无机膜与有机膜的一些性能比较
有机膜与无机膜
膜技术的发展与应用摘要：分离技术的发展与人类的生产实践密切相关, 伴随着生产力的发展, 科学技术的进步, 分离的方法也从简到繁, 从低级到高级, 工艺从一种方法到多种联用。
已由过去简单的蒸馏分离技术发展到现在复杂的超临界萃取技术, 膜分离技术等。
膜分离技术作为新型高科技分离技术之一, 倍受众多工业的关注。
目前已广泛应用于化学工业，水处理，食品及生化工业，纺织及制革工业，造纸工业，医药工业等多个领域。
本通过查阅了大量文献，本文先总述了，国内外膜的发展情况。
然后叙述无机膜在国内外的发展情况，并将有机膜与无机膜多方面的性能，特点进行比较，着重讨论了无机膜的发展与应用。
关键词：膜分离，发展，应用，性能，特点，比较，展望。
膜发展史：膜分离现象的揭示可以追溯到200多年以前。
1748年阿培诺来发现动物膀胧里充满酒精，然后浸入水中，膀耽就逐渐胀大，甚至破裂。
相反，膀脱中充满水，再把它浸入酒精中，则情况相反，膀肤中的水会向外渗透，膀胧约缩。
还发现，凡是和膀脱同类性质的薄膜，都具有这种渗透功能。
又经过100多年，于1886年范托夫从现象提高到理论，归纳了渗透第一定律和渗透第二定律。
但膜分离技术在工业上获得重要应用并取得高速发展却是近四、五十年的事。
膜分离的关键是膜材料。
根据成膜材料不同，膜技术可分为有机膜和无机膜两大类，其中，有机膜也称为高分子分离膜。
膜分离技术发展大致可分为3 个阶段：——50 年代, 奠定基础的阶段；——60 年代～80 年代, 发展阶段；——90 年代～至今, 发展深化阶段：国外发展情况：前苏联研究膜工艺起始于60年代，大量的研究报告发表于70年代，当时已经具有相当规模。
推算起来，起步与我国差不多时候，但科研进展比较快，结合实际，应用面宽，见效快。
在工业生产中它已应用于食品、医药、生物工程、炼油、化工、冶金、半导体、宇航等部门的气体和液体的净化、提纯、分离与浓缩，用于核电站处理放射性同位素废液。
有机膜和无机膜处理含硫采出水对比试验研究
第29卷第2期长春大学学报Vol．29No．22019年2月JOUＲNAL OF CHANGCHUN UNIVEＲSITY Feb．2019收稿日期：2018－12－20作者简介：王庆吉（1982－），男，黑龙江大庆人，高级工程师，硕士，主要从事油田水处理及固废处理与设计方面研究。
有机膜和无机膜处理含硫采出水对比试验研究王庆吉（大庆油田建设设计研究院，黑龙江大庆163712）摘要：针对某油田外围特低渗透区块，进行了含油污水有机膜和无机膜的现场试验，从处理效果、通量衰减、再生周期等方面进行了对比分析，结果表明：当来水油含量＜132mg /L ，悬浮固体含量＜34．7mg /L ，硫化物含量＜32．8mg /L 时，经过“预处理—PVC 中空纤维有机膜”处理后（投加10 40mg /L 药剂），出水含油量平均值＜0．6mg /L 以下，悬浮固体含量平均值＜0．9mg /L ，粒径中值平均值＜0．9μm ，硫化物含量＜1．2mg /L ，运行平稳达标。
关键词：油田低渗透区块；有机膜；无机膜；现场试验中图分类号：TQ028．8文献标志码：A 文章编号：1009－3907（2019）02－0013－05目前，油田主要采用粒状颗粒滤料进行油水沉降分离后剩余含油和悬浮固体的去除［1］，以便达到油田要求的不同渗透率油层的回注水水质控制指标，但是，外围特低渗透油田依靠粒状颗粒滤料过滤的出水水质［2］，无法达到油田要求的特低渗透率油层回注水水质控制指标（Q /SY DQ 0605—2000特低渗透油层要求：含油量≤5mg /L ，悬浮固体≤1mg /L ，粒径中值≤1．0μm ）［3］。
因此，需要优选适合油田采出水处理精细过滤技术，即膜处理技术，以确保处理后的水质能够达到特低渗透率油层要求回注水水质控制指标［4-5］。
1特低渗透区块水质特性分析油田外围某区块每年的4 10月份，由于压裂作业返排废水、钻关泄压废水等作业废水的加入，使得急需处理的含油污水水量变大且水质变差，主要表现为含硫量高且悬浮固体增加，尤其是絮状物及细小颗粒增加，此时含油量为185．6 406．7mg /l ；悬浮固体为22．87 42．93mg /l ；硫化物为30．9 44．2mg /l ，总铁含量为0．52 1．75mg /l ；矿化度为4063 6041mg /l ，具体水质情况如表1所示。
有机无机杂化膜
【关键词】 多壁碳纳米管；功能化；有机/无机杂化膜；界面聚合；超滤；反渗透；渗 透汽化；有机-无机杂化膜的研究进展1. 简介传统的有机膜具有柔韧性良好、透气性高、密度低的优点，但是它们的耐溶 剂性、耐腐蚀、耐温度性都较差，而单纯的无机膜虽然强度高、耐腐蚀、耐溶剂、 耐高温，但比较脆，不易加工，因而制备一种兼具有两者优点的膜是目前研究的 热点。
有机-无机杂化膜在有机网络中引入无机质点，改善网络结构，增强了膜 的机械性能，提高了热稳定性，改善和修饰膜的孔结构和分布， 提高膜的渗透性 和分离选择性。
2. 有机-无机杂化膜的结构有机-无机杂化膜按结构可分为3大类：（1）有机相和无机相间以共价键结 合的杂化膜，图1； （2）有机相和无机相间以范德华力或氢键结合的杂化膜，图 2，膜从结构上可以分为在有机基质内分散着无机纳米微粒和在无机基质中添加 纳米高分子微粒；（3）有机改性的陶瓷膜，图3Orgaric monomers图1有机相和无机相以共价键结合的杂化膜or ol ig )mersao^Dolymerizdtion or aandsTE^ion Irorgaric mderiaicur s )rs图2冇机郴和无机相以范德华力或氢键结合的朵化服图3有机改性的陶浇膜谈纳米管自问世以来因其卓越的性能而备受关注。
将碳纳米管与聚合物复合从而提高聚合物3. 有机-无机杂化膜的制备方法制备有机-无机杂化膜的方法包括：溶液-凝胶法、纳米微粒与高分子直接共 混法、原位聚合法等。
这里重点介绍前两种方法。
（1） 溶胶-凝胶法（sol-gel ）溶胶-凝胶法是将无机前驱体溶于水或有机溶剂中形成均匀的溶液，通过水 解、缩合反应生成粒子粒径为纳米级的溶胶，再经干燥转变为凝胶。
用溶胶-凝胶法制备的杂化膜内部有机和无机相易发生分离，不易得到均质 膜。
当无机组分均匀的分散在有机网络中， 且两者间存在一定的相互作用时，易 得到透明均质膜。
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膜生物反应器的材料分为有机膜和无机膜两种。
膜生物反应器曾遍采用有机膜，常用的膜材料为聚乙烯、聚丙烯等。
分离式膜生物反应器通常采用超滤膜组件，截留分子量一般在230万。
膜生物反应器截留分子量越大，初始膜通量越大，但长期运行膜通量未必越大。
当膜选定后，其物化性质也就确定了，因此，操作方式就成为影响膜生物反应器膜污染的主要因素。
不仅污泥浓度、混合液粘度等影响膜通量，混合液本身的过滤性能，如活性污泥性状、生物相也影响膜生物反应器膜通量的衰减。
有研究表明：粉末活性炭（PAC）与絮凝剂的加入有助于改善泥水分离性能，形成体积更大、粘性更小的污泥絮体，减少了膜堵塞的机会。
但絮凝剂的过量加人会造成污泥活性受到限制，影响反应器的处理能力和处理效果。
改善膜面附近料液的流体力学条件，如提高流体的进水流速，减少浓差极化，使被截留的溶质及时被带走。
分离式膜生物反应器中，一般均采用错流过滤的方式；而一体式膜生物反应器实质上是一种死端过滤方式。
与死端过滤相比，错流过滤更有助于防止膜面沉积污染。
因此设计合理的流道结构，提高膜间液体上升流速，使较大的暖气量起到了冲刷膜表面的错流过滤效果对于淹没式膜生物反应器显得尤为重要。
结语：借用拿破仑的一句名言：播下一个行动，你将收获一种习惯；播下一种习惯，你将收获一种性格；播下一种性格，你将收获一种命运。
事实表明，习惯左右了成败，习惯改变人的一生。
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希望大家坚持到底，现在需要沉淀下来，相信将来会有更多更大的发展前景。
有机-无机杂化膜
有机-无机杂化膜的研究进展1.简介传统的有机膜具有柔韧性良好、透气性高、密度低的优点，但是它们的耐溶剂性、耐腐蚀、耐温度性都较差，而单纯的无机膜虽然强度高、耐腐蚀、耐溶剂、耐高温，但比较脆，不易加工，因而制备一种兼具有两者优点的膜是目前研究的热点。
有机-无机杂化膜在有机网络中引入无机质点，改善网络结构，增强了膜的机械性能，提高了热稳定性，改善和修饰膜的孔结构和分布，提高膜的渗透性和分离选择性。
2.有机-无机杂化膜的结构有机-无机杂化膜按结构可分为3大类：（1）有机相和无机相间以共价键结合的杂化膜，图1;（2）有机相和无机相间以范德华力或氢键结合的杂化膜，图2，膜从结构上可以分为在有机基质内分散着无机纳米微粒和在无机基质中添加纳米高分子微粒;（3）有机改性的陶瓷膜，图3。
3.有机-无机杂化膜的制备方法制备有机-无机杂化膜的方法包括：溶液-凝胶法、纳米微粒与高分子直接共混法、原位聚合法等。
这里重点介绍前两种方法。
（1）溶胶-凝胶法（sol-gel）溶胶-凝胶法是将无机前驱体溶于水或有机溶剂中形成均匀的溶液，通过水解、缩合反应生成粒子粒径为纳米级的溶胶，再经干燥转变为凝胶。
用溶胶-凝胶法制备的杂化膜内部有机和无机相易发生分离，不易得到均质膜。
当无机组分均匀的分散在有机网络中，且两者间存在一定的相互作用时，易得到透明均质膜。
这种相互作用可以是氢键也可以是化学键，组分间的化学键可以是M-C、M-O-Si-C或M-L（L为有机配体如多羟基配体，有机羧酸等）。
引入化学键有两者方法：一是选用包含有功能性基团的烷氧基硅氧烷单体作为无机前驱体；二是加入偶联剂对有机高聚物进行改性，选用三官能团的硅氧烷，更易得到均质膜。
（2）共混法该方法是高分子可以以溶液形式、乳业形式、熔融形式等与纳米无机微粒共混。
共混法操作方便、工艺简单。
用此方法得到的杂化膜中，纳米微粒空间分布参数难以确定，纳米微粒分布不均匀，易团聚，通过对纳米微粒做表面改性或加入增溶剂进行改性。
无机陶瓷膜浓缩设备与有机膜浓缩设备对比
无机陶瓷膜浓缩设备与有机膜浓缩设备对比
2020.05.06
无机陶瓷膜浓缩设备与有机膜浓缩设备对比
有机膜浓缩设备虽然其制备成本相对较低，但本身具有一定的局限性，如耐腐蚀和耐氧化能力较差、机械强度较低、不易清洗和使用寿命较短等，限制了有机膜浓缩设备在浓缩液较为苛刻条件下的长期稳定运行，也制约了其与各种预处理工艺的组合使用。
与有机膜浓缩设备相比，无机陶瓷膜浓缩设备具有显著的材料性能优势，但受制于较高的制备成本，陶瓷膜技术的应用研究仍主要集中在特种分离行业。
无机陶瓷膜浓缩设备与有机膜浓缩设备对比
无机陶瓷膜主要由氧化铝、氧化锆和二氧化钛等传统陶瓷材料，以及新兴的堇青石、碳化硅和氮化硅等无机材料制备而成。
根据孔径大小的不同，压力驱动膜可分为陶瓷微滤膜、陶瓷超滤膜、陶瓷纳滤膜。
根据外观形状的不同，陶瓷膜可分为单通道管式膜、多通道管式膜、平板膜和中空纤维膜。
其中，多通道管式陶瓷膜具有优良的机械特性和密封性，是目前应用最为广泛的陶瓷膜类型。
根据微观结构的不同，陶瓷膜可分为对称陶瓷膜和非对称陶瓷膜。
一般一些孔径较小的微滤膜、以及陶瓷超滤膜和陶瓷纳滤膜均属于非对称结构。
无机膜
第二节 无机膜的制备方法
一、多孔无机膜的制备
2. 阳极氧化法 阳极氧化法是目前制备多孔A12O3功能薄膜的重要方法之一。 该法制得的膜孔径均一、同向、且几乎互相平行并垂直于膜表面， 这是其他方法难以达到的。 3. 相分离—沥滤法 4. 热分解法 5. 水热法 6. 其他方法 （1）放射粒子径迹刻蚀法 （2）聚合法
第二节 无机膜的制备方法
三、溶胶—凝胶法制备多孔无机陶瓷膜
溶胶—凝胶法操作简单,过程易于控制,是制备无机陶瓷膜最常 使用的方法, 已经广泛应用于Al2O3 、SiO2 、TiO2 、ZrO2 及其复合 膜等无机陶瓷膜的制备中,并取得了一系列的成果。但是溶胶—凝胶 法制备无机陶瓷膜多以有机醇盐为先驱体,存在着成本较高的问题; 另外制得的膜较脆,因而提高其韧性是另一个需要解决的问题。随着 科学技术的发展,相信这些问题会逐步得到解决的。 就溶胶—凝胶法而言,进一步探索新的成膜工艺,从结构设计角 度出发,用同样的材料研制出更薄、孔径更小、孔径分布更窄的高效 分离膜是其发展的一个重要方向。另外,应用有机模板技术的自身特 点比如有机模板的种类很多,可以根据不同的性能要求选择不同的模 板,因而同样值得关注。
第一节 概述
二、无机膜的分类
无机膜就其表层结构可分 为多孔膜和致密膜两大类。 见表13-1。
无机膜 多孔金属膜 致密膜 致密金属膜 Pd及Pd合金膜 Ag及Ag合金膜 氧化锆膜 致密的固体电解质膜 复合固体氧化物膜 致密的"液体充实固定化"多孔载体膜 动态原位形成的致密膜 多孔不锈钢膜 多孔Ti膜，Ni膜 多孔Ag膜，Pd膜 Al2 O3膜 多孔膜 多孔陶瓷膜 SiO2膜 多孔玻璃膜 ZrO2膜 TiO2膜 分子筛膜（包括碳分子筛膜）
第二节 无机膜的制备方法
膜反应与膜反应器
膜反应与膜反应器陈冬冬 61、膜及无机膜简介膜是能起分隔和透过双重作用的一道障碍物。
膜的最大特点是它的渗透选择性, 能够选择性地透过混合物中的一些组分, 或者至少是改变流体的组成。
渗透的驱动力可以是压力, 浓度或电势差。
自从六十年代膜分离技术工业化以来, 膜在海水淡化, 食品加工, 气体分离, 采矿,电镀, 纸浆工业废水处理, 碳氢化合物分离及生化等重要过程中一直担当主角。
膜分离技术与其它工艺相比, 拥有许多优点。
它一般不涉及相变, 节省能量, 具有高分离性能等。
随着膜技术的不断开拓与发展, 人们发现在许多科学技术领域, 膜的应用都有很大的潜在市场。
有机膜的热稳定性, 化学稳定性和刚性的不足限制了它在苛刻条件下的应用。
目前, 无机膜在膜领域的市场份额正在逐年增加, 有很多前沿性的问题等待着人们去研究, 很多高新技术等待着人们去开发推广, 这是一个有着广阔发展前景的领域。
无机膜的研究和应用始于20世纪40年代，其发展可分为3个阶段：20世纪40年代至70年代，主要是用于核原料铀同位素的分离，在核工业上的应用阶段；20世纪80年代至90年代，主要用于水质处理、乳制品、饮料等工业的液体分离应用阶段，特别是80年代中期溶胶一凝胶技术的出现，将无机膜的研究与应用推向一个新的高潮；20世纪90年代以后，无机膜的研究与应用进入了第三个阶段，即以气体分离应用为主和陶瓷膜分离器一反应器组合构件的研究阶段，是以膜催化反应为核心的全面发展时期。
2、无机膜反应器无机膜除了可以如前所述用于纯粹的分离以外, 还可以与催化反应结合起来, 组成催化无机膜反应器。
这是一个新的研究领域, 已经引起很多研究者的兴趣。
膜反应器是反应—分离一体化的新型反应器,由于它具有比常规反应器高得多的生产效率,所以自它出现以来就受到技术界高度重视,并被认为是常规反应器最有希望的换代技术。
膜反应器是膜分离与催化技术结合而成的新型反应器。
它特别适合于平衡转化率低的可逆反应，当生成物的一部分或者全部通过分离膜除去后,有利于平衡向生成物的方向移动,从而提高反应的转化率。
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6、膜污染控制方法比较
• （1）原料液预处理 • 无机膜对原料液进行预处理的目的在于去
除大粒径悬浮物和硬性颗粒，使微小悬浮 物和溶解性污染物生成易碎而无黏聚力的 絮凝物，而有机膜预防污染的特殊性在于 防止膜的生物性劣化防止料液温度和pH值 超出适当范围等。
（2）膜面改性与修饰
• 通过采取各种方法形成亲水性的聚合物表面，削 弱膜表面结构对蛋白质、油类、菌体等污染物的 吸附作用。在无机膜领域，一方面选用TiO2、 ZrO2等具有催化活性和亲水特质的成膜改性材料 提高膜分离性能，另一方面无机膜表面的官能团 可与其他官能团、高分子链接或反应而得到修饰； 与无机膜面改性不同的是，高能射线辐射接枝可 通过紫外光、等离子体使有机膜分子发生氧化、 刻蚀、裂解、交联等作用，在不改变截流率的条 件下增加膜透水性和耐污染性能。
（3）膜组件及流道设计和优化
• 通过改变进料液的流动状态形成良好的操 作条件、改善膜分离效率和减小膜过程污 染，常采用自然对流、紊流、脉冲流、螺 旋流等流动状态部分有机膜类型（如板式 膜、中空纤维膜）在设计动态膜结构、改 变流道形状和加设激湍构件时存在困难， 而管式陶瓷膜却非常适合组件和流道方面 的优化设计。
• 反观无机膜分离技术，无机膜系统具有较 高的膜渗透通量及分离效率，在受到高浓 度物料污染后可采用多种化学清洗剂进行 正向清洗和反向脉冲在线清洗，或进行高 温消毒清除生物型污染物，同时具备回收 酸碱高腐蚀性物料表面活性剂重金属离子 以及热能的功能特点，可显著降低资源和 能源消耗。
3、过滤方式
• 膜工艺过滤方式基本可分为死端过滤和错 流过滤。
2、应用领域
• 膜分离技术广泛应用于石油化工生物医药食 品加工和环保工程等众多领域，但由于膜特性的 区别，有机膜适用范围往往局限于浓度较低或微 污染等相对简单的反应体系中当原料体系具有强 酸强碱强腐蚀性高温及高浓度有机溶剂的污染特 征时，有机膜易发生膜孔堵塞且难以恢复，与高 腐蚀性物料通过化学反应会大幅度缩减使用寿命， 溶于有机废液后还将引入二次污染问题。
• 经过50多年的发展，我国膜产业已经步入 快速成长期。超滤、微滤、反渗透等膜技 术在能源电力、有色冶金、海水淡化、给 水处理、污水回用及医药食品等领域的工 程应用规模迅速扩大，多个具有标志性意 义的大型膜法给水工程、污水回用工程及 海水淡化工程已经相继建成。我国膜产业 总产值已经从1994年2亿元上升到2011年近 400亿元。
• 与有机膜相比，无机膜的材质特点及优良性能主 要体现在：
• （1）优良的化学稳定性；（2）温度适用范围广； （3）耐污染能力强，由于无机材料具有较强极性， 使油类蛋白等非极性污染物对膜表面与膜孔内部 的粘附功较小；（4）机械强度高，更适用于高黏 度高固含量含硬性颗粒的复杂流体物料的分离， 对物料的预处理要求相对较低；（5）分离效率高， 孔径分布窄和非对称膜结构可显著提高对特征污 染物或特定分子量范围溶质的去除率；（6）易于 实现膜再生，无机膜元件使用寿命长达有机高分 子膜的3~5倍以上。
5、膜的保存条件
• 保存条件是影响膜元件使用寿命的重要因素之一， 无机膜和有机膜在保养方法上存在较大差异。无 机陶瓷膜管应进行干态保存，放置在阴凉干燥通 风的环境中，在保存及运输过程中应防止碰撞有 机膜可进行湿法保存和干法保存，主要目的是防 止膜水解、微生物滋生及膜收缩变形等。相比较 而言，无机膜保存方式较为简便，不会受到膜体 水解微生物侵蚀等危害，而有机膜对存储温度、 相对湿度、pH值以及湿膜转为干法保存的处理方 法均具有较严格的要求。
无机膜与有机膜
杨彬彬
一、膜的发展史
• 膜分离现象的揭示可以追溯到200多年以前。 1748年阿培诺来发现动物膀胱里充满酒精，然后 浸入水中，膀胱就逐渐胀大，甚至破裂。相反， 膀胱中充满水，再把它浸入酒精中，则情况相反， 膀胱中的水会向外渗透，膀胱收缩。还发现，凡 是和膀胱同类性质的薄膜，都具有这种渗透功能。 又经过100多年，于1886年范特荷甫从现象提高到 理论，归纳了范特荷甫渗透定律（对稀溶液来说， 渗透压与溶液的浓度和温度成正比，它的比例常 数就是气体状态方程式中的常数R ）。但膜分离 技术在工业上获得重要应用并取得高速发展却是 近四、五十年的事。
• 膜分离的关键是膜材料。根据成膜材料不 同，膜技术可分为有机膜和无机膜两大类， 其中，有机膜也称为高分子分离膜。
• 国际上无机膜的研制起始于20世纪40年代， 在上世纪上半叶，高分子膜和电渗析膜的 研发应用占据很大比重，而无机膜主要用 于早期核工业燃料铀的浓缩工艺。至上世 纪80年代才由于其独特性能得以在更广泛 的领域发展起来。
• 解体前的苏联十分重视无机刚性膜的开发 与研究，它有着广阔的开发前景。当时有 学者预言，虽然它的制造成本要比目前常 用的高分子膜贵2~4倍，但未来的无机膜将 取代大部分有机高分子聚合膜。这是膜材 料的发展趋势。也可以称无机膜为“未来 膜”，这是因为无机膜具有有高分子膜无 法比拟的优点。
二、无机膜与有机膜的一些性能比较
• 1、材质பைடு நூலகம்点
• 根据相似相容原理，一般的有机膜材料与大多数 有机溶剂有机污染物等均具有非极性或弱极性特 点，这就造成未经改性处理的有机膜易受到有机 料液和化学试剂吸附侵蚀甚至溶解，影响到膜抗 污能力分离效果和适用范围，降低使用寿命 。虽 然随着有机膜制备技术的不断改进，多种工程高 分子膜表现出非疏水性或亲水性，对反应体系污 染程度和pH值等具有较宽的适应范围。但是，仍 无法比拟无机膜。
• 由于错流过滤操作比膜过滤消耗更多的单 位滤液能耗，较高的膜面流速会在一定程 度上消减膜污染程度，且无机膜往往具备 更高的过滤操作压力和反冲洗压力，所以 无机膜过滤效果会好一点。
4、经济成本
• 从投资成本来看，相同处理规模的国产无机膜比 国产有机膜造价偏高，但考虑到无机膜在苛刻处 理条件下的广泛适用性及更长的使用寿命，故国 产无机膜在投资成本方面与国产有机膜相差不多。 对于膜系统运行成本，由于错流过滤操作比死端 过滤消耗更多的单位滤液能耗，较高的膜面流速 会在一定程度上消减膜污染程度，且无机膜往往 具备更高的过滤操作压力和反冲洗压力，因此， 无机膜系统的单位处理成本一般不低于或略高于 有机膜分离系统。