微滤 超滤 纳滤

1、微滤、超滤、纳滤膜分离技术膜分离技术 膜分离定义：膜分离定义： 膜分离过程以选择性透过膜为分离介质，当膜膜分离过程以选择性透过膜为分离介质，当膜两侧存在某种推动力两侧存在某种推动力(如压力差、浓度差、电位差如压力差、浓度差、电位差等）时，原料侧组分选择性地透过膜，以达到分离、等）时，原料侧组分选择性地透过膜，以达到分离、提纯的目的。提纯的目的。 通常膜原料侧称膜上游，透过侧称膜下游。不通常膜原料侧称膜上游，透过侧称膜下游。不同的膜过程使用的膜不同，推动力也不同。同的膜过程使用的膜不同，推动力也不同。膜分离技术在分离物质过程中膜分离技术在分离物质过程中不涉及相变，对能量不涉及相变，对能量要求低要

2、求低，其费用约为蒸发浓缩或冷冻浓缩的，其费用约为蒸发浓缩或冷冻浓缩的1/31/31/81/8，因此和蒸馏、结晶、蒸发等需要输入能量的，因此和蒸馏、结晶、蒸发等需要输入能量的过程有很大差异；过程有很大差异；膜分离的膜分离的条件一般都较温和条件一般都较温和，对于热敏性物质复杂，对于热敏性物质复杂的分离过程很重要，这两个因素使得膜分离成为生的分离过程很重要，这两个因素使得膜分离成为生化物质分离的合适方式：化物质分离的合适方式：无化学变化无化学变化 ：典型的物理分离过程，不用化学试典型的物理分离过程，不用化学试剂和添加剂，产品不受污染；剂和添加剂，产品不受污染；膜分离技术的优点膜分离技术的优点选择性好

3、选择性好 可在分子级内进行物质分离，具有普遍可在分子级内进行物质分离，具有普遍滤材无法取代的卓越性能；滤材无法取代的卓越性能；适应性强适应性强 处理规模可大可小，可以连续也可以间处理规模可大可小，可以连续也可以间歇进行，工艺简单，操作方便，结构紧凑、维修费歇进行，工艺简单，操作方便，结构紧凑、维修费用低，易于自动化用低，易于自动化。 表一表一 几种主要分离膜的分离过程几种主要分离膜的分离过程膜过程膜过程推动力推动力膜类型膜类型透过物透过物截留物截留物微滤微滤压力差压力差纤维多孔膜纤维多孔膜0.110m水、溶剂溶解物水、溶剂溶解物悬浮物颗粒悬浮物颗粒超滤超滤压力差压力差非对称性膜非对称性膜 0n

4、m水、溶剂小分子水、溶剂小分子胶体和超过胶体和超过截留分子量截留分子量的分子的分子纳滤纳滤压力差压力差Donna效应效应复合膜复合膜1nm水、一价离子、水、一价离子、多价离子多价离子有机物有机物一、微一、微 滤滤(MF)(MF)以多孔薄膜为过滤介质，以多孔薄膜为过滤介质，压力差压力差为推动力，利用为推动力，利用筛分原理使不溶性粒子（筛分原理使不溶性粒子（0.1-10 m）得以分离）得以分离的操作。操作压力的操作。操作压力0.05-0.5MPa。 微滤膜的应用 在工业发达国家，从家庭生活到尖端技术都在不同程度上应用MF技术，其主要用于无菌液体的制备、生物制剂的分离、超纯水的制备以及空气的过滤、生

5、物及微生物的检测等方面。. 在医疗卫生领域中的应用 主要体现在药用水（包括纯净水、注射用水）的过滤、小针剂及眼药液的精滤及终端过滤，血液过滤，中草药液、后发酵液的澄清过滤，空气、蒸汽的过滤等。在制药工业中，终端过滤的选择相当关键，其去除效率取决于选择合适的滤膜材料、膜孔径及流程。. 在生物化学和微生物研究中的应用 利用不同孔径的MF膜收集细菌、酶、蛋白、虫卵等提供分析。利用膜进行生物培养时，可根据需要在培养过程中变换培养基，以达到多种不同的目的，并可进行快速检验。因此，MF技术已被用于水质检验、临床微生物标本的分离、溶液的澄清、酶活性的测定等。. 在食品饮料工业领域中的应用 MF技术普遍用于酒

6、类、饮用水、茶饮料、果汁、奶制品、碳酸饮料的澄清和除菌过滤。如用孔径小于0.5m的微孔滤膜（滤芯过滤器）对啤酒和酒进行过滤后，可脱除其中的酵母、霉菌和其他微生物。经这样处理的产品清澈、透明、存放期长，且成本低。 我国经多年努力，已研制出多种材质的系列孔径的MF膜元件，并形成产业化规模，已广泛用于国内各大著名的饮料生产商，如旭日升、汇源果汁、农夫果汁等企业。原料原料糖化糖化发酵发酵后发酵后发酵硅藻土过滤硅藻土过滤膜过滤膜过滤缓冲罐缓冲罐膜过滤膜过滤罐装罐装鲜生啤酒生产中膜过滤流程鲜生啤酒生产中膜过滤流程. 在电子工业中的应用 电子工业使用的流体包括气体和液体，过滤器大致分为气体过滤器和液体过滤器

7、。气体过滤器采用疏水性MF膜来从主体气体（氮、氧、氢）和特殊气体（如硅烷、胂、磷化氢、氨）中去除粒子。液体过滤器分成化学药剂过滤、光敏抗蚀剂过滤器及去离子水过滤器。 在电子工业中，对去离子水的要求很高，因此应选择洁净度高，滤膜完整性好，孔径均匀的MF膜，否则会影响去离子水的水质，进而导致电子元器件或集成电路板的报废。 MF膜在纯水制备中主要用处有两方面：一是在RO或ED前用作保安过滤器，用以清除细小的悬浮物质；二是在阳/阴或混合交换柱后，作为最后一级终端过滤手段，用它滤除树脂碎片或细菌等杂质。原水原水絮凝沉淀絮凝沉淀砂、无烟煤过滤砂、无烟煤过滤加氯消毒杀菌加氯消毒杀菌预过滤预过滤RO阳床阳床阴

8、床阴床阴阳混床阴阳混床MF用户用户电子工业超纯水制备流程电子工业超纯水制备流程. 在油田注水的应用 在石油开采中，向低渗透油田实行早期注入高质量的水是对低渗透油田补充能量，稳定产量的长期的根本保证。 在石油开采注水工艺中一个核心的环节是如何保证注入水的水质，MF技术在其中已发挥了较大的作用，国内主要用PE烧结微孔管、折叠式MF膜过滤芯及中空纤维UF组件等。 . 在家庭生活中的应用 由于我国城市自来水供给系统在输送过程中的不完善，我们日常饮用的自来水往往存在着二次污染的问题，这对我们的人身健康带灰很大的隐患。采用MF技术制造的家用净水器，通过MF膜的过滤不仅能有效去除水中的铁锈、泥沙等肉眼可见物

9、，还能截留住水中的细菌、大肠杆菌等。 二、超二、超 滤滤(UF)(UF)是以压力为推动力，利用超滤膜不同孔径对液体中溶质进行分离的物理筛分过程。其截断分子量一 般为6000到50万，孔径为几十nm，操作压0.2-0.6MPa。 超滤膜的应用超滤膜的应用 超滤从超滤从7070年代起步，年代起步， 9090年代获得广泛应用年代获得广泛应用, ,已成为应用领域最广的技术。已成为应用领域最广的技术。 u蛋白、酶、蛋白、酶、DNADNA的浓缩的浓缩u脱盐脱盐/ /纯化纯化u梯度分离（相差梯度分离（相差1010倍）倍）u清洗细胞、纯化病毒清洗细胞、纯化病毒u除病毒、热源除病毒、热源超滤装置示意图超滤装置示

10、意图例蛋白酶液蛋白酶液恒流泵恒流泵平板式平板式超滤膜超滤膜P出出背压阀背压阀超滤过程示意图：超滤过程示意图：P进进透出液透出液截留液截留液 三、纳滤三、纳滤(NF)Z纳滤技术是反渗透膜过程为适应工业软化水的需求纳滤技术是反渗透膜过程为适应工业软化水的需求及降低成本的经济性不断发展的新膜品种，以适应及降低成本的经济性不断发展的新膜品种，以适应在较低操作压力下运行，进而实现降低成本演变发在较低操作压力下运行，进而实现降低成本演变发展而来的。展而来的。Z膜组器于膜组器于8080年代中期商品化。纳滤膜大多从反渗透年代中期商品化。纳滤膜大多从反渗透膜衍化而来。膜衍化而来。Z纳滤纳滤 (NF(NF，Nan

11、ofiltrationNanofiltration) )是一种介于反渗透和超是一种介于反渗透和超滤之间的压力驱动膜分离过程。滤之间的压力驱动膜分离过程。Z纳滤分离范围介于反渗透和超滤之间，截断分子量纳滤分离范围介于反渗透和超滤之间，截断分子量范围约为范围约为3003001000 1000 ，能截留透过超滤膜的那部分，能截留透过超滤膜的那部分有机小分子，透过无机盐和水。有机小分子，透过无机盐和水。纳滤膜的特点u纳滤膜的纳滤膜的截留率大于截留率大于95%95%的最小分子约为的最小分子约为nm,nm,故称故称之为纳滤膜。之为纳滤膜。u从结构上看纳滤膜大多是从结构上看纳滤膜大多是复合膜复合膜，即膜的表

12、面分离，即膜的表面分离层和它的支撑层的化学组成不同。其表面分离层由层和它的支撑层的化学组成不同。其表面分离层由聚电解质构成。聚电解质构成。u能透过一价无机盐，能透过一价无机盐，渗透压远比反渗透低渗透压远比反渗透低，故操作，故操作压力很低。达到同样的渗透通量所必需施加的压差压力很低。达到同样的渗透通量所必需施加的压差比用比用RORO膜低膜低0.50.53 3 MPaMPa，因此纳滤又被称作，因此纳滤又被称作“低压低压反渗透反渗透”或或“疏松反渗透疏松反渗透”( Loose RO )( Loose RO )。1.1.筛分：筛分：对对Na+和和Cl-等单价离子的截留率较低，等单价离子的截留率较低，但

13、对但对CaCa2+2+、MgMg2+2+、SOSO4 42-2-截留率高，对色素、染料、截留率高，对色素、染料、抗生素、多肽和氨基酸等小分子量抗生素、多肽和氨基酸等小分子量（200-1000）物质可进行分级分离，实现高相对分子量和低相物质可进行分级分离，实现高相对分子量和低相对分子量有机物的分离。对分子量有机物的分离。2. Donnan效应：效应：纳滤膜本体带有电荷性，对相纳滤膜本体带有电荷性，对相同电荷的分子（阳离子）具有较高的截留率。同电荷的分子（阳离子）具有较高的截留率。u低压力下仍具有较高脱盐性能；低压力下仍具有较高脱盐性能；u分离分子量相差不大但带相反电荷的小分子分离分子量相差不大但

14、带相反电荷的小分子（短肽、氨基酸、抗生素）。（短肽、氨基酸、抗生素）。纳滤膜的分离机理纳滤膜的分离机理纳滤膜分离机理示意图纳滤膜分离机理示意图1112+2-(纳滤膜由于截留分子量介于超滤与反渗透之间，同时还存纳滤膜由于截留分子量介于超滤与反渗透之间，同时还存在在DonnanDonnan效应，广泛应用于制药、食品等行业中。效应，广泛应用于制药、食品等行业中。(同时水在纳滤膜中的渗透速率远大于反渗透膜，所以当需同时水在纳滤膜中的渗透速率远大于反渗透膜，所以当需要对低浓度的二价离子和分子量在要对低浓度的二价离子和分子量在500500到数千的溶质进行到数千的溶质进行截留时，选择纳滤比使用反渗透经济。截留时，选择纳滤比使用反渗透经济。( 应用：应用：（1 1）小分子量的有机物质的分离；）小分子量的有机物质的分离； （2 2）有机物与小分子无机物的分离；）有机物与小分子无机物的分离； （3 3）溶液中一价盐类与二价或多价盐类的分离；）溶液中一价盐类与二价或多价盐类的分离； （4 4）盐与其对应酸的分离。）盐与其对应酸的分离。纳滤膜的应用纳滤膜的应用行行 业业处理对象处理对象行行 业业处理对象处理对象制药工业制药工业母液中有效成分的回收母液中有效成分的回收抗菌素的分离纯