膜分离技术发展中的新模过程

【摘要】膜分离过程是一门新兴的多种学科交叉的高技术，近二十多年来膜技术有了迅速的发展。膜过程在生产生活中已经占据了重要的地位，是需要物质分离的必不可少的技术。随着科技的进步，膜分离过程技术已经占据了多个生产领域的半边天，如，气体和液体燃烧的生产、工业废水处理、空气隔离等等，都是贴近生活，造福于人类的技术。

【关键词】膜分离技术发展新模过程

膜分离过程是一门新兴的多种学科交叉的高技术，近二十多年来膜技术有了迅速的发展。膜过程在生产生活中已经占据了重要的地位，是需要物质分离的必不可少的技术。随着科技的进步，膜分离过程技术已经占据了多个生产领域的半边天，如，气体和液体燃烧的生产、工业废水处理、空气隔离等等，都是贴近生活，造福于人类的技术。

1 纳米膜过滤技术

20世纪90年代出现了纳米膜分离过程。由于这类膜孔径是在纳米范围， 所以称为纳滤膜及纳滤过程。纳滤是介于反渗透与超滤之间的一种以压力为驱动力的新型膜分离过程，它拓宽了液相膜分离过程。纳滤特别适用于分离相对分子质量为几百的有机化合物，它的操作压力一般小于1 MPa，能截断相对分子质量为300 ～ 1000的分子（近来也有报导大于200或100的），这与制膜的技术有关。

纳米过滤膜截断相对分子质量范围比反渗透膜大而比超滤膜小，因此可以截留能通过超滤膜的溶质而让不能通过反渗透膜的溶质通过，根据这一原理，可用纳米过滤来填补由超滤和反渗透所留下的空白部分。

20世纪80年代初期，美国Film Tec的科学家研究了一种薄层复合膜，它能使90%的NaCl透析，而99%的蔗糖被截留。显然，这种膜既不能称之为反渗透膜（因为不能截留无机盐），也不属于超滤膜的范畴（因为不能透析低相对分子质量的有机物）。由于这种膜在渗透过程中对约为1nm的小分子截留率大于95%，因而它被命名为“纳米过滤”。

纳米过滤的特点是：

（1）在过滤分离过程中，它能截留小分子的有机物并可同时透析出盐，即集浓缩与透析为一体；

（2）操作压力低，因为无机盐能通过纳米滤膜而透析，使得纳米过滤的渗透压远比反渗透低，这样，在保证一定的膜通量的前提下，纳米过滤过程所需的外加压力就能比反渗透低得多，具有节约动力的优点。

鉴于上述特点，这种膜分离过程在工业流体的分离纯化方面将大有作为，比超滤和反渗透的应用面要广得多，因此，各个国家都会有巨资投入在反渗透膜的应用生产上，对纳米滤膜的大力支持开放，使其不断迅速发展并壮大，也为经济的发展做出巨大贡献。

2 膜蒸馏

膜蒸馏是膜技术与蒸发过程结合的新型膜分离过程。20世纪60年代kndly首先介绍了这种分离技术。1982年Gore报导了采用一种称为GoreTex膜的聚四氟乙烯辗膜进行膜蒸馏和潜热回收的情况，并论述了采用这种技术进行大规模海水淡化的可能性，引起了人们的重视。

膜蒸馏所用的聚合物必须是疏水性的微孔膜，普遍认为聚四氟乙烯最好。膜的孔径一般在0.2～0.4之间为宜。膜蒸馏是在常压和低于溶液沸点的温度下进行的。热侧溶液通常在较低的温度（例如40 ～ 50 ℃）下操作，因而常常可以使用低温热源或废热。与反渗透比较，它在常压下操作，设备要求低，过程中溶液浓度变化的影响小；与常规蒸熘比较，它具有较高的蒸馏效率，蒸馏液更为纯净。膜蒸馏是一个有相变的膜过程，它主要用于盐水淡化和水溶液的浓缩，目前已有10～100td）的膜蒸馏海水淡化的商品装置。提高热利用是目前改进膜蒸馏的主攻方向。

3 膜萃取

20世纪80年代，一个将膜过程和液液萃取过程结合的膜萃取过程开始出现。膜萃取的传递过程是在把料液相和萃取相分开的微孔膜表面上进行的。因此，它不存在通常萃取过程中液滴的分散与聚合问题。膜萃取的优点如下：

（1）没有液体的分散与聚集过程，可减少萃取剂的夹带损失；

（2）不形成直接接触的液液两相流动，可使选择萃取剂的范围大大拓宽；

（3）两相在膜两侧分别流动，使过程免受“反混”的影响和“液泛”条件的限制；

（4）与支撑液膜相比，萃取相的存在，可避免膜内溶液的流失。

膜萃取目前还处在实验室研究阶段，常用的是中空纤维装置。膜萃取中相之间可能存在相互渗透、膜的溶胀，以及由此引起的膜器的寿命等是其实际应用时所须解决的问题。

4 液膜电渗析

如果电渗析器中的固态离子交换膜用具有相同功能的液态膜代替，就构成液膜电渗析工艺。利用萃取剂作液膜与电渗析过程结合在一起有很大的前途，对于浓和提取贵金属、重金属和稀有金属等问题有可能找到高效的分离方法。

液膜电渗析目前尚处在实验室阶段，其实验模型是利用半透性玻璃将液膜溶液包封制成薄层状隔板，然后装入小型电渗析器中进行运转。液膜电渗析把化学反应、扩散过程和电迁移三者结合起来，今后会有广阔的应用前景。

5 亲和膜分离

1951年Hedda等提出的亲和膜分离方法最近得到迅速发展。亲和膜分离是基于在膜分离介质上（一般为超滤或微滤膜）利用其表面及孔内所具有的官能团，将其活化，接上具有一定大小的间隔臂，再选用一个合适的亲和配基，在合适条件下使其与间隔臂分子产生共价结合， 生成带有亲和配基的膜。将样品混合物缓慢地通过膜，使样品中能与亲和配基产生特异性相互作用的分子。产生偶联，生成相应的络合物。然后，改变条件，如洗脱液组成、pH值、离子强度、温度等，使已和配基产生亲和作用的配合物产生解离，将其收集，从而使样品得以分离。

亲和膜分离技术将是解决生物技术下游产品的回收和纯化的高效方法。随着生命科学和生物技术的迅速发展，对生物大分子纯化分离的要求越来越高。一些相对分子质量差别很小的大分子，可用亲和介质所具有的高选择性和特性性能，将一二种所需组分从数十甚至数百种物质的混合物中分离出来。

6 促进传递

促进传递是在膜中进行的一种抽提（萃取）。促进传递有以下特点：

（1）它具有极高的选择性；

（2）通量大；

（3）极易中毒。

参考文献

[1] 刘旭红，赖新生. 膜技术在色氨酸提取工艺的应用[J]. 发酵科技通讯，2010（01）

[2] 邵文尧，陈亚兰，陈成泉. 膜分离技术在谷氨酸分离与浓缩中的应用[J]. 陕西科技大学学报（自然科学版），2009（06）

[3] 王珍，陈晓青，焦飞鹏，马国恒. 双水相手性萃取拆分扁桃酸外消旋体[J]. 分析科学学报，2009（05）