超濾分級(jí)技術(shù)工作原理

在壓差的推動(dòng)下，原料液中的溶劑和小的溶質(zhì)粒子從高壓的料液側(cè)透過膜到低壓側(cè)，所得到的液體一般稱為濾出液或透過液，而大的粒子組分被膜截留，使它在濾剩液中濃度增大，達(dá)到溶液的凈化、分離與濃縮的目的。

超濾膜是多孔的，但與微濾膜相比，其結(jié)構(gòu)更具有不對(duì)稱性，這種不對(duì)稱膜包括一個(gè)很薄的皮層（一般小于1μm）和一個(gè)多孔亞層。所以超濾膜的表征主要是皮層表征，即厚度。

孔徑分布和表面孔隙率，超濾膜皮層典型的孔徑在2-100nm范圍內(nèi)。

按制膜材料分類，超濾膜可分為有機(jī)膜和無機(jī)膜。

按膜的外形特征可將超濾膜分為：1、平板膜；2、管式超濾膜，內(nèi)徑>10nm；3、毛細(xì)管式超濾膜，內(nèi)徑0.50-10.00nm；4、中空纖維超濾膜，內(nèi)徑<0.5nm；5、多孔超濾膜。

可用于制造超濾膜的材料很多，分為有機(jī)高分子材料和無機(jī)材料兩大類 。

超濾分級(jí)技術(shù)有機(jī)高分子材料

①纖維素酯類

主要有二醋酸纖維素(CA)，三醋酸纖維素(CTA)，混合纖維素(CA-CN)等。

這類材料制造的超濾膜親水性好，成孔性好，材料來源廣泛、穩(wěn)定，成本較低。但這種材料耐酸堿性能差，也不適用于酮類、酯類和有機(jī)溶劑。

②聚砜類

如聚砜(PS)、磺化聚砜(SPS)、聚醚砜(PES)等。用這種材料制膜，易成型，膜機(jī)械強(qiáng)度好，耐熱、耐化學(xué)性能也較好，是目前用得較多的材料。

③聚烯烴類

主要是聚丙烯(PP)和聚丙烯腈(PAN)。同聚砜相似，它的機(jī)械和化學(xué)性能較好。PAN的腈基是強(qiáng)極性基因，但PAN并不十分親水，通常引入另一種共聚單體(如醋酸乙烯酯或甲基丙烯酸甲酯)，以增加鏈的柔韌性和親水性，從而改變其加工性。

④氟材料

目前主要用的是聚偏氟乙烯(PVDF)和聚四氟乙烯(PTEE)，這種材料的超濾膜具有極優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度和耐高溫、耐化學(xué)侵蝕性性能，使用溫度一40～260℃，可在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和多種有機(jī)溶劑條件下使用，但成本很高。

⑤聚氯乙烯(PVC)

這種材料制造的超濾膜具有優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度和極佳的化學(xué)侵蝕性性能，材料來源廣泛、穩(wěn)定，成本適中，可以制造出優(yōu)良的超濾膜，尤其是可以制造出在跨膜壓差很低的條件下，單位膜面積產(chǎn)水量卻很高的超濾膜。例如，海南立升凈水科技實(shí)業(yè)有限公司已生產(chǎn)出在25℃，1m水柱條件下，PVC膜過濾純水的通量達(dá)到400L/(mz．h)(國(guó)家十五科技攻關(guān)項(xiàng)目)。

⑥其他材料除上述材料外，還有聚砜酰胺、聚醚酮、聚脂肪酰胺、聚酰亞胺、聚醚酰亞胺等。

超濾分級(jí)技術(shù)無機(jī)材料

這是近幾年來開發(fā)的新型制膜材料，主要有陶瓷、玻璃、氧化鋁(Al2O3)、氧化鋯(ZrO2)和金屬，目前國(guó)內(nèi)還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，尚未商品化生產(chǎn)，這種材質(zhì)的超濾膜最突出的優(yōu)點(diǎn)是耐高溫，耐有機(jī)溶劑性能好，不易老化，可再生性強(qiáng)，適用于特種分離。

與傳統(tǒng)分離方法相比，超濾分級(jí)技術(shù)具有以下特點(diǎn) ：

1、濾過程是在常溫下進(jìn)行，條件溫和無成分破壞，因而特別適宜對(duì)熱敏感的物質(zhì)，如藥物、酶、果汁等的分離、分級(jí)、濃縮與富集。

2、濾過程不發(fā)生相變化，無需加熱，能耗低，無需添加化學(xué)試劑，無污染，是一種節(jié)能環(huán)保的分離技術(shù)。

3、超濾技術(shù)分離效率高，對(duì)稀溶液中的微量成分的回收、低濃度溶液的濃縮均非常有效。

4、超濾過程僅采用壓力作為膜分離的動(dòng)力，因此分離裝置簡(jiǎn)單、流程短、操作簡(jiǎn)便、易于控制和維護(hù)。

5、超濾法也有一定的局限性，它不能直接得到干粉制劑。對(duì)于蛋白質(zhì)溶液，一般只能得到10～50%的濃度。

超濾裝置是在一個(gè)密閉的容器中進(jìn)行，以壓縮空氣為動(dòng)力，推動(dòng)容器內(nèi)的活塞前進(jìn)，使樣液形成內(nèi)壓，容器底部設(shè)有堅(jiān)固的膜板。小于膜板孔徑直徑的小分子，受壓力的作用被擠出膜板外，大分子被截留在膜板之上。超濾開始時(shí)，由于溶質(zhì)分子均勻地分布在溶液中，超濾的速度比較快。但是，隨著小分子的不斷排出，大分子被截留堆積在膜表面，濃度越來越高， 自下而上形成濃度梯度，超濾速度就會(huì)逐漸減慢，這種現(xiàn)象稱為濃度極化現(xiàn)象。2100433B

與傳統(tǒng)分離技術(shù)比較，超濾技術(shù)具有以下的特點(diǎn)：

①超濾過程是在常溫下進(jìn)行的，條件溫和無成分破壞，特別適合對(duì)熱敏感的物質(zhì)，如藥物、酶、果汁等進(jìn)行分離、濃縮和富集。

②超濾過程不發(fā)生相變化，無需加熱，能耗低，無需添加化學(xué)試劑，無污染，是一種節(jié)能環(huán)保的分離技術(shù)。

③超濾技術(shù)分離效率高，對(duì)稀溶液中微量成分的回收，低濃度溶液的濃縮都非常有效。

④超濾過程僅采用壓力作為分離的動(dòng)力，因此分離裝置簡(jiǎn)單、流程短、操作簡(jiǎn)便、易于控制和維護(hù)。

⑤超濾技術(shù)也有局限性，不能直接得到干粉制劑。對(duì)于蛋白質(zhì)溶液，一般只能得到10%～50%的濃度。

早期的工業(yè)超濾應(yīng)用于廢水和污水處理。三十多年來，隨著超濾技術(shù)的發(fā)展，如今超濾膜技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)很廣，主要包括食品工業(yè)、飲料工業(yè)、乳品工業(yè)、生物發(fā)酵、生物醫(yī)藥、醫(yī)藥化工、生物制劑、中藥制劑、臨床醫(yī)學(xué)、印染廢水、食品工業(yè)廢水處理、資源回收以及環(huán)境工程等等。