第一篇：膜蒸餾技術簡介(摘抄

膜蒸餾技術簡介(摘抄

膜蒸餾技術簡介(摘抄)摘自 真空膜蒸餾海水淡化實驗研究.王宏濤.天津大學碩士學位論文.1.1膜蒸餾技術簡介 1.1.1膜蒸餾概述

膜蒸餾(Membrane Distillation，MD)是在上個世紀八十年代初發展起來的一種新型分離技術，是膜分離技術與傳統蒸發過程相結合的新型膜分離過程，它與常規蒸餾一樣都以汽液平衡為基礎，依靠蒸發潛熱來實現相變。它以膜兩側的溫差所引起的傳遞組分的蒸汽壓力差為傳質驅動力，以不被待處理的溶液潤濕的疏水性微孔膜為傳遞介質。在傳遞過程中，膜的唯一作用是作為兩相間的屏障，不直接參與分離作用，分離選擇性完全由氣—液平衡決定[1]。膜蒸餾過程是熱量和質量同時傳遞的過程。膜的一側與熱的待處理的溶液直接接觸(稱為熱側)，另一側直接或間接地與冷的液體接觸(稱為冷側)。由于膜的疏水性，水溶液不會從膜孔中通過，但膜兩側由于揮發組分蒸氣壓差的存在，而使揮發蒸氣通過膜孔，從高蒸氣壓側傳遞到低蒸氣壓側，而其它組分則被疏水膜阻擋在熱側，從而產生了膜的透過通量，實現了混合物的分離或提純。這與常規蒸餾中的蒸發、傳質、冷凝過程十分相似，所以稱其為膜蒸餾過程如圖1-1所示：

1986年意大利、荷蘭、日本、德國和澳大利亞的膜蒸餾專家在羅馬召開了膜蒸餾研討會，會上與會專家統一規范了膜蒸餾過程涉及的各種術語，定義膜蒸餾過程應具有以下幾種含義：使用的膜是疏水性多孔膜；膜不應被所處理的液體所浸潤；溶液中的揮發性組分以蒸汽的形式通過膜孔；膜孔中不發生毛細冷凝現象；組分通過膜的推動力是該組分在膜兩側的蒸汽壓差；膜本身不改變處理液各組份的汽—液平衡；膜至少有一側與所處理液體直接接觸；對于任何組分該膜過程的推動力是該組分在氣相中的分壓差[2,3,4]。膜蒸餾本身的特點決定了該技術與其它分離技術相比有著無法比擬的優點：（1）膜蒸餾過程較其他膜分離過程（反滲透）的操作壓力低，幾乎是在常壓下進行，設備簡單、操作方便，在技術力量較薄弱的地區也有實現的可能性。(2)在非揮發性溶質水溶液的膜蒸餾過程中，因為只有水蒸汽能透過膜孔，理論上可以100%截留離子、大分子、膠體、細胞和其它非揮發性物質，所以蒸餾液十分純凈，可望成為大規模、低成本制備超純水的有效手段。(3)該過程可以處理極高濃度的水溶液，如果溶質是容易結晶的物質，可以把溶液濃縮到過飽和狀態而出現膜蒸餾結晶現象，是目前唯一能從溶液中直接分離出結晶產物的膜過程。(4)膜蒸餾組件很容易設計成潛熱回收形式，并具有以高效的小型膜組件構成大規模生產體系的靈活性。(5)在該過程中無需把溶液加熱到沸點，只要膜兩側維持適當的溫差，該過程就可以進行，操作溫度比傳統的蒸餾低，有可能利用太陽能、地熱、溫泉、工廠的余熱和溫熱的工業廢水等廉價能源[2]。

但是膜蒸餾作為一種新的分離技術也還有許多不完善之處，比如：

（1）膜蒸餾與制備純水的其它膜過程相比，膜的產水通量較低，迄今還沒有開發出較成熟的膜蒸餾用膜的生產技術，且疏水微孔膜，與親水膜相比在膜材料和制備工藝的選擇方面都十分有限；（2）運行過程中膜的污染不僅導致膜的通量下降，更為嚴重的是加速了膜的潤濕，使鹽滲漏進入淡水側，從而使淡水品質下降；（3）缺乏有效的熱量的回收手段，膜蒸餾是一個有相變的膜過程，汽化潛熱降低了熱能的利用率，所以在組件的設計上必需考慮到潛熱的回收，以盡可能減少熱能的損耗，與其他膜過程相比，膜蒸餾在有廉價能源可利用的情況下才更有實用意義。1.1.2膜蒸餾的分類與特點

根據揮發性組分在膜冷側冷凝方式的不同，膜蒸餾可分為四種不同結構和操作方式[5]（如圖1-2所示），即：直接接觸式膜蒸餾(DCMD)、氣隙式膜蒸餾(AGMD)、吹掃式膜蒸餾(SGMD)和真空膜蒸餾(VMD)。

在直接接觸式膜蒸餾[6-15]中透過側的冷卻純水和膜上游側的溶液都與膜直接接觸，在膜兩側溫差引起的水蒸氣壓力差驅動下傳質，透過的水蒸氣直接進入冷卻的純水中冷凝。直接接觸膜蒸餾的過程裝置和運行都比較簡單，但是上下游的流體僅有一層薄膜相隔，熱量很快從上游傳遞到下游，最后達到熱平衡。冷測需要持續制冷，熱側需要持續加熱，因而熱利用效率較低。但過程所需要的附屬設備最少，操作比較簡單，最適用于透過組分為水的應用場合，例如：脫鹽、水溶液（果汁）濃縮等。氣隙式膜蒸餾[27-35]的透過側空氣與膜接觸，增加了熱傳導的阻力，大大降低了傳導熱量的損失，但是同時傳質阻力也增加。氣隙式膜蒸餾的傳質機理主要是以分子擴散為主的，但由于透過側空氣的存在，會使膜孔中存在滯留空氣，透過蒸汽在穿過膜孔時的阻力增加。與膜接觸的氣層厚度一般為膜厚度的10~100倍，空氣可以視為靜止膜，也會使傳質阻力增大，導致透過的通量很小。在去除水溶液中的微量易揮發性組分方面占有優勢。吹掃氣膜蒸餾[37,38,39]同氣隙式膜蒸餾一樣適用于除去水溶液中的微量易揮發性組分。在吹掃氣膜蒸餾中，透過側為流動氣體，克服了氣隙式膜蒸餾中靜止空氣層產生傳質阻力的缺點，同時保留了氣隙式膜蒸餾中較高的熱傳導阻力的優點，但是在收集透過側組分方面存在較大困難，操作過程中為了減少傳質阻力，要減小傳質邊界層的厚度，相應需要較高的吹掃氣體速度，操作壓力隨之升高，目前研究工作相對較少。在真空膜蒸餾[40-57]中，膜的一側與進料液體直接接觸，另一側的壓力保持在低于進料平衡的蒸氣壓之下，透過的水蒸氣被抽出組件外冷凝，增大膜兩側的水蒸氣壓力差，可得到較大的透過通量，常常應用于去除稀釋溶液中的易揮發性組分。由于在VMD過程中，透過側為真空，水蒸氣分子與孔壁的碰撞占主要優勢，以努森擴散為主，熱傳導損失可以忽略不計。因此，真空膜蒸餾的傳質壓力差較大，傳質驅動力大，透過氣體的傳質阻力較小，膜兩側的絕對壓力差較大，與其它分離過程相比，膜通量也具有很大的優勢，所以近年來，在脫鹽、廢水回收方面的研究日益增多。1.1.3膜蒸餾的發展歷程

膜蒸餾技術發展到今天大致經歷了三個階段：概念提出階段（19世紀60年代—19世紀70年代）、初步發展階段（19世紀80年代—19世紀90年代）、高速發展階段（19世紀90年代至今）。

膜蒸餾的概念是在1963年Bodell[58]的一篇專利中首先提出來的，他將膜蒸餾描述為“一種可將不可飲用水流體轉化為可飲用水的裝置和技術”，并指出可用抽真空的方式將滲透蒸汽從裝置中移走，但是他并沒有指出膜的結構與孔徑，也沒有給出結果和定量分析。1964年，Weyl[59]發現采用空氣填充的多孔疏水膜可在蒸汽壓系統內從含鹽水中回收去離子水，這個致力于提高脫鹽效率的新工藝在1967年被授予美國專利，專利宣稱這個用于脫鹽的改進方法和改進設備能在最小的外部能量要求和最小的資金和廠房花費下運作。Weyl建議將熱的溶液和冷的滲透物都與膜直接接觸，以消除氣隙，他采用的是厚3.2mm，孔徑9μm，孔隙率42%的PTFE膜，所獲得的膜蒸餾通量達到了1kg/m2?h，這與當時反滲透5～75kg/m2·h的通量有很大的差距，因此在60年代末人們對膜蒸餾的興趣逐漸減弱。Findley[60]是第一個公開發表膜蒸餾結果的人，60年代后期他以紙、膠木、玻璃纖維、玻璃紙、尼龍、硅藻土等作為膜材料進行直接接觸膜蒸餾實驗，其中大部分材料用硅樹脂、特氟龍或防水劑處理過，以增強膜的疏水性。實驗定性地描述了膜孔中存的在空氣、膜的厚度、導熱熱損失和空隙率對膜蒸餾的影響，并且首次說明了膜蒸餾所用膜材料的一些重要特性：熱阻高、厚度小、液體進入壓力大、高空隙率及彎曲因子較小。Findley預言，如果能夠找到低價位、耐高溫、長壽命并且特性理想的膜，膜蒸餾不僅可以用于海水淡化，還會是一種經濟可行、用途廣泛的蒸發方法。早期的膜蒸餾過程設計中，Rodger[61,62,63]的工作最為出色，他在1968－1975年間有多項專利被批準。有幾項專利研究改善熱量回收系統，如一項設計中使用帶波紋的換熱片，以提高對流傳熱效果。1971年的專利設計了多效膜蒸餾，以分離揮發性不同的組份，如重水的分離。1972年的專利設計了膜蒸餾的脫鹽工藝，是包含了料液脫氣、膜表面處理等工序在內的完整系統。使用的膜囊括PTFE、PP、PVDF以及疏水處理后的親水膜。1975年的專利改變了研究方向，設計了家用飲水機。

19世紀80年代起以企業為主的研發帶動了膜蒸餾技術前所未有的發展。80年代早期，由于新的制膜技術的出現，人們又開始對膜蒸餾產生興趣，因為這時可以制得高達80%孔隙率和50μm厚的膜，比Weyl和Findley在60年代所用的膜，滲透通量提高了100倍。膜組件設計的改進及進一步認識溫度和濃度極化對MD性能的影響，也促使人們恢復對膜蒸餾的關注，同時也使膜蒸餾更具竟爭力。

Gore和Associacs公司[64]（美國）、Swedish Development Co.[65,66]和EnkaAG.[67-69]（德國）從商業應用的角度開發他們的測試膜蒸餾系統。如Gore開發出了一種卷式膜組件用于“Gore-Tex膜蒸餾”，最終由于其熱傳遞差的技術原因及成本過高，Gore在其即將商品化之前放棄了這一計劃。值得注意的是，有人使用Gore-Tex膜完成了中試，認為膜蒸餾用于脫鹽尚需兩個條件：膜成本大幅度下降，提高熱量回收熱交換器的傳熱效果[70]。幾乎同時瑞典National Development Co.公布了他們研制的膜蒸餾系統，包括樣機運行情況[71]，采用了板框結構的膜蒸餾，但同樣未進入市場。EnkaAG開發了中空纖維膜組件的“傳遞膜蒸餾”，Kjellander提交了氣隙膜蒸餾用于脫鹽的專利[72]。80年代末，Enka公司宣稱制造了一種可用于商業生產的MD系統。這個階段MD在許多領域只能是一個有競爭的系統，還不能夠可頂替別的技術。學術界對MD興趣的增強，是因為該過程的多樣性及MD研究能產生“有利于環境”的結果。

80年代大量發表的膜蒸餾文獻主要集中于過程機理研究，這些研究將常規的傳遞理論應用于膜蒸餾，分析流體溫度、流量、壓力等操作參數的影響，建立了傳熱傳質模型。特別對膜傳質過程做了很多理論研究，從理論上明確了膜結構參數對滲透通量的影響。這一時期膜蒸餾技術的應用研究也取得了相當重要的成果，研究者開發了諸如脫鹽、溶液濃縮、廢水處理、非常規分離等諸多領域的膜蒸餾應用。值得一提的是Shneider[73]和Schofield[74]等人用直接接觸式膜蒸餾進行脫鹽分別得到了足以同反滲透競爭的高達75kg/m2·h的跨膜通量；Lawson[75]等人通過優化膜組件的設計和采用性能優良的膜，將跨膜通量提高到了反滲透技術的2～3倍。但就通量大小來說，膜蒸餾過程同反滲透相比已經具有了很大的優勢，同時膜蒸餾技術還具有能耗低、操作條件溫和、可利用廢熱等諸多優勢。人們在這一領域取得的成果足以讓該技術在工業脫鹽競爭中占有一席之地。

自90年代以后，學術界對膜蒸餾的興趣由于其廣泛的應用范圍和對多重工程概念的涵蓋而被迅速催化，研究文章每年迅速遞增。隨著研究的深入，膜蒸餾的優勢也逐漸被揭示出來，各國對于膜蒸餾技術的研究與開發的關注逐年升溫，特別是西方發達國家和一些大公司都在相當程度上加大了對膜蒸餾研發的投入，都希望能夠擁有其知識產權，以期收獲它帶來的豐厚利潤和和戰略利益。

這一階段膜蒸餾機理的研究并無重大突破，許多研究只是以前工作的進一步核實。機理研究大都集中在極化現象的影響及通過各種方式削弱極化現象，這是許多膜分離技術遇到過的工程問題，反映出膜蒸餾技術逐步進入實用化階段的趨勢。該階段代表性的研究工作比如Lawson[76]從統計力學觀點分析了蒸汽分子通過微孔疏水膜的過程，用塵氣模型（dusty gas model）統一了膜蒸餾各種情況下的透膜傳質過程。（待續）

第二篇：膜蒸餾技術

膜蒸餾技術簡介

1.1膜蒸餾技術簡介 1.1.1膜蒸餾概述

膜蒸餾(Membrane Distillation，MD)是在上個世紀八十年代初發展起來的一種新型分離技術，是膜分離技術與傳統蒸發過程相結合的新型膜分離過程，它與常規蒸餾一樣都以汽液平衡為基礎，依靠蒸發潛熱來實現相變。它以膜兩側的溫差所引起的傳遞組分的蒸汽壓力差為傳質驅動力，以不被待處理的溶液潤濕的疏水性微孔膜為傳遞介質。在傳遞過程中，膜的唯一作用是作為兩相間的屏障，不直接參與分離作用，分離選擇性完全由氣—液平衡決定[1]。膜蒸餾過程是熱量和質量同時傳遞的過程。膜的一側與熱的待處理的溶液直接接觸(稱為熱側)，另一側直接或間接地與冷的液體接觸(稱為冷側)。由于膜的疏水性，水溶液不會從膜孔中通過，但膜兩側由于揮發組分蒸氣壓差的存在，而使揮發蒸氣通過膜孔，從高蒸氣壓側傳遞到低蒸氣壓側，而其它組分則被疏水膜阻擋在熱側，從而產生了膜的透過通量，實現了混合物的分離或提純。這與常規蒸餾中的蒸發、傳質、冷凝過程十分相似，所以稱其為膜蒸餾過程如圖1-1所示：

1986年意大利、荷蘭、日本、德國和澳大利亞的膜蒸餾專家在羅馬召開了膜蒸餾研討會，會上與會專家統一規范了膜蒸餾過程涉及的各種術語，定義膜蒸餾過程應具有以下幾種含義：使用的膜是疏水性多孔膜；膜不應被所處理的液體所浸潤；溶液中的揮發性組分以蒸汽的形式通過膜孔；膜孔中不發生毛細冷凝現象；組分通過膜的推動力是該組分在膜兩側的蒸汽壓差；膜本身不改變處理液各組份的汽—液平衡；膜至少有一側與所處理液體直接接觸；對于任何組分該膜過程的推動力是該組分在氣相中的分壓差[2,3,4]。

膜蒸餾本身的特點決定了該技術與其它分離技術相比有著無法比擬的優點：（1）膜蒸餾過程較其他膜分離過程（反滲透）的操作壓力低，幾乎是在常壓下進行，設備簡單、操作方便，在技術力量較薄弱的地區也有實現的可能性。(2)在非揮發性溶質水溶液的膜蒸餾過程中，因為只有水蒸汽能透過膜孔，理論上可以100%截留離子、大分子、膠體、細胞和其它非揮發性物質，所以蒸餾液十分純凈，可望成為大規模、低成本制備超純水的有效手段。(3)該過程可以處理極高濃度的水溶液，如果溶質是容易結晶的物質，可以把溶液濃縮到過飽和狀態而出現膜蒸餾結晶現象，是目前唯一能從溶液中直接分離出結晶產物的膜過程。(4)膜蒸餾組件很容易設計成潛熱回收形式，并具有以高效的小型膜組件構成大規模生產體系的靈活性。(5)在該過程中無需把溶液加熱到沸點，只要膜兩側維持適當的溫差，該過程就可以進行，操作溫度比傳統的蒸餾低，有可能利用太陽能、地熱、溫泉、工廠的余熱和溫熱的工業廢水等廉價能源[2]。

但是膜蒸餾作為一種新的分離技術也還有許多不完善之處，比如：

（1）膜蒸餾與制備純水的其它膜過程相比，膜的產水通量較低，迄今還沒有開發出較成熟的膜蒸餾用膜的生產技術，且疏水微孔膜，與親水膜相比在膜材料和制備工藝的選擇方面都十分有限；（2）運行過程中膜的污染不僅導致膜的通量下降，更為嚴重的是加速了膜的潤濕，使鹽滲漏進入淡水側，從而使淡水品質下降；（3）缺乏有效的熱量的回收手段，膜蒸餾是一個有相變的膜過程，汽化潛熱降低了熱能的利用率，所以在組件的設計上必需考慮到潛熱的回收，以盡可能減少熱能的損耗，與其他膜過程相比，膜蒸餾在有廉價能源可利用的情況下才更有實用意義。1.1.2膜蒸餾的分類與特點

根據揮發性組分在膜冷側冷凝方式的不同，膜蒸餾可分為四種不同結構和操作方式[5]（如圖1-2所示），即：直接接觸式膜蒸餾(DCMD)、氣隙式膜蒸餾(AGMD)、吹掃式膜蒸餾(SGMD)和真空膜蒸餾(VMD)。

在直接接觸式膜蒸餾[6-15]中透過側的冷卻純水和膜上游側的溶液都與膜直接接觸，在膜兩側溫差引起的水蒸氣壓力差驅動下傳質，透過的水蒸氣直接進入冷卻的純水中冷凝。直接接觸膜蒸餾的過程裝置和運行都比較簡單，但是上下游的流體僅有一層薄膜相隔，熱量很快從上游傳遞到下游，最后達到熱平衡。冷測需要持續制冷，熱側需要持續加熱，因而熱利用效率較低。但過程所需要的附屬設備最少，操作比較簡單，最適用于透過組分為水的應用場合，例如：脫鹽、水溶液（果汁）濃縮等。氣隙式膜蒸餾[27-35]的透過側空氣與膜接觸，增加了熱傳導的阻力，大大降低了傳導熱量的損失，但是同時傳質阻力也增加。氣隙式膜蒸餾的傳質機理主要是以分子擴散為主的，但由于透過側空氣的存在，會使膜孔中存在滯留空氣，透過蒸汽在穿過膜孔時的阻力增加。與膜接觸的氣層厚度一般為膜厚度的10~100倍，空氣可以視為靜止膜，也會使傳質阻力增大，導致透過的通量很小。在去除水溶液中的微量易揮發性組分方面占有優勢。吹掃氣膜蒸餾[37,38,39]同氣隙式膜蒸餾一樣適用于除去水溶液中的微量易揮發性組分。在吹掃氣膜蒸餾中，透過側為流動氣體，克服了氣隙式膜蒸餾中靜止空氣層產生傳質阻力的缺點，同時保留了氣隙式膜蒸餾中較高的熱傳導阻力的優點，但是在收集透過側組分方面存在較大困難，操作過程中為了減少傳質阻力，要減小傳質邊界層的厚度，相應需要較高的吹掃氣體速度，操作壓力隨之升高，目前研究工作相對較少。在真空膜蒸餾[40-57]中，膜的一側與進料液體直接接觸，另一側的壓力保持在低于進料平衡的蒸氣壓之下，透過的水蒸氣被抽出組件外冷凝，增大膜兩側的水蒸氣壓力差，可得到較大的透過通量，常常應用于去除稀釋溶液中的易揮發性組分。由于在VMD過程中，透過側為真空，水蒸氣分子與孔壁的碰撞占主要優勢，以努森擴散為主，熱傳導損失可以忽略不計。因此，真空膜蒸餾的傳質壓力差較大，傳質驅動力大，透過氣體的傳質阻力較小，膜兩側的絕對壓力差較大，與其它分離過程相比，膜通量也具有很大的優勢，所以近年來，在脫鹽、廢水回收方面的研究日益增多。1.1.3膜蒸餾的發展歷程

膜蒸餾技術發展到今天大致經歷了三個階段：概念提出階段（19世紀60年代—19世紀70年代）、初步發展階段（19世紀80年代—19世紀90年代）、高速發展階段（19世紀90年代至今）。

膜蒸餾的概念是在1963年Bodell[58]的一篇專利中首先提出來的，他將膜蒸餾描述為“一種可將不可飲用水流體轉化為可飲用水的裝置和技術”，并指出可用抽真空的方式將滲透蒸汽從裝置中移走，但是他并沒有指出膜的結構與孔徑，也沒有給出結果和定量分析。1964年，Weyl[59]發現采用空氣填充的多孔疏水膜可在蒸汽壓系統內從含鹽水中回收去離子水，這個致力于提高脫鹽效率的新工藝在1967年被授予美國專利，專利宣稱這個用于脫鹽的改進方法和改進設備能在最小的外部能量要求和最小的資金和廠房花費下運作。Weyl建議將熱的溶液和冷的滲透物都與膜直接接觸，以消除氣隙，他采用的是厚3.2mm，孔徑9μm，孔隙率42%的PTFE膜，所獲得的膜蒸餾通量達到了1kg/m2?h，這與當時反滲透5～75kg/m2·h的通量有很大的差距，因此在60年代末人們對膜蒸餾的興趣逐漸減弱。Findley[60]是第一個公開發表膜蒸餾結果的人，60年代后期他以紙、膠木、玻璃纖維、玻璃紙、尼龍、硅藻土等作為膜材料進行直接接觸膜蒸餾實驗，其中大部分材料用硅樹脂、特氟龍或防水劑處理過，以增強膜的疏水性。實驗定性地描述了膜孔中存的在空氣、膜的厚度、導熱熱損失和空隙率對膜蒸餾的影響，并且首次說明了膜蒸餾所用膜材料的一些重要特性：熱阻高、厚度小、液體進入壓力大、高空隙率及彎曲因子較小。Findley預言，如果能夠找到低價位、耐高溫、長壽命并且特性理想的膜，膜蒸餾不僅可以用于海水淡化，還會是一種經濟可行、用途廣泛的蒸發方法。

早期的膜蒸餾過程設計中，Rodger[61,62,63]的工作最為出色，他在1968－1975年間有多項專利被批準。有幾項專利研究改善熱量回收系統，如一項設計中使用帶波紋的換熱片，以提高對流傳熱效果。1971年的專利設計了多效膜蒸餾，以分離揮發性不同的組份，如重水的分離。1972年的專利設計了膜蒸餾的脫鹽工藝，是包含了料液脫氣、膜表面處理等工序在內的完整系統。使用的膜囊括PTFE、PP、PVDF以及疏水處理后的親水膜。1975年的專利改變了研究方向，設計了家用飲水機。

19世紀80年代起以企業為主的研發帶動了膜蒸餾技術前所未有的發展。80年代早期，由于新的制膜技術的出現，人們又開始對膜蒸餾產生興趣，因為這時可以制得高達80%孔隙率和50μm厚的膜，比Weyl和Findley在60年代所用的膜，滲透通量提高了100倍。膜組件設計的改進及進一步認識溫度和濃度極化對MD性能的影響，也促使人們恢復對膜蒸餾的關注，同時也使膜蒸餾更具竟爭力。

Gore和Associacs公司[64]（美國）、Swedish Development Co.[65,66]和EnkaAG.[67-69]（德國）從商業應用的角度開發他們的測試膜蒸餾系統。如Gore開發出了一種卷式膜組件用于“Gore-Tex膜蒸餾”，最終由于其熱傳遞差的技術原因及成本過高，Gore在其即將商品化之前放棄了這一計劃。值得注意的是，有人使用Gore-Tex膜完成了中試，認為膜蒸餾用于脫鹽尚需兩個條件：膜成本大幅度下降，提高熱量回收熱交換器的傳熱效果[70]。幾乎同時瑞典National Development Co.公布了他們研制的膜蒸餾系統，包括樣機運行情況[71]，采用了板框結構的膜蒸餾，但同樣未進入市場。EnkaAG開發了中空纖維膜組件的“傳遞膜蒸餾”，Kjellander提交了氣隙膜蒸餾用于脫鹽的專利[72]。80年代末，Enka公司宣稱制造了一種可用于商業生產的MD系統。這個階段MD在許多領域只能是一個有競爭的系統，還不能夠可頂替別的技術。學術界對MD興趣的增強，是因為該過程的多樣性及MD研究能產生“有利于環境”的結果。

80年代大量發表的膜蒸餾文獻主要集中于過程機理研究，這些研究將常規的傳遞理論應用于膜蒸餾，分析流體溫度、流量、壓力等操作參數的影響，建立了傳熱傳質模型。特別對膜傳質過程做了很多理論研究，從理論上明確了膜結構參數對滲透通量的影響。這一時期膜蒸餾技術的應用研究也取得了相當重要的成果，研究者開發了諸如脫鹽、溶液濃縮、廢水處理、非常規分離等諸多領域的膜蒸餾應用。值得一提的是Shneider[73]和Schofield[74]等人用直接接觸式膜蒸餾進行脫鹽分別得到了足以同反滲透競爭的高達75kg/m2·h的跨膜通量；Lawson[75]等人通過優化膜組件的設計和采用性能優良的膜，將跨膜通量提高到了反滲透技術的2～3倍。但就通量大小來說，膜蒸餾過程同反滲透相比已經具有了很大的優勢，同時膜蒸餾技術還具有能耗低、操作條件溫和、可利用廢熱等諸多優勢。人們在這一領域取得的成果足以讓該技術在工業脫鹽競爭中占有一席之地。

自90年代以后，學術界對膜蒸餾的興趣由于其廣泛的應用范圍和對多重工程概念的涵蓋而被迅速催化，研究文章每年迅速遞增。隨著研究的深入，膜蒸餾的優勢也逐漸被揭示出來，各國對于膜蒸餾技術的研究與開發的關注逐年升溫，特別是西方發達國家和一些大公司都在相當程度上加大了對膜蒸餾研發的投入，都希望能夠擁有其知識產權，以期收獲它帶來的豐厚利潤和和戰略利益。

這一階段膜蒸餾機理的研究并無重大突破，許多研究只是以前工作的進一步核實。機理研究大都集中在極化現象的影響及通過各種方式削弱極化現象，這是許多膜分離技術遇到過的工程問題，反映出膜蒸餾技術逐步進入實用化階段的趨勢。該階段代表性的研究工作比如Lawson[76]從統計力學觀點分析了蒸汽分子通過微孔疏水膜的過程，用塵氣模型（dusty gas model）統一了膜蒸餾各種情況下的透膜傳質過程。

1.2膜與膜組件

1.2.1膜蒸餾用膜（略）

1.2.2膜組件（略）

1.3膜蒸餾過程的機理

膜蒸餾過程是質量傳遞伴隨熱量傳遞的過程，且傳遞過程中由于邊界層的存在，產生了溫度極化和濃度極化。膜污染問題依然是膜蒸餾過程需要面對的主要問題之一。因此，以下將從跨膜傳質、跨膜傳熱、濃度極化、溫度極化和膜污染等方面來描述。（略）

1.3.4膜污染

和其它膜過程一樣，膜蒸餾裝置長期運行后會出現通量衰減的現象這主要是由膜污染造成的。膜污染通常表現在以下兩個方面：一個是污染物將膜孔封堵，另一個是膜孔被潤濕。造成膜污染的原因是多方面的，如膜表面細菌的生長，或由于料液濃度過高(特別是料液接近于飽和時)在膜表面形成垢層，從而導致膜孔被堵或被潤濕，或料液中存在的顆粒或膠體物質由于界面張力的作用而更多地出現在汽、液界面處以及料液中含有表面活性劑等能夠改變膜表面張力的化學成分等。所有這些原因對料液側的傳遞過程形成新的阻力，造成通量衰減，或者導致膜的滲漏現象。膜孔潤濕被認為是膜蒸餾過程中最嚴重的膜污染，因為膜蒸餾只能在膜孔道不被潤濕的情況下才能進行。材料疏水性取決于膜表面單位面積的自由能，但平均的表面能并不能滿意地描述一個真實的表面，若在分子尺度上一部分一部分地檢驗固體的表面，局部的表面能可以變化很大。不能排除疏水膜的表面有疏水性差別，甚至親水的局部點，這些點有可能成為膜疏水性遭到破壞的內因。料液組份的沉積會降低膜的疏水性，并逐漸使料液充入膜孔。因此，對于膜污染部分是可逆污染，經過膜清洗就能將污染除去，而還有一部分污染是不可逆的，污染一旦形成就難以祛除如有有機污染導致的膜孔潤濕等。因此，對膜污染進行防治，不能單單依靠污染后的清洗，還要從膜材料著手，制造出高抗污染性的膜或者進行膜表面的改性等。

1.4膜蒸餾的應用

1．海水、苦咸水脫鹽和超純水制備

膜蒸餾過程的開發最初完全是以海水淡化為目的，雖然反滲透作為海水和苦咸水淡化的膜分離方法，從20世紀60年代就進入了實用階段，其設備和工藝條件也在實用中不斷得到改進和完善，但是反滲透過程需要較高的操作壓力，設備比較復雜，并且難以處理鹽分過高的水溶液。而膜蒸餾卻具有反滲透過程所不具備的優點，所以人們對膜蒸餾用于海水、苦咸水脫鹽方面進行了和正在進行大量研究工作。近20多年的研究表明，直接接觸膜蒸餾的透過通量能夠達到反滲透的水平甚至有所超過[40]；減壓式膜蒸餾用于海水脫鹽也具有較好的發展前途[102]。但膜蒸餾是個能耗較高的膜過程，只在有廉價能源可利用的情況下進行海水、苦咸水淡化才具有實用意義。膜蒸餾技術制備淡水首先應考慮能源問題，解決的辦法是，在系統設計上考慮熱能的回收。在早期文獻中Schofield等人[95]詳細計算了熱能回收對造水成本的影響，并設計了能量回收的工藝流程；閻建民等人[103]也提出了帶有汽化潛熱回收的膜組件設計。二是考慮可利用的廉價能源，比如Hogan等人[104]采用太陽能加熱海水進行了膜蒸餾脫鹽；Banat等人[105]利用太陽能進行了模擬海水脫鹽實驗；Godizno等人[106]也介紹了與太陽能相結合的膜蒸餾苦咸水脫鹽的可能性。利用地熱資源[107]也是膜蒸餾脫鹽的重要方向。膜蒸餾脫鹽的產水質量是其它膜過程不能比擬的，Karakulski等人[108]將不同的造水膜過程進行了對比：UF能脫除懸浮物和膠體，NF可完全除掉水中的有機碳，硬度可降低60%～87%，RO可將總固溶物(TDS)截留99.7%，質量最好的水是由MD制備，產水的電導可達到0.8μS/cm，TDS質量分數可達到0.6×10-6。由于滲透壓對膜蒸餾影響較小，所以采用RO與MD集成膜過程脫鹽是合理的[109,110]。2．化學物質的濃縮和回收

由于膜蒸餾可以處理極高濃度的水溶液，在化學物質水溶液的濃縮方面具有很大潛力。例如對蔗糖糖漿的濃縮，可采用直接接觸式膜蒸餾[111,112]，也可采用滲透蒸餾[113,114]，滲透蒸餾中常用的鹽溶液為NaCl、CaCl2、K2HPO4。Tomaszewska等[115]人進行了硫酸、檸檬酸、鹽酸、硝酸的濃縮，非揮發性酸截留率達100%，揮發性酸在濃度高時有透過。Rinzcon等人[116]用直接接觸式膜蒸餾濃縮甘醇類水溶液，截留系數接近100%。孫宏偉等人[117]用膜蒸餾方法濃縮透明質酸，Tomaszewska[118]用膜蒸餾和滲透膜蒸餾濃縮氟硅酸，都取得很好的結果。由于膜蒸餾可以在較低的溫度下運行，對生物活性物質和溫度敏感物質的濃縮和回收具有一定實用意義。馮文來等人[119]用膜蒸餾方法濃縮腹蛇抗栓酶，Zarate等人[120]用膜蒸餾方法濃縮牛血清蛋白，都得到了較好的結果。余立新等人[121]論述了采用各種方法濃縮溫度敏感的天冬氨酸甲酯的可能性，認為膜蒸餾是最合適的方法。膜蒸餾是目前唯一能夠從溶液中直接分離出結晶產品的膜過程。膜蒸餾-結晶是在溶液被濃縮到過飽和狀態后產生的，但并不是在所有條件下都能把溶液濃縮到過飽和狀態。實驗表明，產生膜蒸餾-結晶現象的必要條件除了溶質須是易結晶的物質外，膜兩側必須存在足夠大的溫差，使膜蒸餾與諸多干擾因素相比一直處于主導地位。Cryta[122]報道了采用膜蒸餾-結晶過程生產NaCl的研究，NaCl的產量能達到100kg/m2·d。3．水溶液中揮發性溶質的脫除和回收

膜蒸餾過程是以膜兩側蒸汽壓力差為傳質驅動力，這使從水溶液中脫除揮發性溶質成為可能。唐建軍等人[123]對減壓膜蒸餾用于揮發性有機物分離作了總結；近斯文獻中也報道了很多有關研究工作，如從水溶液中脫除甲醇[124]、乙醇[47,124,125,126]、異丙醇[127]、丙酮[128]、氯仿[129]、同時脫除乙醇和丙酮[130]、同時脫除丙酮、丁醇和乙醇[131]、甲基異丁基酮[132]、鹵代揮發性有機化合物[133]等。當只重視脫除的效果時常采用直接接觸式膜蒸餾，如果同時考慮回收這些揮發組分時，則采用氣隙式、減壓式、氣流吹掃式膜蒸餾。張鳳君等[134]人采用氣態膜回收苯酚，并得到苯酚鈉結晶產物。膜蒸餾脫除溶液中揮發溶質的原理成功地被用于氣體分析，Ferreira等人[135]將膜蒸餾裝置與質譜儀聯機，用質譜儀測定脫除氣體的量，對水溶液中溶解的氧、丙烷、乙醇的測定結果表明，質譜信號與水溶液中溶質濃度呈線性關系。這為揮發性溶質的在線測試奠定了技術基礎。

共沸物的分離通過共沸蒸餾和萃取蒸餾來實現，是一個比較復雜的化工單元操作，采用膜蒸餾處理，可打破固有的氣—液平衡關系，得到較好的分離，如甲酸/水恒沸混合物的分離[136,137]、丙酸/水恒沸混合物的分離[138]。從水溶液中脫除酸性揮發性溶質近年主要集中于鹽酸的回收，如采用直接接觸式膜蒸餾從金屬酸浸液中回收HCl[139,140]、減壓膜蒸餾從金屬氯化物的水溶液中回收HCl[141]。

4．果汁、液體食品的濃縮

膜蒸餾過程可在相對比較低的溫度下運行，并具有極高的脫水能力，特別是滲透蒸餾可以在室溫下運行，對果汁、食品的濃縮是其它任何膜過程都無法比擬的。Petrotos等[142]人介紹了膜蒸餾和滲透蒸餾技術濃縮液體食品的優點：節能、保持食品原有的風味(包括色、香、味等)，其中果汁濃縮的研究工作較多，如超濾與滲透蒸餾濃縮葡萄汁、減壓膜蒸餾濃縮葡萄汁、滲透蒸餾濃縮葡萄汁和桔汁、直接接觸式膜蒸餾濃縮蘋果汁、集成膜過程濃縮檸檬汁和胡蘿卜汁。這些工作有的仍處在實驗室研究階段，有的已經具有示范生產的規模，Vaillant等人報道了工業示范規模采用滲透蒸餾濃縮果汁的裝置，在30℃可以將果汁TSS(總可溶固體)濃縮至0.60g/g，通量仍保持0.5kg/(m2·h)，連續28h通量沒有衰減，濃縮后果汁外觀和維生素C含量基本保持原來水平。5．廢水處理

和其它膜分離過程一樣，膜蒸餾是環境友好的分離技術，在工業廢水處理方面具有很好的應用前景。從工業廢酸液中回收HCl[141]是在處理含揮發性酸性物質廢水方面的典型應用。Zakrzewska等人[144,145]在處理低放射性廢水方面比較了各種處理方法認為，膜分離方法具有顯著的優越性，其中膜蒸餾能夠把放射性廢水濃縮到很小的體積，并具有極高的截留率，很容易達到排放標準，顯示膜蒸餾方

法在處理放射性廢水方面的突出優點。Cryta等人[146]采用超濾/膜蒸餾集成處理含油廢水，沈志松等人[147]采用減壓膜蒸餾處理丙烯腈工業廢水，杜軍等人[148]采用減壓膜蒸餾處理含Cr(VI)的模擬廢水和含苯酚的模擬廢水，沈志松等人[55]采用氣態膜過程處理起爆藥廢水，Banat等人[52]采用減壓膜蒸餾從廢水中除掉微量的苯，Rodriguez等人[149]采用氣態膜從廢水中除掉正戊酸，沈志松等人[147]報道了用氣態膜過程處理氰化物廢水，已經達到商業化的規模，表明膜蒸餾在廢水處理應用領域中巨大潛力。

第三篇：大棚膜簡介

“古農”牌多功能寬幅大棚膜

產 品 介 紹

2012年4月20日“古農”牌多功能寬幅大棚膜調試成功，填補了隴東地區沒有多功能寬幅大棚膜生產線的歷史空白。

該產品采用國內最先進的“內，中，外”三層共擠、帶粘邊生產技術（兩邊粘邊、一邊粘邊），寬幅可達6-13米，質量達到國家GB4455-2006標準，主要以低密度聚乙烯樹脂、線性低密度聚乙烯樹脂為主要原料加入一定比例的助劑共混改性，以擠出吹塑方法制成，具有防老化、防霧滴、消霧三種功能。

性能：（1）具有高保溫效果；（2）高透光率，能增加溫室內的光照，增強光合作用，可提高種植密度、增加產量，總透光率可達90%以上；（3）長壽；（4）消除霧害、減少病蟲害；（5）表面含有活化劑，可降低膜的表面張力，使其無法結成水滴，所生成的一薄層水由上而下流向溫室邊緣，而不形成霧氣及露水停留在膜上；（6）表層有防塵處理。

用途：廣泛用于大棚蔬菜、瓜果、花卉等作物溫室覆蓋以及糧食、牧草、貨物、磚場的防雨、防潮、還可用于畜禽飼養和庭院種植等場所，可給作物起到遮風、避雨、保溫的功效，能使作物縮短生長周期，提高作物產量和作物品質，達到增產增收的目的。歡迎使用我公司的“古農”牌多功能寬幅大棚膜，同時，敬請廣大用戶在使用時注意以下事項：

1、用戶應該根據需要選擇合適的多功能大棚膜。

2、扣棚時，不能拉力過猛或在地面上拖拉，骨架上不能有毛刺，膜面斜度應大于25°，否則會影響流滴效果，遇災害性氣候時應采取保護措施。

3、如果遇不可抗拒的災害性氣候（臺風、冰雹等）及人為原因造成的棚膜損壞，不屬質量保證范圍。

4、為避免棚膜與大棚骨架接觸處提前老化，建議在大棚內架的表面上涂覆金紅石形鈦白粉、鋁粉涂料，以及用塑料膜及塑料軟管作棚膜和骨架間的襯墊。

5、在大棚膜覆蓋后的使用過程中，大量使用農藥，特別是大量使用含硫、含氯的農藥，會嚴重影響多功能大棚膜的使用壽命，促使其提前老化，出現“背板”效應及離地五十厘米左右膜容易出現老化現象，是因為在多功能大棚膜生產過程中，為延長其使用壽命，都配有防老化助劑，而含氯的農藥，能同防老助劑起反應，減弱防老化作用，所以要盡量避免使用含硫、氯的農藥，同時千萬不要將農藥直接噴灑到膜上面，以保證多功能大棚膜的使用壽命。

第四篇：投影膜簡介

投影膜的原理

全息投影膜擁有獨一無二的透明特性，在保持清晰顯像的同時，能讓觀眾透過投影膜看見背后景物。畫質100%清晰亮麗，非凡超薄境界，絕無空間設限。有此神奇效果，得益于在國際市場上首次發表的綜合衍射圖(hologram)技術的實際應用，是國際上首次實現在無論光源是否充足的情況下，皆能透過正面及背面兩側同時、多角度直接觀看影像的劃時代專利技術投影膜。

成像效果卓越畫面晶瑩剔透

獨特的高清晰透明顯像，形成晶瑩剔透的視覺，第一時間抓住觀眾的好奇心和注意力，高素質傳播視覺信息的同時，不會阻礙到現場展品的展示。

材料簡約纖薄傳播設計深蘊

簡約纖薄，蘊含著無限內涵。不受制于場地和設計限制，或懸浮半空，或滿布墻壁，使設計與傳播無處不在，讓靈感想象與科技時尚洋溢于整個環境。

展品價值因自由的靈動而升華

投影膜的應用

1>櫥窗展示：單調的玻璃櫥窗從此變成大面積的透明電視投影膜，在高清晰播放宣傳廣告和促銷信息同時，不會阻礙消費者透過櫥窗觀看展品和店內景物，神奇的透明顯示效果極大地吸引路過的消費者注意力，達致更大的宣傳收益。

2>互動展示：纖薄透明的特性，使全息投影膜不受制于場地和設計限制，勝任展覽、活動現場、表演布景等多種場地的展示任務，在不影響展品展出、人員解說表演的情況下，通過影像充分與觀眾互動，增加現場空間感與科技感，加強觀眾的參與感和親切感。

3>獨立展示：獨立放置或懸掛在任何地方，成為全息影像系統，不僅起到強大的吸引人流和展示效果，同時因為其晶瑩通透的視覺，成為提升場地設計與品味的點睛之作。

應用場所

廣告公司

⑴各類發表會，演唱會，會議⑵百貨，商場廣告載體⑶機場，地鐵，火車站廣告載體

百貨，商場，專賣店

⑴玻璃櫥窗廣告⑵活動促銷展示⑶會議簡報

展覽，會議中心會場

⑴動態影象展示⑵活動促銷展示⑶會議簡報

婚紗，制片場，博物館，國家劇院，拍賣會

⑴大型背景墻⑵動態影象展示⑶會議簡報

五星級賓館

⑴總統套房影音系統⑵會議廳簡報⑶婚宴廳活動展示⑷大廳多媒體展示

各種單位，部隊，學院學校，醫院

⑴會議簡報⑵教學影片播放⑶監控顯示熒屏

娛樂場所

⑴KTV，會所影象顯示⑵迪斯可舞廳影象顯示⑶桑拿影象顯示⑷網絡，游戲影象顯示⑸室內廣告載體，夜間室外廣告載體

旅游局，旅行社

⑴動態風景演示屏⑵會議簡報

航空公司

⑴會議簡報⑵機艙投影熒幕

(室內)體育類

⑴籃球場大屏顯示⑵游泳館大屏顯示⑶體育館大屏顯示

設計，房產公司

⑴銷售展示中心產品演示⑵精裝樣品房家庭多媒體廣場⑶別墅多媒體廣場⑷會議效果展示

投影膜的分類

全息投影膜

透明全息投影膜擁有獨一無二的透明特性，在保持清晰顯像的同時，能讓觀眾透過投影膜看見背后景物。畫質100%清晰亮麗，非凡超薄境界，絕無空間設限。有此神奇效果，得益于在國際市場上首次發表的綜合衍射圖(hologram)技術的實際應用，是國際上首次實現在無論光源是否充足的情況下，皆能透過正面及背面兩側同時、多角度直接觀看影像的劃時代專利技術投影膜。

灰色投影膜

淺灰色和深灰色投影膜是新一代的顯示設備，具有高清晰、耐強光、超輕薄、抗老化等無可比擬的眾多優勢。由分子級別的納米光學組件：全像彩色濾光板結晶體（HCFC）為核心材料，融合納米技術，材料學、光學、高分子等多學科成果和制備加工技術，以有機材料、無機納米粉體和精細金屬粉體為原料，生產而成。輕薄內部蘊含先進的精密光學結構，以達致高清晰、高亮度的完美顯像。

魔鏡投影膜

投影膜使用了特殊復合材料，隔絕紫外線及紅外線對投影膜的損傷，同時具有高防酸堿及高抗氧化效果。不用因長期使用和暴露在室外而擔心影響投影膜壽命。表面如有污物，用絨布輕輕抹洗即可，易于清潔。

全息投影膜能在-10℃—70℃的范圍內，保持投影膜顯像質量及表面完好。這種特性明顯優于噴鍍形成的投影膜，無論商用或家用，使用輕松，高枕無憂！

鏡面投影膜

鏡面投影膜是一種高性能雙面顯示投影膜。它采用了最新的涂層濺射和SI光學結構技術，使其厚度僅僅達到同類產品的一半，但是畫面效果更顯柔和細膩，細節更逼真。擁有接近180°的絕對可視角度和雙面顯示性能，使該產品成為強大的視覺欣賞與傳播工具。更能提高櫥窗廣告或店內展示的宣傳效果，更能吸引顧客視線。

文檔提供：

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第五篇：膜材料簡介

摘要

膜材料是兩相間的不連續區間。膜技術的核心是膜。高分子膜的制備方法及其工藝條件的控制是獲得穩定膜結構和優異膜性能的關鍵技術，眾所周知，高分子膜材料具有易加工、結構難控制的特點。目前高分子分離膜材料制膜方法有浸沒沉淀相轉化法、應力場下熔融擠出-拉伸制備聚烯烴微孔膜、熱誘導相分離法制備聚合物微孔膜、聚合物與無機支撐復合膜的制備技術等膜技術。膜技術現已應用在我們生活的各個方面，如廢水處理環境凈化、醫療、醫學和食品加工生物工程方面等等。我們主要談了膜技術在水處理和醫學方面的顯著作用。水處理方面的應用有一般的廢水處理、處理采出水和油田注水、果汁飲料的澄清等。在醫療、醫學方面膜技術可用于制人工肺、在藥物生產過程中去除菌及固懸物、藥物檢驗與疫病診斷、血漿分離等。關鍵字：膜材料、制備、應用、水處理、醫學工程

Abstract Membrane material is discrete interval of two phases.Membrane technology is the core of the membrane.The preparation method of polymer film and its control of process conditions is to obtain the key technology of membrane stability of membrane structure and excellent properties, it is well known that the polymer film material has the characteristics of easy processing, structure, difficult to control.The high polymer separation membrane materials membrane method in immersion precipitation phase catalysis, melt extrusion-under tensile stress field of preparation of polyolefin microporous membrane preparation, thermal induced phase separation of polymer microporous membrane, polymer and inorganic composite membrane preparation technology of membrane technology, etc.Membrane technology has been applied in every aspect of our life, such as wastewater treatment environment purification, medical treatment, medicine and food processing and biological engineering, etc.We mainly talk about the membrane technology in water treatment and medical aspects of the significant role.The application of water treatment has the general wastewater treatment, treatment of produced water and oil field water injection, juice clarification etc.In the aspect of medical treatment, medical membrane technology can be used for making artificial lung, removing bacteria in the process of drug production and solid suspension, drug test and diagnosis of disease and plasma separation, etc.Key words: membrane materials, preparation, application, water treatment, medical engineering

0 引言

膜技術是當代高效分離新技術，與傳統的分離技術相比，它具有分離效率高、能耗低、占地面積小、過程簡單、操作方便、不污染環境、便于與其他技術集成等突出優點。它的研究和應用與節能、環境保護、水資源開發、利用和再生極為密切。在當今世界能源、水資源短缺，水和環境污染日益嚴重的情況下，膜分離科學與技術的研究得到了世界各國的高度重視。目前，膜分離技術在我國的石油化工、制藥、生化、環境、能源、電子、冶金、輕工、食品、航天、海水淡化、醫療等領域已獲得有效而廣泛的應用。膜材料簡介

一般意義上，“膜”指兩相之間的不連續區間。膜可為氣相、液相和固相，或是它們的組合。即也可以說，“膜”是指分隔兩相界面，并以特定的形式限制和傳遞各種化學物質的阻擋層。它可以是均相的或非均相的，對稱的或非對稱的，固體的或液體的，中性的或荷電的。其厚度范圍一般可從幾微米到幾毫米。

膜分離過程基于化學物質通過膜相際的傳遞速度的不同而不同。遷移率主要由溶質的分子尺寸和相界面物質的結構決定，而溶質在相界面內的濃度決定于溶質和相界面物質的親和力大小、溶質尺寸和膜的結構。

通過膜相際有以下三種基本的傳質形式。

一、被動傳遞。通過膜的組分均以化學勢梯度為推動力。該化學勢梯度，可以是膜兩側的壓力差、溫度差或電勢差。

二、促進傳遞。通過膜的組分仍以化學勢梯度為推動力，各組分由特定的載體帶入膜中。促進傳遞是一種高選擇性的被動傳遞。

三、主動傳遞。與前兩者不同，各組分可以逆化學勢梯度而傳遞，其推動力由膜內某化學反應提供，這類現象主要存在于生命膜。而目前已工業化的主要膜分離過程均為被動傳遞過程。

膜技術的核心是膜。一般來說，膜的化學性質和結構對膜分離的性質起著決定性影響，故要求膜材料應具有良好的成膜性能，化學穩定性，耐酸、堿、氧化物和微生物侵蝕等。分離膜按其凝聚狀態可分為固膜、液膜、汽膜三類，目前大規模應用的多為固膜。固膜目前主要以高分子合成膜為主，它可以是致密或是多孔的，可以是對稱或非對稱的。另外，以無機物為膜材料的分離膜近年來也發展迅速。液膜分乳狀液膜和帶支撐的液膜兩類，它們主要用于廢水處理和某些氣體分離等。氣膜分離現在尚處于實驗研究階段。

膜有幾種通用分類。按膜的材料分類，膜可分為天然膜和合成膜。天然膜指生物膜與天然物質改性或再生而制成的膜。合成膜指無機膜與高分子聚合物膜。按膜的結構性分類，膜可分為多孔膜和非多孔膜和液膜。多孔膜指微孔介質與大孔膜。非多孔膜指無機膜與聚合物膜。而多孔膜和非多孔膜也可按晶型區分為結晶型和無定型兩種。液膜指無固相支撐型，又稱乳化液膜，有固相支撐膜，又稱固定膜或支撐液膜。當然，除此之外，還可按膜的用途、膜的作用機理等將它們分類。膜材料的制備

高分子膜的制備方法及其工藝條件的控制是獲得穩定膜結構和優異膜性能的關鍵技術，眾所周知，高分子膜材料具有易加工、結構難控制的特點。目前高分子分離膜材料制膜方法有浸沒沉淀相轉化法、應力場下熔融擠出-拉伸制備聚烯烴微孔膜、熱誘導相分離法制備聚合物微孔膜、聚合物與無機支撐復合膜的制備技術等。

2.1 浸沒沉淀相轉化法

相轉化法制膜指配置一定組成的均相聚合物溶液，通過一定的物理方法改變溶液的熱力學狀態，使其從均相的聚合物溶液發生相分離，最終變成一個三維大分子網絡式的凝膠結構。而相轉化制膜法根據改變溶液熱力學狀態的物理方法的不同，可以分為以下幾種：溶劑蒸發相轉化法、熱誘導相轉化法、氣相沉淀相轉變法和浸沒沉淀相轉變法。

下面我們主要介紹浸沒沉淀相轉變法。在浸沒沉淀相轉化法制膜過程中，聚合物溶液先流延于增強材料上或從噴絲口擠出，而后迅速浸入非溶劑浴中，溶劑擴散浸入凝固浴，而非溶劑擴散到刮成的薄膜內，經過一段時間，溶劑和非溶劑之間的交換達到一定程度，聚合物溶液變成熱力學不穩定溶液，發生聚合物溶液的液-液相分離或液-固相分離，成為兩相，我們稱之為聚合物富相和聚合物貧相，聚合物富相在分相后不久就固化構成膜的主體，貧相則形成所謂的孔。浸入沉淀法至少涉及聚合物、溶劑、非溶劑三個組分，為適應不同應用過程的要求，又常常需要添加非溶劑、添加劑來調整鑄膜液的配方以及改變制膜的其他工藝條件，從而得到不同的結構形態和性能的膜。所制成的膜可以分為兩種構型：平板膜和管式膜。平板膜用于板框式和卷式膜器中，而卷式膜主要用于中空纖維、毛細管和管狀膜器中。

2.1.1平板膜

制備平板膜時，往往是先用刮刀把聚合物制膜液刮在無紡布、聚酯、玻璃、金屬板等支撐物上形成溶液薄膜，再將支撐物與溶液薄膜一并浸入凝固浴中。聚合物溶液中的溶劑與凝固浴中非溶劑通過界面交換，首先在表面固化成膜，隨后向膜內部擴展，使溶液中聚合物析出固化得到平板膜，沉淀后得到的膜可以直接使用，也可以經過后處理。制備條件包括：聚合物濃度、蒸發時間、濕度、溫度、鑄膜液組成、凝固浴組成等，這些條件大體決定了膜的形態結構和基本性能，也決定了膜的應用場合。

2.1.2 管狀膜

管狀膜根據規格的不同可以大致分為三種：中空纖維膜、毛細管膜和管狀膜。中空纖維和毛細管膜有三種不同的制備方法：濕紡法，熔融紡絲法和干紡法。其中干-濕法紡絲是由聚合物、溶劑、添加劑組成的制膜溶液經過濾后用泵打入噴絲頭，以圍繞由噴絲頭中心供給的線狀芯液周圍形成管狀液膜的形式被擠出，經“空氣間隙”被牽引、拉伸到一定的徑向尺寸后浸入凝固浴固化成中空纖維，再經洗滌等處理后被收集在導絲輪。凝固是從內側、外側兩個表面同時發生，形成雙皮層結構。管狀膜的制備工藝完全不同于中空纖維和毛細管膜。管狀膜是加壓于一個裝有聚合物溶液的貯罐，使溶液沿一個中空管流下，在此刮管下部有一個帶小孔的“刮膜棒”，在其內壁上被刮上一層聚合物薄膜，然后將此管浸入凝固浴中，此時所刮涂上的溶液沉淀，從而形成管狀膜。

2.2 應力場下熔融擠出-拉伸制備聚烯烴微孔膜 聚烯烴微孔膜主要是利用熱致相分離和熔融擠出-拉伸工藝制備。在熱致相分離過程中，高聚物與稀釋劑混合物在高溫下形成均相熔體，隨后在冷卻時發生固-液或液-液相分離，稀釋劑所占的位置在除去后形成微孔。而在熔融擠出-拉伸過程中，以純高聚物融體進行熔融擠出，微孔的形成主要與聚合物材料的硬彈性有關系，在拉伸過程中，硬彈性材料垂直于擠出方向平行排列的片晶結構被拉開形成微孔，然后通過熱定型工藝固定此孔結構。

2.3 熱誘導相分離法制備聚合物微孔膜

熱誘導相分離法是將聚合物與高沸點、低分子量的稀釋劑在高溫時形成均相溶液降低溫度又發生固-液或液-液相分離，而后脫除稀釋劑就成為聚合物微孔膜。熱誘導相分離法制備微孔膜擴寬了膜材料的范圍，可得到各式各樣的微孔結構。通過改變制備條件可以得到蜂窩狀結構或網狀結構。

熱誘導相分離法制備微孔膜主要有溶液的制備、膜的澆鑄和后處理三步，具體為：

一、聚合物與高沸點、低分子量的液態稀釋劑或固態稀釋劑混合，在高溫時形成均相溶液

二、將溶液制成所需要的形狀

三、溶液冷卻，發生相分離

四、除去稀釋劑

五、除去萃取劑得到微孔結構。聚合物稀釋劑溶液可在塑料擠出機中形成，溶液按預定形狀被擠出并澆在控溫的滾筒上，由于滾筒溫度低，溶液立即分相并固化，然后經溶劑萃取脫去稀釋劑，干燥檢測并卷繞成產品。

2.4 聚合物與無機支撐復合膜的制備技術

復合膜按結構可以分為三種：無機物填充聚合物膜，聚合物填充無機膜，無機有機雜聚膜。聚合物填充無機膜制備方法有聚合物溶液沉淀相轉化法和表面聚合法。表面聚合法是通過化學方法使聚合物復合在無機支撐膜的表面或孔中。而這種方法包括兩種，一是直接在無機膜表面進行單體的共聚或均聚，無機膜和聚合物膜之間是物理相互作用，二是對無機膜表面進行改性，使無機膜表面具有活性部位，然后通過活性部位進行單體的接枝聚合，這里無機膜和聚合膜之間是通過化學鍵相互連接。膜的應用 膜技術現已應用在我們生活的各個方面，如廢水處理環境凈化、醫療、醫學和食品加工生物工程方面等等。現在我們主要談談膜技術在水處理和醫學方面的顯著作用。

3.1 膜技術在水處理方面的應用

3.1.1 一般的廢水處理

對于一般的廢水，根據凈化后水質的要求，需要選擇合適的膜去除水中的污染物。根據水中粒子從大到小，可選用的膜技術有微濾、超濾、納濾、反滲透等。有效孔徑在1nm-10nm之間的膜稱為微孔膜，其中隨著孔徑的由小變大，又分為超濾膜和微濾膜等。一般認為，微濾膜的有效孔徑范圍為0.1-10um。對超濾膜，一般認為其有效孔徑在1-0.2um之間。微孔膜凈化系統一般由絮凝預過濾、活性炭吸附和微孔膜過濾三部分組成。微孔膜組件可分為兩類：一類為平板膜折疊式濾芯；另一類為中空纖維膜濾芯，膜孔徑為0.1-0.45um的微裂紋型結構，膜材料為聚丙烯、聚乙烯、聚砜等。

微濾膜能濾去水中顆粒懸浮物、細菌、原生動物孢囊及卵囊蟲等微生物，提供優質凈化水，達到飲用目的。采用孔徑小于0.1um的超濾膜可去除水中粒徑在0.1um以上的懸浮顆粒和細菌，結合活性炭吸附、紫外輻射等工藝，可生產可直接飲用的水。目前工業上已廣泛應用超濾膜作為水凈化技術來生產礦泉水、飲料配制用水、藥劑用水、發酵用水、工業循環水。

反滲透和納濾膜在廢水處理中主要能對無機鹽和有機物質的分離與濃縮，反滲透和納濾膜與其他傳統處理方法相結合，如吸附、氧化、生化法等，可以使膜過程比較有效的將化學物質與水分開，而被反滲透納濾所截留的化學物質可以在過程中被濃縮20-50倍。因此可以回收利用徹底處理，它的透過液則可以循環使用或用于沖洗、綠化用水等。

3.1.2 處理采出水和油田注水

采出水是開采石油過程中隨原油一同采出地面的地層水，含有原油、懸浮物等組分。油田注水是注入地下將油壓出的水，國內不同的單位對回注水水質有不同要求，比如低滲透油層的注水標準為含油小于5mg/L，懸浮固體小于1mg/L，粒徑小于2um的顆粒占總顆粒體積的80%以上。微濾膜技術是處理油田注水和采出水的主要方法。通常使用的高分子微濾膜材料有PP、PSF中空纖維膜等，無機膜主要是陶瓷微濾膜。

3.1.3 果汁飲料的澄清

果汁的澄清是指除去果膠、細菌及粗蛋白質等會引起果汁液的澄清，得到的果汁品質優良，比傳統的過濾加巴氏滅菌生產的果汁更具有芳香味。研究中發現，使用截留分子量為5×100000的聚砜中空纖維膜便可除去所有懸浮物。用孔徑為0.45um的聚四氟微孔濾膜除去肝復舒口服液中的雜質，效果良好。另外，我國制糖工業也成功采用孔徑為0.45um微濾膜消除糖液中的渾濁物質，在提高糖的色度方面已取得良好效果。

3.2 膜技術在醫療、醫學方面的應用

首次在醫療衛生中應用微濾膜起源于G.Mueller及Hamburg大學衛生學研究所的研究人員首次將膜用于細菌的培養和過濾。迄今為止，將微濾膜用于除菌消毒及溶液中微粒的去除仍然是微濾膜在醫學上的一個重要的應用領域。

3.2.1 人工肺

人工肺分為氣泡式人工肺和膜式人工肺，主要用于胸腔手術和肺功能不全患者的輔助治療。但是氣泡式人工肺易發生氣泡進入動脈而可能導致人發生危險。而采用膜式充氧技術的膜式人工肺，不存在上述弊端。

人膜式人工肺早期使用的是PTFE膜。1963年，Bodell首先用硅橡膠制造了毛細管型膜式氧合器，目前已得到大規模的臨床應用。前述的膜式充氧器作為人工肺是微孔膜在醫療中的主要應用之一。

3.2.2 藥物生產過程中去除菌及固懸物

微濾膜、超濾膜除了用于對藥液本身進行過濾、去除藥物及注射針劑中細菌和微粒外，還用于制藥用水的純化和制備，用氣的純化和其他消毒過程。可解決熱壓滅菌法中細菌尸體仍留在藥液中的問題。

藥品在儲存、運輸、使用過程中均有可能被污染，同時多種藥物的配合也會產生粒子，可用微濾、超濾作為藥液進入人體之前凈化處理的終端。對于熱敏性藥物，如胰島素、輔酶A、細胞色素C、疫苗、抗生素、診斷血管注射劑和各類血液制品及組織培養液等，不能用加熱或化學法滅菌，微濾膜過濾技術除菌是最佳的選擇。其優點在于不改變藥物原來的性質，細菌尸體可以被膜截留而脫除，而且便于實現藥物生產的機械化和自動化。

3.2.3 藥物檢驗與疾病診斷

微濾膜還用于藥品的無菌檢驗，目的是檢查藥品制劑滅菌是否徹底。由于微濾膜的分離作用，微生物可以將從一切有害于其生長繁殖的可溶性成分中分離出來并得到富集，這是微濾技術用于化驗和疾病診斷的技術基礎。可采用微濾技術的方面有以下兩個。一是癌癥的早期診斷。采用微濾技術過濾大量體液以收集為數甚少的癌細胞，這些癌細胞在濾膜上固定染色后其形態和結構便清晰等顯現出來，有助于癌癥的早期診斷。這種方法也同樣適用于血液、腦脊液、痰液等方面的檢查。二是細菌的快速檢測。細菌被截留在膜表面上，經熒光抗體染色后用熒光顯微鏡直接進行鏡檢技術和菌種鑒定，從而可以省去接種、培養等繁瑣的步驟和時間。

3.2.4 血漿分離

血清蛋白或抗血友病因子等血液制品都是從血漿中經過分離和提純后得到的。傳統的血漿分離過程是首先將捐獻者的血液收集到塑料袋內。然后采用離心技術對紅細胞和血漿進行分離。移去上層的血漿后，紅細胞被回輸到血液捐獻者體內以便于每周三次從同一捐獻者體內提取血漿。將微濾技術用于血漿分離可以實現血液連續流動血漿分離。即血液不斷從捐獻者的體內流出，經過微濾膜分離器，在血漿分離的同時將紅細胞回輸到體內，如此形成一個血漿連續分離的過程。同傳統的血漿分離法相比，采用連續膜分離技術直接對人體血液分離有兩個明顯的優勢：由于血液不必再被收集到塑料袋內而減少了交叉感染的幾率；采集血漿所需的時間被大幅度地縮短。用于血漿分離的微濾膜的孔徑太大或太小都不合適。孔徑太大會導致非溶血紅細胞泄漏，孔徑太小則會阻礙部分高分子量血漿蛋白的濾過。比較合適的微濾膜孔徑約為0.6um。另外，必須控制血液流動的速度以取得良好的分離效果。實驗證明，通量和溶血均隨血液流動速度的增加而提高，因此血流速度的提高有最大值，在該最大值以上而引起的溶血程度將無法接受。血漿分離不僅可用于血庫采集血漿，也可以用于對某些疾病的治療。血漿交換療法是用置換或凈化過的血漿將血細胞組分回輸入患者體內以達到清除患者血漿中有害組分的治療方法。這種療法在治療各種自免疫疾病和失重導致的肌肉衰弱癥等方面獲得各種自免疫疾病和失重導致的肌肉衰弱癥等方面獲得了令人矚目的成功。該技術對于擴散性胸癌、肝昏迷及免疫代謝紊亂患者的臨床治療也有一定成效。此外，該技術還可用于對藥物過量患者或藥物中毒患者實施排毒治療。

4結論

膜分離材料是以化學、物理、材料、力學、化工過程等學科為基礎，它的研究與發展具有多學科交叉的顯著特點。而高分子材料具有分子鏈柔順、可加工性好、價廉以及便于分子設計等特點，因此成為應用最廣泛的膜分離材料。本文介紹了以高分子材料為主的一些常見的膜制備方法及其相應的應用。但是用高分子材料制膜過程中有結構不易控制的問題。目前，膜分離技術在我國的石油化工、制藥、生化、環境、能源、電子、冶金、輕工、食品、海水淡化、醫療等領域已獲得有效而廣泛的應用。它也有力地帶動了相關行業的科技進步，成為實現我國國民經濟可持續發展戰略的重要組成部分。然而，我國在膜分離技術的關鍵部件-膜材料和器件方面，與世界先進水平之間的差距仍然很大，許多膜材料仍然依賴進口。因此，我國必須大力加強膜材料的基礎研究，加快膜材料的產業化步伐。

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