin ，LI Yong －xiang ，WANG Jian －long （College of Chemical Engineering and Environment ，North University of China ，Taiyuan 030051，China ）Abstract ：The membrane extraction technique is a new type extraction technique with high efficiency ，high speed and saving energy．Membrane separation technology is applied widely as a new kind of separation technology．The separation mechanism and characteristics of different kinds of membrane technologies were introduced ，including electrodialysis ，reverse osmosis ，nanofiltration ，ultrafiltration ，microfiltration ，gas separation ，pervaporation ，membrane reactor．Further more ，the application and current problems of different membrane technologies were extensively summarized．Finally ，application prospect of membrane separation technology was presented．Key words ：membrane separation ；principle ；application ；progress 膜分离技术主要是采用天然或人工合成高分子 薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分流质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集操作。与传统分离方法（蒸发、萃取或离子交换等）相比，它是在常温下操作，没有相变，最适宜对热敏性物质和生物活性物质的分离与浓缩，具有高效、节能，工艺过程简单，投资少，污染小等优点，因而在化工、轻工、电子、医药、纺织、生物工程、环境治理、冶金等方面具有广泛的应用前景。1膜分离技术的分离原理和特点1．1 纳滤 纳滤膜具有纳米级孔径，截留相对分子质量为200 1000，能使溶剂、有机小分子和无机盐通过。纳滤膜的分离机理模型目前的看法主要是空间位阻－孔道模型。与超滤膜相比，纳滤膜有一定的荷电容量；与反渗膜相比，纳滤膜又不是完全无孔的。纳滤是介于反渗透和超滤之间的一种膜分离技 术， 是国内外研究的热点。余跃等［1］ 对纳滤技术处理印染废水进行了去除COD 和脱色的研究。结果 表明， 纳滤技术可有效地去除印染废水中的色度和COD 。Salzgitter Flachstahl 电镀厂采用膜技术处理 镀锌废水， 回收其中的Zn 2+ 和H 2SO 4，其结果达到了设计要求［2］。常江等［3］ 在完成用新型纳滤膜处 理模拟含Ni 2+ 废水实验室研究的基础上，进行了电 镀镍漂洗废水的纳滤膜处理及镍和水回收利用的工业试验，为大规模工业应用提供了参考数据。杨青等［4］ 研究报道将DK 型与NF90型纳滤膜组合可适用于治理高浓度、高盐分的吡啉农药废水污染。1．2 超滤 超滤的截留相对分子质量在1000 100000之间。超滤过程的分离机理一般认为是压力驱动的筛孔分离过程，是膜表面上的机械截留（筛分）、在膜孔中的停留（阻塞）、在膜表面及膜孔内的吸附三种形式。 徐超等 ［5］ 在中试中采用浸没式超滤膜代替传 统砂滤工艺处理浊度较低的滦河水，取得较好的处理效果， 设备费用降低了。罗涛等［6］ 采用混凝沉淀－超滤工艺对微污染原水进行试验，结果表明，组合
膜分离技术综述
膜分离技术应用综述 摘要：膜分离工程技术是一项新兴的高效分离技术，已广泛应用于化工、电子、轻工、纺织、石油、食品、医药等工业，被认为是20世纪末到21世纪中期最有发展前途的高技术之一。由于膜分离的优势，越来越多的中药研究者正致力于开发膜技术在中药工业中的应用。膜分离技术 (微滤、超滤、纳滤、反渗透膜技术)在中药领域中发挥着非常重要的作用，可应用于中药提取液的纯化、浸膏制剂的制备、口服液的生产、注射剂的制备以及热原的去除等。膜分离技术将在中药现代化进程中发挥重大作用，并对中药的规范化和标准化生产起到一定的促进作用。由于历史的原因，生物技术发展初期，绝大多数的投资是在上游过程的开发，而下游处理过程的研究投入要比上游过程少得多，因而使得下游处理过程的研究明显落后，已成为生物技术整体优化的瓶颈，严重地制约了生物技术工业的发展，因此，当务之急是要充实和强化下游处理过程的研究，以期有更多的积累和突破，使下游处理过程尽快达到和适应上游过程的技术水平和要求。 关键词：生物分离下游工程膜分离 正文： 1、常用的膜分离过程 1.1微滤 鉴于微孔滤膜的分离特征，微孔滤膜的应用范围主要是从气相和液相中截留微粒、细菌以及其他污染物，以达到净化、分离、浓缩的目的。 具体涉及领域主要有：医药工业、食品工业（明胶、葡萄酒、白酒、果汁、牛奶等）、高纯水、城市污水、工业废水、饮用水、生物技术、生物发酵等。 1.2超滤 早期的工业超滤应用于废水和污水处理。三十多年来，随着超滤技术的发展，如今超滤技术已经涉及食品加工、饮料工业、医药工业、生物制剂、中药制剂、临床医学、印染废水、食品工业废水处理、资源回收、环境工程等众多领域。1.3纳滤 纳滤的主要应用领域涉及：食品工业、植物深加工、饮料工业、农产品深加工、生物医药、生物发酵、精细化工、环保净水和污水处理及其资源化工业。1.4反渗透 由于反渗透分离技术的先进、高效和节能的特点，在国民经济各个部门都得到了广泛的应用，主要应用于水处理和热敏感性物质的浓缩，主要应用领域包括以下：食品工业、牛奶工业、饮料工业、植物（农产品）深加工、生物医药、生物发酵、制备饮用水、纯水、超纯水、海水、苦咸水淡化、电力、电子、半导体工业用水、医药行业工艺用水、制剂用水、注射用水、无菌无热源纯水、食品饮料工业、化工及其它工业的工艺用水、锅炉用水、洗涤用水及冷却用水。 1.5其他常用膜分离过程 除了以上四种常用的膜分离过程，另外还有渗析、控制释放、膜传感器、膜法气体分离等。
膜分离技术及其原理的介绍
膜分离技术及其原理的介绍
人们对膜进行科学研究是近几十年来的事。反渗透膜是膜分离技术发展中是一个重要的突破，使膜分离技术进入了大规模工业化应用的时代。其发展的历史大致为：20世纪30年代微孔过滤;40年代透析;50年代电渗析;60年代反渗透;70年代超滤和液膜;80年代气体分离;90年代渗透汽化。此外，以膜为基础的其它新型分离过程，以及膜分离与其它分离过程结合的集成过程也日益得到重视和发展。 一、膜分离原理 膜分离过程是以选择性透过膜为分离介质，当膜两侧存在某种推动力(如压力差、浓度差、电位差、温度差等)时，原料侧组分选择性地透过膜，以达到分离、提纯的目的。不同的膜过程使用不同的膜，推动力也不同。目前已经工业化应用的膜分离过程有微滤(MF)、超滤(UF)、反渗透(RO)、渗析(D)、电渗析(ED)、气体分离(GS)、渗透汽化(PV)、乳化液膜(ELM)等。 二、膜分离技术 反渗透、超滤、微滤、电渗析这四大过程在技术上已经相当成熟，已有大规模的工业应用，形成了相当规模的产业，有许多商品化的产品可供不同用途使用。这里主要以反渗透膜和超滤膜为代表介绍一下。 反渗透膜(RO)
反渗透膜使用的材料，最初是醋酸纤维素(CA)，1966年开发出聚酰胺膜，后来又开发出各种各样的合成复合膜。CA膜耐氯性强，但抗菌性较差。合成复合膜具有较高的透水性和有机物截留性能，但对次氯酸等酸性物质抗性较弱。这两种材料耐热性较差，高温度大约是60℃左右，这使其在食品加工领域的应用中受到限制。 超滤膜(UF) 超滤膜也是使用CA做材料，后来各种合成高分子材料得以广泛应用。其材料多种多样，共同特点是具有耐热、耐酸碱、耐生物腐蚀等优点。 以上就是为大家介绍的全部内容，希望对大家有帮助。
膜分离技术及其应用_童汉清
膜分离技术及其应用 童汉清 海金萍 (蚌埠高等专科学校食品系,蚌埠市233030) 摘 要 针对膜分离技术的一系列独特优点,介绍了工业中常用的各种分离膜的性能、材料及其各自的应用,并简述了世界上最新的膜分离技术及其发展方向。 关键词 膜分离技术 反渗透膜 超滤膜 微滤膜 0 前言 膜分离是用半透膜分离均相混合物中不同组分的一种方法。由于膜分离技术在生产中物料无相变过程,因而无需再沸器、冷凝器等设备,与蒸发、精馏等分离技术相比具有显著的节能、高效等特点,特别是对于食品工业,膜分离技术可以完好地保留食品原有色、香、味,而其营养成分又不会被高温破坏。因而膜技术在世界范围内引起人们极大关注,被誉为重大的新技术革命之一。 现代膜技术的开发还仅仅是近三十年的事情,虽然近年来有了较大的发展,但目前仍处于发展和完善的过程中。国内外膜分离技术已在许多不同行业得到应用,并取得了良好效果。 1 反渗透膜及其应用 1.1 反渗透膜的性能 反渗透膜的孔径在0.3～2nm之间,通常为非对称的微孔结构膜,压差作为操作推动力,工作压力可高达7.0～7.5M Pa,膜通量一般为0.5m3/(m2d)。 反渗透膜能截留住除水分子、氢离子、氢氧根离子以外的其它物质,因而主要用于水和其它物质的分离。 1.2 膜材料 最先开发并成功应用的反渗透膜材料是醋酸纤维素,70年代以来逐渐开发出一些新型反渗透膜材料,如芳香族聚酰胺、聚苯并咪唑、磺化聚苯撑氧、磺化聚磺酸盐、聚酰胺羧酸、聚乙烯亚胺、聚甲苯二异氰酸酯和等离子处理聚丙烯腈等。醋酸纤维素在强酸和弱碱条件下易发生水解且不耐高温,易受微生物和酶的作用,在正常使用时还会发生蠕变使透水速率降低。尽管存在这些缺点,但目前工业上最广泛使用的两种反渗透膜材料,还是首选醋酸纤维素,其次为聚酰胺。 1.3 反渗透膜的应用 1.3.1 海水淡化 反渗透膜分离技术被广泛应用于海水淡化。在全世界海水淡化装置中,约有30%用反渗透方式来实现。反渗透膜由极薄致密表层和多孔支撑层构成,具有高透水率及高脱盐率,可脱去海水中99%以上的盐离子。 1.3.2 果汁、果酒等产品的浓缩 膜浓缩是在常温下进行的。用反渗透膜对果汁、果酒进行浓缩,可保证维生素等营养成分不受破坏以及挥发质不损失,并可保留其原有的风味,这是其它浓缩技术难以做到的。另外,反渗透膜可以完全除去细菌和病毒,使产品不加任何防腐剂而延长储存期,食用更加卫生可靠。 19 《化工装备技术》第20卷第2期1999年
膜分离技术的应用现状及发展前景
膜分离技术的应用现状及发 展前景 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
膜分离技术的应用现状及发展前景 摘要：膜分离技术( Membrane Separation Technologies)是近十几年发展起来的一种高新技术，随着膜设备和技术的不断发展和成熟，其在各行业中有着广泛的应用。本文介绍了膜分离技术的特性，阐述了膜分离技术在食品工业、水处理、生物技术、医药工业和医疗设备方面的应用，并展望膜分离技术应用领域的发展前景，分析膜分离技术在膜材料、新的膜过程和膜通量等方面的发展趋势，同时指出膜分离技术将在人类社会的发展史上起到不可替代的作用。 关键词：膜分离技术；膜生物反应器；选择透过性膜；膜材料； 前言： 膜分离技术是指用天然或人工合成的具有选择透过性膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和浓缩的边缘学科高新技术[1]。由于膜分离技术具有节能、高效、简单、造价低、无相变、可在常温下连续操作等优点，而且特别适合热敏性物质的处理的特点，其应用已渗透到人们生活和生产的各个方面，现已被广泛应用于化工、环保、生物工程、医药和保健、食品和生化工程等行业[2]。虽然膜分离技术的应用在许多方面离产业化要求还有很长的距离，但是随着新型膜材料的不断开发、高效的强化膜过程分离技术研究的不断深入, 膜分离技术应将得到更加广泛的应用，其在未来是世界各国研究的热点，它将在各个领域发挥更引人注目的作用。 现本文对膜技术的特点、类型及其在各方面的应用现状进行综述，并且提出了膜分离技术的发展前景。 1 膜分离技术的特点 膜分离技术作为一种新型的分离技术, 具有以下特点[3]： 1.1 在常温下进行，特别适用于热敏性物质的分离、分级、提纯和浓缩，且可 以同步进行能较好地保持产品原有的色、香、味和营养成分； 1.2 分离过程中不发生相变，挥发性物质损失少，节约能源； 1.3 具有冷杀菌作用，保存期长，无二次污染； 1.4 选择性好，应用范围广，但要选择相应的膜类型； 1.5 设备简单，易于操作，可连续进行，效率高。 2 膜分离技术的类型
国内外虚拟现实技术发展现状和发展趋势
浅析：国内外虚拟现实技术发展现状和发展趋势 国外虚拟现实技术及产品有Google Earth, Microsoft Map Live, Intel Shockwave3D, Cult3D, ViewPoint, Quest3D，Virtools，WEBMAX等…… 一. 国内外虚拟现实几种主流技术的介绍 VRML技术 虚拟现实技术与多媒体、网络技术并称为三大前景最好的计算机技术。自1962年，美国青年（Morton Heilig）,发明了实感全景仿真机开始。虚拟现实技术越来越受到大众的关注。以三个I，即Immersion沉浸感，Interaction交互性，Imagination思维构想性，作为虚拟现实技术最本质的特点，并融合了其它先进技术。在国际互联网发展迅猛的今天，具有广泛的应用前景。重大的发展过程如下： VRML开始于20世纪90年代初期。1994年3月在日内瓦召开的第一届WWW大会上，首次正式提出了VRML这个名字。1994年10月在芝加哥召开的第二届WWW大会上公布了规范的VRML1.0标准。VRML1.0可以创建静态的3D景物，但没有声音和动画，你可以在它们之间移动，但不允许用户使用交互功能来浏览三维世界。它只有一个可以探索的静态世界。 1996年8月在新奥尔良召开的优秀3D图形技术会议-Siggraph'96上公布通过了规范的VRML2.0标准。它在VRML1.0的基础上进行了很大的补充和完善。它是以SGI公司的动态境界Moving Worlds提案为基础的。比VRML1.0增加了近30个节点，增强了静态世界，使3D场景更加逼真，并增加了交互性、动画功能、编程功能、原形定义功能。 1997年12月VRML作为国际标准正式发布，1998年1月正式获得国际标准化组织ISO 批准（国际标准号ISO/IEC14772-1:1997）。简称VRML97。VRML97只是在VRML2.0基础进行上进行了少量的修正。但它这意味着VRML已经成为虚拟现实行业的国际标准。 1999年底，VRML的又一种编码方案X3D草案发布。X3D整合正在发展的XML、JA V A、流技术等先进技术，包括了更强大、更高效的3D计算能力、渲染质量和传输速度。以及对数据流强有力的控制，多种多样的交互形式。 2000年6月世界web3D协会发布了VRML2000国际标准（草案），2000年9月又发布了VRML2000国际标准（草案修订版）。预计将在2002年，正式发表X3D标准。及相关3D浏览器。由此，虚拟现实技术进入了一个崭新的发展时代。 Wed3D协会其组织包括各种97家会员公司。主要公司如下：Sun、Sony、Hp、Oracle 、Philips 、3Dlabs 、ATI 、3Dfx 、Autodesk /Discreet、ELSA、Division、MultiGen、Elsa、NASA、Nvidia、France Telecom等等。 其中以Blaxxun和ParallelGraphics公司为代表，它们都有各自的VR浏览器插件。并各自开发基于VRML标准的扩展节点功能。使3D的效果，交互性能更加完美。支持MPEG，Mov、Avi等视频文件，Rm等流媒体文件，Wav、Midi、Mp3、Aiff等多种音频文件，Flash 动画文件，多种材质效果，支持Nurbs曲线，粒子效果，雾化效果。支持多人的交互环境，VR眼镜等硬件设备。在娱乐、电子商务等领域都有成功的应用。并各自为适应X3D的发展，以X3D为核心，有Blaxxun3D等相关产品。在虚拟场景，尤其是大场景的应用方面，以VRML标准为核心的技术具有独特的优势。相关网址如下：https://www.360docs.net/doc/3019200337.html, , https://www.360docs.net/doc/3019200337.html, 应用的画面：慕尼黑机场（电子商务）
生物化工及膜分离技术研究进展
动态与信息 专题报道 生物化工及膜分离技术研究进展 现代生物技术是新兴高技术领域中的重要技术之一,是21世纪高新技术的核心。它在生物学、分子生物学、细胞生物学和生物化学等基础上发展起来,是以重组DNA技术和细胞融合技术为基础,基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程四大先进技术所组成的新技术群。大力发展生物技术及其产业已成为世界各国经济发展的战略重点,目前最具代表性的应用领域是生物医药和农业。生物技术与化学工程相结合而形成的生物化工技术已成为生物技术的重要组成部分。生物化工技术为生物技术提供了多种高效率的反应器、新型分离介质、工艺控制技术和后处理技术,从而可以促进生物技术不断更新和提高;因而新兴的生物化工技术已经成为当今世界高技术竞争的重要焦点之一。生物化工产品的分离技术也被称为生物技术的下游加工术,是整个生物技术的重要组成部分,它的成功与否,是决定生物技术成果能否转变为具有实用价值和竞争力的产品的重要因素。生物化工产品的分离与化学物质的分离相比具有一定的特殊性,产品大多要求高纯度并具有一定的生物活性,因其易受化学、物理和生物等外界环境因素的破坏而发生变性,因而生化分离过程一般要求在快速、低温、洁净的条件下进行。总之,生物化工产品的分离技术具有一定特殊性。 1 生物化工分离过程的重要性及一般步骤生物化工分离过程是生物化学工程的重要组成部分,一般指的是从发酵液或酶反应液中分离生物产品,它是生物技术转化为生产力过程中不可或缺的重要环节。生物产品一般是从杂质含量远远高于产物的悬浮液中进行分离的,而且产品要求纯度较高,只有经过分离加工过程,才可以制得符合规定要求的产品,因此分离是生物化工工业化的必需手段。与此同时,进行生化分离过程十分困难,这是由于产物原料液的含量极低与产物的高纯度要求之间的差异造成的,而且分离的方法复杂,因此,开发新的分离工艺手段也是提高经济效益的手段。由于生物化工产品不同(如酶或代谢产物),所采用的分离方法也不同。但大多数生物化工分离过程常采用4个分离步骤:1)对发酵液或酶反应液预处理,进行固液分离。在这个步骤中过滤和离心是常用的基本单元操作。在过滤操作中有时为了减少过滤介质的阻力,采用了膜分离技术。但该过程对产物的含量改善作用很小。2)进一步分离。此步骤使产物的含量增加。常用的分离方法有吸附、萃取等,如合成ATP 时用颗粒活性炭作吸附剂。3)高度分离。在这个步骤中分离技术对产物具有一定的选择性,典型方法有层析、电泳等。4)精制,先进行结晶析出再干燥即可。合成ATP时,用离子交换树脂进行浓缩,最后用五氧化二磷干燥器进行减压干燥,可得ATP成品。生物化工过程中常用的分离方法如蒸馏、萃取、过滤、结晶、 元操作过程,而另一些则为新近发展的分离技术,如细胞膜破碎技术(包括球磨破碎和化学破碎等)、膜分离、色层分离等。在此着重介绍膜分离技术。 2 膜分离技术概述 膜分离技术被认为是20世纪末至21世纪中期最有发展前途,甚至会导致一次工业革命的高新技术之一,成为当今世界各国研究热点。膜分离作为一种新发展的高新分离技术,其应用领域不断扩大,广泛应用于化工、食品、水加工业、医药、环境保护、生物技术、能源工程等领域,并发挥了巨大的作用。我国对膜分离技术的研究是从20世纪60年代对离子交换膜的研究开始的。从60年代的反渗透技术到90年代的渗透汽化技术,我国的膜分离技术得到了迅速的发展。经过几十年的努力,目前我国在膜分离技术研究开发方面已成功地研制出一批具有实用价值、接近或达到国际先进水平的成果,如无机膜反应分离技术等。 3 膜分离技术的原理及优点 膜分离是指用半透膜作为障碍层,借助于膜的选择渗透作用,在能量、浓度或化学位差的作用下对混合物中的不同组分进行分离提纯。由于半透膜中滤膜孔径大小不同,可以允许某些组分透过膜层,而其它组分被保留在混合物中,以达到一定的分离效果。利用膜分离技术来进行分离具有如下优点:膜分离过程装置比较简单,同时操作方 032化 学 试 剂2008年3月