膜的分类

膜的分类

环境与资源学院08级3班

周子雄史小辉

赵丽芳呼吉乐

（一）膜的定义

所谓的膜，是指在一种流体相内或是在两种流体相之间有一层薄的凝聚相，它把流体相分隔为互不相通的两部分，并能使这两部分之间产生传质作用。

近年来，膜分离过程已逐渐成为化学工业、食品加工、废水处理、医药技术等方面的重要分离过程。已经工业化的有微孔过滤、超滤、反渗透、电渗析和气体分离等，渗透汽化也在最近几年中速成了工业规模的装置。膜分离与反应结合的过程，各种膜反应器的研究和应用也发展较快。其他非分离膜过程，如控制释放技术，医用人造膜和膜传感器等种类也不少，有的发展速度将超过膜分离过程。

（二）膜的特性

◆不管膜多薄, 它一定有两个界面。这两个界面分别与两侧的流体相接触

◆膜传质有选择性，它可以使流体相中的一种或几种物质透过，而不允许其它物质透过。（三）膜的分类方法

膜种类和功能繁多，分类方法有多种，大致可按膜的材料、结构、形状、分离机理、分离过程、孔径大小进行分类。

3．1 按材料分类 无机膜和有机膜

(1) 有机膜

渗透汽化有机膜电镜图

（2）无机膜

结构：对称膜（微孔膜、均质膜）、非对称膜、 复合膜

形状：平板膜、管式膜、中空纤维膜、卷式

分离机理： 扩散性膜 、离子交换膜、选 择性膜、非选择性膜

分离过程：反渗透膜、渗透膜、气体分离膜、电渗 析膜、渗析膜、渗透蒸发膜

孔径大小：微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜

材料：有机膜、无机膜

有机膜是由高分子材料做成的，如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等等。通过膜对油滴及悬浮粒子的有效截留，而达到油水分离的目的。具有出水水质好、操作方便、占地面积小、不产生新的污泥等优点。

膜

◆无机膜是固态膜的一种，它是由无机材料，如金属、金属氧化物、陶瓷、

沸石、无机高分子材料等制成的半透膜。

◆无机分离膜可以分为致密膜和多孔膜两类

◆按IUPAC制定的标准·，多孔无机膜按孔

径范围可分为三大类, 目前已经工业化的

无机膜均为粗孔膜和过滤膜

孔径>50 nm 粗孔膜

孔径2~50nm 过滤膜

孔径<2nm 微孔膜陶瓷膜净水器金属膜电阻

◆目前，实用的有机高分子膜材料有：纤维素酯类、聚砜类、聚酰胺类及其他材料。从品种来说，已有成百种以上的膜被制备出来，其中约40多种已被用于工业和实验室中。以日本为例，纤维素酯类膜占53％，聚砜膜占33.3％，聚酰胺膜占11.7％，其他材料的膜占2％，可见纤维素酯类材料在膜材料中占主要地位。

3.2、按结构分类：对称膜（微孔膜、均质膜）、非对称膜、复合膜

（1）对称膜

膜的化学结构、物理结构在各个方向上是一致的，在所有方向上的孔隙率都相似，亦称各向同性膜(isotropic membrane)。对称膜虽是各向同性的，但由于膜结构中对称元素的存在，也可以是各向异性的，如中空纤维的径向各向异性膜，其他构型的横向各向异性膜和双皮层中空纤维膜都是对称膜

（2）非对膜

当前使用最多的膜具有精密的非对称结构。这种膜具有物质分离最基本的两种性质，即高传质速率和良好的机械强度。它有很薄的表层(0.1～1μm)和多孔支撑层(100～200μm) ，

这非常薄的表层为活性膜，其孔径和表皮的性质决定了分离特性，而厚度主要决定传递速度。多孔的支撑层只起支撑作用，对分离特性和传递速度影响很小，非对称膜除了高透过速度外，还有另一优点，即被脱除的物质大都在其表面，易于清除，

（3）复合膜

◆复合膜或称“薄膜复合”的膜(thin—film composite membrane)，是当前发展快、研究最多的膜。它最早用于反渗透过程；现已用于气体分离、渗透汽化等膜分离过程。这种膜的选择性膜层（或称活性膜层）沉积于具有微孔的底膜(支撑层)表面上，就像非对称性膜的连续性表皮，只是表层与底层是不同的材料，而非对称膜是同一种材料。

◆复合膜的性能不仅取决于有选择性的表面薄层，而且受微孔支撑材料、结构、孔径、孔分布和多孔率的影响；多孔膜结构的孔隙率愈高愈好，可使膜表层与支撑层接触部分最小，而有利于物质传递

。

3.3按形状分类

（1）平板膜

•平板膜主要的工作领

域在平板膜组件

•平板膜组件特点：

较管式组件比表面积

大得多，易于更换

膜，适于微滤、超滤

平板膜片

（2）管式膜

（3）中空纤维膜

.

4.按分离机理分类

4.1扩散性膜

扩散性膜亦称“分离膜”。

一种具有微细多孔结构的金

属膜片。微孔可限制普通气

流，而容许扩散流通过，因此

可以利用质量差异来进行同

位素分离。它的研制是气体扩

散厂的主要技术关键。

4.2离子交换膜

•◆离子交换膜主要用于荷电物质（通常指电解质）的分离。基本原理是利用阴、阳离子交换膜的选择透过性来分离或浓缩溶液中的电解质。

•◆按离子选择性分：

阳离子交换膜：R－SO3H，在水中电离后，呈负电性

•阴离子交换膜：R－CH2 N（CH3）3OH，电离后，呈正电性

4.3选择性膜

选择性透过膜是具有活性的生物膜，它对物质的通过既具有半透膜的物理性质，还具有主动的选择性，如细胞膜。因此，具有选择透过性

的膜必然具有半透性，而具有半透性的膜不一定具有选择性透过，活性的生物膜才具有选择透过性

5.按分离过程分类

5.1反渗透膜

定义：反渗透过程所用的半透膜，只能透过水分子，不能透过盐分子。

反渗透技术原理是在高于溶液渗透压的作用下，依据其他物质不能透过半透膜而将这些物质和水分离开来。反渗透膜的膜孔径非常小，因此能够有效地去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物等。系统具有水质好、耗能低、无污染、工艺简单、操作简便等优点。

渗透过程示意图

聚氨酯在分离膜中的应用