膜蒸馏技术简介(摘抄

第一篇：膜蒸馏技术简介(摘抄

膜蒸馏技术简介(摘抄

膜蒸馏技术简介(摘抄)摘自 真空膜蒸馏海水淡化实验研究.王宏涛.天津大学硕士学位论文.1.1膜蒸馏技术简介 1.1.1膜蒸馏概述

膜蒸馏(Membrane Distillation，MD)是在上个世纪八十年代初发展起来的一种新型分离技术，是膜分离技术与传统蒸发过程相结合的新型膜分离过程，它与常规蒸馏一样都以汽液平衡为基础，依靠蒸发潜热来实现相变。它以膜两侧的温差所引起的传递组分的蒸汽压力差为传质驱动力，以不被待处理的溶液润湿的疏水性微孔膜为传递介质。在传递过程中，膜的唯一作用是作为两相间的屏障，不直接参与分离作用，分离选择性完全由气—液平衡决定[1]。膜蒸馏过程是热量和质量同时传递的过程。膜的一侧与热的待处理的溶液直接接触(称为热侧)，另一侧直接或间接地与冷的液体接触(称为冷侧)。由于膜的疏水性，水溶液不会从膜孔中通过，但膜两侧由于挥发组分蒸气压差的存在，而使挥发蒸气通过膜孔，从高蒸气压侧传递到低蒸气压侧，而其它组分则被疏水膜阻挡在热侧，从而产生了膜的透过通量，实现了混合物的分离或提纯。这与常规蒸馏中的蒸发、传质、冷凝过程十分相似，所以称其为膜蒸馏过程如图1-1所示：

1986年意大利、荷兰、日本、德国和澳大利亚的膜蒸馏专家在罗马召开了膜蒸馏研讨会，会上与会专家统一规范了膜蒸馏过程涉及的各种术语，定义膜蒸馏过程应具有以下几种含义：使用的膜是疏水性多孔膜；膜不应被所处理的液体所浸润；溶液中的挥发性组分以蒸汽的形式通过膜孔；膜孔中不发生毛细冷凝现象；组分通过膜的推动力是该组分在膜两侧的蒸汽压差；膜本身不改变处理液各组份的汽—液平衡；膜至少有一侧与所处理液体直接接触；对于任何组分该膜过程的推动力是该组分在气相中的分压差[2,3,4]。膜蒸馏本身的特点决定了该技术与其它分离技术相比有着无法比拟的优点：（1）膜蒸馏过程较其他膜分离过程（反渗透）的操作压力低，几乎是在常压下进行，设备简单、操作方便，在技术力量较薄弱的地区也有实现的可能性。(2)在非挥发性溶质水溶液的膜蒸馏过程中，因为只有水蒸汽能透过膜孔，理论上可以100%截留离子、大分子、胶体、细胞和其它非挥发性物质，所以蒸馏液十分纯净，可望成为大规模、低成本制备超纯水的有效手段。(3)该过程可以处理极高浓度的水溶液，如果溶质是容易结晶的物质，可以把溶液浓缩到过饱和状态而出现膜蒸馏结晶现象，是目前唯一能从溶液中直接分离出结晶产物的膜过程。(4)膜蒸馏组件很容易设计成潜热回收形式，并具有以高效的小型膜组件构成大规模生产体系的灵活性。(5)在该过程中无需把溶液加热到沸点，只要膜两侧维持适当的温差，该过程就可以进行，操作温度比传统的蒸馏低，有可能利用太阳能、地热、温泉、工厂的余热和温热的工业废水等廉价能源[2]。

但是膜蒸馏作为一种新的分离技术也还有许多不完善之处，比如：

（1）膜蒸馏与制备纯水的其它膜过程相比，膜的产水通量较低，迄今还没有开发出较成熟的膜蒸馏用膜的生产技术，且疏水微孔膜，与亲水膜相比在膜材料和制备工艺的选择方面都十分有限；（2）运行过程中膜的污染不仅导致膜的通量下降，更为严重的是加速了膜的润湿，使盐渗漏进入淡水侧，从而使淡水品质下降；（3）缺乏有效的热量的回收手段，膜蒸馏是一个有相变的膜过程，汽化潜热降低了热能的利用率，所以在组件的设计上必需考虑到潜热的回收，以尽可能减少热能的损耗，与其他膜过程相比，膜蒸馏在有廉价能源可利用的情况下才更有实用意义。1.1.2膜蒸馏的分类与特点

根据挥发性组分在膜冷侧冷凝方式的不同，膜蒸馏可分为四种不同结构和操作方式[5]（如图1-2所示），即：直接接触式膜蒸馏(DCMD)、气隙式膜蒸馏(AGMD)、吹扫式膜蒸馏(SGMD)和真空膜蒸馏(VMD)。

在直接接触式膜蒸馏[6-15]中透过侧的冷却纯水和膜上游侧的溶液都与膜直接接触，在膜两侧温差引起的水蒸气压力差驱动下传质，透过的水蒸气直接进入冷却的纯水中冷凝。直接接触膜蒸馏的过程装置和运行都比较简单，但是上下游的流体仅有一层薄膜相隔，热量很快从上游传递到下游，最后达到热平衡。冷测需要持续制冷，热侧需要持续加热，因而热利用效率较低。但过程所需要的附属设备最少，操作比较简单，最适用于透过组分为水的应用场合，例如：脱盐、水溶液（果汁）浓缩等。气隙式膜蒸馏[27-35]的透过侧空气与膜接触，增加了热传导的阻力，大大降低了传导热量的损失，但是同时传质阻力也增加。气隙式膜蒸馏的传质机理主要是以分子扩散为主的，但由于透过侧空气的存在，会使膜孔中存在滞留空气，透过蒸汽在穿过膜孔时的阻力增加。与膜接触的气层厚度一般为膜厚度的10~100倍，空气可以视为静止膜，也会使传质阻力增大，导致透过的通量很小。在去除水溶液中的微量易挥发性组分方面占有优势。吹扫气膜蒸馏[37,38,39]同气隙式膜蒸馏一样适用于除去水溶液中的微量易挥发性组分。在吹扫气膜蒸馏中，透过侧为流动气体，克服了气隙式膜蒸馏中静止空气层产生传质阻力的缺点，同时保留了气隙式膜蒸馏中较高的热传导阻力的优点，但是在收集透过侧组分方面存在较大困难，操作过程中为了减少传质阻力，要减小传质边界层的厚度，相应需要较高的吹扫气体速度，操作压力随之升高，目前研究工作相对较少。在真空膜蒸馏[40-57]中，膜的一侧与进料液体直接接触，另一侧的压力保持在低于进料平衡的蒸气压之下，透过的水蒸气被抽出组件外冷凝，增大膜两侧的水蒸气压力差，可得到较大的透过通量，常常应用于去除稀释溶液中的易挥发性组分。由于在VMD过程中，透过侧为真空，水蒸气分子与孔壁的碰撞占主要优势，以努森扩散为主，热传导损失可以忽略不计。因此，真空膜蒸馏的传质压力差较大，传质驱动力大，透过气体的传质阻力较小，膜两侧的绝对压力差较大，与其它分离过程相比，膜通量也具有很大的优势，所以近年来，在脱盐、废水回收方面的研究日益增多。1.1.3膜蒸馏的发展历程

膜蒸馏技术发展到今天大致经历了三个阶段：概念提出阶段（19世纪60年代—19世纪70年代）、初步发展阶段（19世纪80年代—19世纪90年代）、高速发展阶段（19世纪90年代至今）。

膜蒸馏的概念是在1963年Bodell[58]的一篇专利中首先提出来的，他将膜蒸馏描述为“一种可将不可饮用水流体转化为可饮用水的装置和技术”，并指出可用抽真空的方式将渗透蒸汽从装置中移走，但是他并没有指出膜的结构与孔径，也没有给出结果和定量分析。1964年，Weyl[59]发现采用空气填充的多孔疏水膜可在蒸汽压系统内从含盐水中回收去离子水，这个致力于提高脱盐效率的新工艺在1967年被授予美国专利，专利宣称这个用于脱盐的改进方法和改进设备能在最小的外部能量要求和最小的资金和厂房花费下运作。Weyl建议将热的溶液和冷的渗透物都与膜直接接触，以消除气隙，他采用的是厚3.2mm，孔径9μm，孔隙率42%的PTFE膜，所获得的膜蒸馏通量达到了1kg/m2?h，这与当时反渗透5～75kg/m2·h的通量有很大的差距，因此在60年代末人们对膜蒸馏的兴趣逐渐减弱。Findley[60]是第一个公开发表膜蒸馏结果的人，60年代后期他以纸、胶木、玻璃纤维、玻璃纸、尼龙、硅藻土等作为膜材料进行直接接触膜蒸馏实验，其中大部分材料用硅树脂、特氟龙或防水剂处理过，以增强膜的疏水性。实验定性地描述了膜孔中存的在空气、膜的厚度、导热热损失和空隙率对膜蒸馏的影响，并且首次说明了膜蒸馏所用膜材料的一些重要特性：热阻高、厚度小、液体进入压力大、高空隙率及弯曲因子较小。Findley预言，如果能够找到低价位、耐高温、长寿命并且特性理想的膜，膜蒸馏不仅可以用于海水淡化，还会是一种经济可行、用途广泛的蒸发方法。早期的膜蒸馏过程设计中，Rodger[61,62,63]的工作最为出色，他在1968－1975年间有多项专利被批准。有几项专利研究改善热量回收系统，如一项设计中使用带波纹的换热片，以提高对流传热效果。1971年的专利设计了多效膜蒸馏，以分离挥发性不同的组份，如重水的分离。1972年的专利设计了膜蒸馏的脱盐工艺，是包含了料液脱气、膜表面处理等工序在内的完整系统。使用的膜囊括PTFE、PP、PVDF以及疏水处理后的亲水膜。1975年的专利改变了研究方向，设计了家用饮水机。

19世纪80年代起以企业为主的研发带动了膜蒸馏技术前所未有的发展。80年代早期，由于新的制膜技术的出现，人们又开始对膜蒸馏产生兴趣，因为这时可以制得高达80%孔隙率和50μm厚的膜，比Weyl和Findley在60年代所用的膜，渗透通量提高了100倍。膜组件设计的改进及进一步认识温度和浓度极化对MD性能的影响，也促使人们恢复对膜蒸馏的关注，同时也使膜蒸馏更具竟争力。

Gore和Associacs公司[64]（美国）、Swedish Development Co.[65,66]和EnkaAG.[67-69]（德国）从商业应用的角度开发他们的测试膜蒸馏系统。如Gore开发出了一种卷式膜组件用于“Gore-Tex膜蒸馏”，最终由于其热传递差的技术原因及成本过高，Gore在其即将商品化之前放弃了这一计划。值得注意的是，有人使用Gore-Tex膜完成了中试，认为膜蒸馏用于脱盐尚需两个条件：膜成本大幅度下降，提高热量回收热交换器的传热效果[70]。几乎同时瑞典National Development Co.公布了他们研制的膜蒸馏系统，包括样机运行情况[71]，采用了板框结构的膜蒸馏，但同样未进入市场。EnkaAG开发了中空纤维膜组件的“传递膜蒸馏”，Kjellander提交了气隙膜蒸馏用于脱盐的专利[72]。80年代末，Enka公司宣称制造了一种可用于商业生产的MD系统。这个阶段MD在许多领域只能是一个有竞争的系统，还不能够可顶替别的技术。学术界对MD兴趣的增强，是因为该过程的多样性及MD研究能产生“有利于环境”的结果。

80年代大量发表的膜蒸馏文献主要集中于过程机理研究，这些研究将常规的传递理论应用于膜蒸馏，分析流体温度、流量、压力等操作参数的影响，建立了传热传质模型。特别对膜传质过程做了很多理论研究，从理论上明确了膜结构参数对渗透通量的影响。这一时期膜蒸馏技术的应用研究也取得了相当重要的成果，研究者开发了诸如脱盐、溶液浓缩、废水处理、非常规分离等诸多领域的膜蒸馏应用。值得一提的是Shneider[73]和Schofield[74]等人用直接接触式膜蒸馏进行脱盐分别得到了足以同反渗透竞争的高达75kg/m2·h的跨膜通量；Lawson[75]等人通过优化膜组件的设计和采用性能优良的膜，将跨膜通量提高到了反渗透技术的2～3倍。但就通量大小来说，膜蒸馏过程同反渗透相比已经具有了很大的优势，同时膜蒸馏技术还具有能耗低、操作条件温和、可利用废热等诸多优势。人们在这一领域取得的成果足以让该技术在工业脱盐竞争中占有一席之地。

自90年代以后，学术界对膜蒸馏的兴趣由于其广泛的应用范围和对多重工程概念的涵盖而被迅速催化，研究文章每年迅速递增。随着研究的深入，膜蒸馏的优势也逐渐被揭示出来，各国对于膜蒸馏技术的研究与开发的关注逐年升温，特别是西方发达国家和一些大公司都在相当程度上加大了对膜蒸馏研发的投入，都希望能够拥有其知识产权，以期收获它带来的丰厚利润和和战略利益。

这一阶段膜蒸馏机理的研究并无重大突破，许多研究只是以前工作的进一步核实。机理研究大都集中在极化现象的影响及通过各种方式削弱极化现象，这是许多膜分离技术遇到过的工程问题，反映出膜蒸馏技术逐步进入实用化阶段的趋势。该阶段代表性的研究工作比如Lawson[76]从统计力学观点分析了蒸汽分子通过微孔疏水膜的过程，用尘气模型（dusty gas model）统一了膜蒸馏各种情况下的透膜传质过程。（待续）

第二篇：膜蒸馏技术

膜蒸馏技术简介

1.1膜蒸馏技术简介 1.1.1膜蒸馏概述

膜蒸馏(Membrane Distillation，MD)是在上个世纪八十年代初发展起来的一种新型分离技术，是膜分离技术与传统蒸发过程相结合的新型膜分离过程，它与常规蒸馏一样都以汽液平衡为基础，依靠蒸发潜热来实现相变。它以膜两侧的温差所引起的传递组分的蒸汽压力差为传质驱动力，以不被待处理的溶液润湿的疏水性微孔膜为传递介质。在传递过程中，膜的唯一作用是作为两相间的屏障，不直接参与分离作用，分离选择性完全由气—液平衡决定[1]。膜蒸馏过程是热量和质量同时传递的过程。膜的一侧与热的待处理的溶液直接接触(称为热侧)，另一侧直接或间接地与冷的液体接触(称为冷侧)。由于膜的疏水性，水溶液不会从膜孔中通过，但膜两侧由于挥发组分蒸气压差的存在，而使挥发蒸气通过膜孔，从高蒸气压侧传递到低蒸气压侧，而其它组分则被疏水膜阻挡在热侧，从而产生了膜的透过通量，实现了混合物的分离或提纯。这与常规蒸馏中的蒸发、传质、冷凝过程十分相似，所以称其为膜蒸馏过程如图1-1所示：

1986年意大利、荷兰、日本、德国和澳大利亚的膜蒸馏专家在罗马召开了膜蒸馏研讨会，会上与会专家统一规范了膜蒸馏过程涉及的各种术语，定义膜蒸馏过程应具有以下几种含义：使用的膜是疏水性多孔膜；膜不应被所处理的液体所浸润；溶液中的挥发性组分以蒸汽的形式通过膜孔；膜孔中不发生毛细冷凝现象；组分通过膜的推动力是该组分在膜两侧的蒸汽压差；膜本身不改变处理液各组份的汽—液平衡；膜至少有一侧与所处理液体直接接触；对于任何组分该膜过程的推动力是该组分在气相中的分压差[2,3,4]。

膜蒸馏本身的特点决定了该技术与其它分离技术相比有着无法比拟的优点：（1）膜蒸馏过程较其他膜分离过程（反渗透）的操作压力低，几乎是在常压下进行，设备简单、操作方便，在技术力量较薄弱的地区也有实现的可能性。(2)在非挥发性溶质水溶液的膜蒸馏过程中，因为只有水蒸汽能透过膜孔，理论上可以100%截留离子、大分子、胶体、细胞和其它非挥发性物质，所以蒸馏液十分纯净，可望成为大规模、低成本制备超纯水的有效手段。(3)该过程可以处理极高浓度的水溶液，如果溶质是容易结晶的物质，可以把溶液浓缩到过饱和状态而出现膜蒸馏结晶现象，是目前唯一能从溶液中直接分离出结晶产物的膜过程。(4)膜蒸馏组件很容易设计成潜热回收形式，并具有以高效的小型膜组件构成大规模生产体系的灵活性。(5)在该过程中无需把溶液加热到沸点，只要膜两侧维持适当的温差，该过程就可以进行，操作温度比传统的蒸馏低，有可能利用太阳能、地热、温泉、工厂的余热和温热的工业废水等廉价能源[2]。

但是膜蒸馏作为一种新的分离技术也还有许多不完善之处，比如：

（1）膜蒸馏与制备纯水的其它膜过程相比，膜的产水通量较低，迄今还没有开发出较成熟的膜蒸馏用膜的生产技术，且疏水微孔膜，与亲水膜相比在膜材料和制备工艺的选择方面都十分有限；（2）运行过程中膜的污染不仅导致膜的通量下降，更为严重的是加速了膜的润湿，使盐渗漏进入淡水侧，从而使淡水品质下降；（3）缺乏有效的热量的回收手段，膜蒸馏是一个有相变的膜过程，汽化潜热降低了热能的利用率，所以在组件的设计上必需考虑到潜热的回收，以尽可能减少热能的损耗，与其他膜过程相比，膜蒸馏在有廉价能源可利用的情况下才更有实用意义。1.1.2膜蒸馏的分类与特点

根据挥发性组分在膜冷侧冷凝方式的不同，膜蒸馏可分为四种不同结构和操作方式[5]（如图1-2所示），即：直接接触式膜蒸馏(DCMD)、气隙式膜蒸馏(AGMD)、吹扫式膜蒸馏(SGMD)和真空膜蒸馏(VMD)。

在直接接触式膜蒸馏[6-15]中透过侧的冷却纯水和膜上游侧的溶液都与膜直接接触，在膜两侧温差引起的水蒸气压力差驱动下传质，透过的水蒸气直接进入冷却的纯水中冷凝。直接接触膜蒸馏的过程装置和运行都比较简单，但是上下游的流体仅有一层薄膜相隔，热量很快从上游传递到下游，最后达到热平衡。冷测需要持续制冷，热侧需要持续加热，因而热利用效率较低。但过程所需要的附属设备最少，操作比较简单，最适用于透过组分为水的应用场合，例如：脱盐、水溶液（果汁）浓缩等。气隙式膜蒸馏[27-35]的透过侧空气与膜接触，增加了热传导的阻力，大大降低了传导热量的损失，但是同时传质阻力也增加。气隙式膜蒸馏的传质机理主要是以分子扩散为主的，但由于透过侧空气的存在，会使膜孔中存在滞留空气，透过蒸汽在穿过膜孔时的阻力增加。与膜接触的气层厚度一般为膜厚度的10~100倍，空气可以视为静止膜，也会使传质阻力增大，导致透过的通量很小。在去除水溶液中的微量易挥发性组分方面占有优势。吹扫气膜蒸馏[37,38,39]同气隙式膜蒸馏一样适用于除去水溶液中的微量易挥发性组分。在吹扫气膜蒸馏中，透过侧为流动气体，克服了气隙式膜蒸馏中静止空气层产生传质阻力的缺点，同时保留了气隙式膜蒸馏中较高的热传导阻力的优点，但是在收集透过侧组分方面存在较大困难，操作过程中为了减少传质阻力，要减小传质边界层的厚度，相应需要较高的吹扫气体速度，操作压力随之升高，目前研究工作相对较少。在真空膜蒸馏[40-57]中，膜的一侧与进料液体直接接触，另一侧的压力保持在低于进料平衡的蒸气压之下，透过的水蒸气被抽出组件外冷凝，增大膜两侧的水蒸气压力差，可得到较大的透过通量，常常应用于去除稀释溶液中的易挥发性组分。由于在VMD过程中，透过侧为真空，水蒸气分子与孔壁的碰撞占主要优势，以努森扩散为主，热传导损失可以忽略不计。因此，真空膜蒸馏的传质压力差较大，传质驱动力大，透过气体的传质阻力较小，膜两侧的绝对压力差较大，与其它分离过程相比，膜通量也具有很大的优势，所以近年来，在脱盐、废水回收方面的研究日益增多。1.1.3膜蒸馏的发展历程

膜蒸馏技术发展到今天大致经历了三个阶段：概念提出阶段（19世纪60年代—19世纪70年代）、初步发展阶段（19世纪80年代—19世纪90年代）、高速发展阶段（19世纪90年代至今）。

膜蒸馏的概念是在1963年Bodell[58]的一篇专利中首先提出来的，他将膜蒸馏描述为“一种可将不可饮用水流体转化为可饮用水的装置和技术”，并指出可用抽真空的方式将渗透蒸汽从装置中移走，但是他并没有指出膜的结构与孔径，也没有给出结果和定量分析。1964年，Weyl[59]发现采用空气填充的多孔疏水膜可在蒸汽压系统内从含盐水中回收去离子水，这个致力于提高脱盐效率的新工艺在1967年被授予美国专利，专利宣称这个用于脱盐的改进方法和改进设备能在最小的外部能量要求和最小的资金和厂房花费下运作。Weyl建议将热的溶液和冷的渗透物都与膜直接接触，以消除气隙，他采用的是厚3.2mm，孔径9μm，孔隙率42%的PTFE膜，所获得的膜蒸馏通量达到了1kg/m2?h，这与当时反渗透5～75kg/m2·h的通量有很大的差距，因此在60年代末人们对膜蒸馏的兴趣逐渐减弱。Findley[60]是第一个公开发表膜蒸馏结果的人，60年代后期他以纸、胶木、玻璃纤维、玻璃纸、尼龙、硅藻土等作为膜材料进行直接接触膜蒸馏实验，其中大部分材料用硅树脂、特氟龙或防水剂处理过，以增强膜的疏水性。实验定性地描述了膜孔中存的在空气、膜的厚度、导热热损失和空隙率对膜蒸馏的影响，并且首次说明了膜蒸馏所用膜材料的一些重要特性：热阻高、厚度小、液体进入压力大、高空隙率及弯曲因子较小。Findley预言，如果能够找到低价位、耐高温、长寿命并且特性理想的膜，膜蒸馏不仅可以用于海水淡化，还会是一种经济可行、用途广泛的蒸发方法。

早期的膜蒸馏过程设计中，Rodger[61,62,63]的工作最为出色，他在1968－1975年间有多项专利被批准。有几项专利研究改善热量回收系统，如一项设计中使用带波纹的换热片，以提高对流传热效果。1971年的专利设计了多效膜蒸馏，以分离挥发性不同的组份，如重水的分离。1972年的专利设计了膜蒸馏的脱盐工艺，是包含了料液脱气、膜表面处理等工序在内的完整系统。使用的膜囊括PTFE、PP、PVDF以及疏水处理后的亲水膜。1975年的专利改变了研究方向，设计了家用饮水机。

19世纪80年代起以企业为主的研发带动了膜蒸馏技术前所未有的发展。80年代早期，由于新的制膜技术的出现，人们又开始对膜蒸馏产生兴趣，因为这时可以制得高达80%孔隙率和50μm厚的膜，比Weyl和Findley在60年代所用的膜，渗透通量提高了100倍。膜组件设计的改进及进一步认识温度和浓度极化对MD性能的影响，也促使人们恢复对膜蒸馏的关注，同时也使膜蒸馏更具竟争力。

Gore和Associacs公司[64]（美国）、Swedish Development Co.[65,66]和EnkaAG.[67-69]（德国）从商业应用的角度开发他们的测试膜蒸馏系统。如Gore开发出了一种卷式膜组件用于“Gore-Tex膜蒸馏”，最终由于其热传递差的技术原因及成本过高，Gore在其即将商品化之前放弃了这一计划。值得注意的是，有人使用Gore-Tex膜完成了中试，认为膜蒸馏用于脱盐尚需两个条件：膜成本大幅度下降，提高热量回收热交换器的传热效果[70]。几乎同时瑞典National Development Co.公布了他们研制的膜蒸馏系统，包括样机运行情况[71]，采用了板框结构的膜蒸馏，但同样未进入市场。EnkaAG开发了中空纤维膜组件的“传递膜蒸馏”，Kjellander提交了气隙膜蒸馏用于脱盐的专利[72]。80年代末，Enka公司宣称制造了一种可用于商业生产的MD系统。这个阶段MD在许多领域只能是一个有竞争的系统，还不能够可顶替别的技术。学术界对MD兴趣的增强，是因为该过程的多样性及MD研究能产生“有利于环境”的结果。

80年代大量发表的膜蒸馏文献主要集中于过程机理研究，这些研究将常规的传递理论应用于膜蒸馏，分析流体温度、流量、压力等操作参数的影响，建立了传热传质模型。特别对膜传质过程做了很多理论研究，从理论上明确了膜结构参数对渗透通量的影响。这一时期膜蒸馏技术的应用研究也取得了相当重要的成果，研究者开发了诸如脱盐、溶液浓缩、废水处理、非常规分离等诸多领域的膜蒸馏应用。值得一提的是Shneider[73]和Schofield[74]等人用直接接触式膜蒸馏进行脱盐分别得到了足以同反渗透竞争的高达75kg/m2·h的跨膜通量；Lawson[75]等人通过优化膜组件的设计和采用性能优良的膜，将跨膜通量提高到了反渗透技术的2～3倍。但就通量大小来说，膜蒸馏过程同反渗透相比已经具有了很大的优势，同时膜蒸馏技术还具有能耗低、操作条件温和、可利用废热等诸多优势。人们在这一领域取得的成果足以让该技术在工业脱盐竞争中占有一席之地。

自90年代以后，学术界对膜蒸馏的兴趣由于其广泛的应用范围和对多重工程概念的涵盖而被迅速催化，研究文章每年迅速递增。随着研究的深入，膜蒸馏的优势也逐渐被揭示出来，各国对于膜蒸馏技术的研究与开发的关注逐年升温，特别是西方发达国家和一些大公司都在相当程度上加大了对膜蒸馏研发的投入，都希望能够拥有其知识产权，以期收获它带来的丰厚利润和和战略利益。

这一阶段膜蒸馏机理的研究并无重大突破，许多研究只是以前工作的进一步核实。机理研究大都集中在极化现象的影响及通过各种方式削弱极化现象，这是许多膜分离技术遇到过的工程问题，反映出膜蒸馏技术逐步进入实用化阶段的趋势。该阶段代表性的研究工作比如Lawson[76]从统计力学观点分析了蒸汽分子通过微孔疏水膜的过程，用尘气模型（dusty gas model）统一了膜蒸馏各种情况下的透膜传质过程。

1.2膜与膜组件

1.2.1膜蒸馏用膜（略）

1.2.2膜组件（略）

1.3膜蒸馏过程的机理

膜蒸馏过程是质量传递伴随热量传递的过程，且传递过程中由于边界层的存在，产生了温度极化和浓度极化。膜污染问题依然是膜蒸馏过程需要面对的主要问题之一。因此，以下将从跨膜传质、跨膜传热、浓度极化、温度极化和膜污染等方面来描述。（略）

1.3.4膜污染

和其它膜过程一样，膜蒸馏装置长期运行后会出现通量衰减的现象这主要是由膜污染造成的。膜污染通常表现在以下两个方面：一个是污染物将膜孔封堵，另一个是膜孔被润湿。造成膜污染的原因是多方面的，如膜表面细菌的生长，或由于料液浓度过高(特别是料液接近于饱和时)在膜表面形成垢层，从而导致膜孔被堵或被润湿，或料液中存在的颗粒或胶体物质由于界面张力的作用而更多地出现在汽、液界面处以及料液中含有表面活性剂等能够改变膜表面张力的化学成分等。所有这些原因对料液侧的传递过程形成新的阻力，造成通量衰减，或者导致膜的渗漏现象。膜孔润湿被认为是膜蒸馏过程中最严重的膜污染，因为膜蒸馏只能在膜孔道不被润湿的情况下才能进行。材料疏水性取决于膜表面单位面积的自由能，但平均的表面能并不能满意地描述一个真实的表面，若在分子尺度上一部分一部分地检验固体的表面，局部的表面能可以变化很大。不能排除疏水膜的表面有疏水性差别，甚至亲水的局部点，这些点有可能成为膜疏水性遭到破坏的内因。料液组份的沉积会降低膜的疏水性，并逐渐使料液充入膜孔。因此，对于膜污染部分是可逆污染，经过膜清洗就能将污染除去，而还有一部分污染是不可逆的，污染一旦形成就难以祛除如有有机污染导致的膜孔润湿等。因此，对膜污染进行防治，不能单单依靠污染后的清洗，还要从膜材料着手，制造出高抗污染性的膜或者进行膜表面的改性等。

1.4膜蒸馏的应用

1．海水、苦咸水脱盐和超纯水制备

膜蒸馏过程的开发最初完全是以海水淡化为目的，虽然反渗透作为海水和苦咸水淡化的膜分离方法，从20世纪60年代就进入了实用阶段，其设备和工艺条件也在实用中不断得到改进和完善，但是反渗透过程需要较高的操作压力，设备比较复杂，并且难以处理盐分过高的水溶液。而膜蒸馏却具有反渗透过程所不具备的优点，所以人们对膜蒸馏用于海水、苦咸水脱盐方面进行了和正在进行大量研究工作。近20多年的研究表明，直接接触膜蒸馏的透过通量能够达到反渗透的水平甚至有所超过[40]；减压式膜蒸馏用于海水脱盐也具有较好的发展前途[102]。但膜蒸馏是个能耗较高的膜过程，只在有廉价能源可利用的情况下进行海水、苦咸水淡化才具有实用意义。膜蒸馏技术制备淡水首先应考虑能源问题，解决的办法是，在系统设计上考虑热能的回收。在早期文献中Schofield等人[95]详细计算了热能回收对造水成本的影响，并设计了能量回收的工艺流程；阎建民等人[103]也提出了带有汽化潜热回收的膜组件设计。二是考虑可利用的廉价能源，比如Hogan等人[104]采用太阳能加热海水进行了膜蒸馏脱盐；Banat等人[105]利用太阳能进行了模拟海水脱盐实验；Godizno等人[106]也介绍了与太阳能相结合的膜蒸馏苦咸水脱盐的可能性。利用地热资源[107]也是膜蒸馏脱盐的重要方向。膜蒸馏脱盐的产水质量是其它膜过程不能比拟的，Karakulski等人[108]将不同的造水膜过程进行了对比：UF能脱除悬浮物和胶体，NF可完全除掉水中的有机碳，硬度可降低60%～87%，RO可将总固溶物(TDS)截留99.7%，质量最好的水是由MD制备，产水的电导可达到0.8μS/cm，TDS质量分数可达到0.6×10-6。由于渗透压对膜蒸馏影响较小，所以采用RO与MD集成膜过程脱盐是合理的[109,110]。2．化学物质的浓缩和回收

由于膜蒸馏可以处理极高浓度的水溶液，在化学物质水溶液的浓缩方面具有很大潜力。例如对蔗糖糖浆的浓缩，可采用直接接触式膜蒸馏[111,112]，也可采用渗透蒸馏[113,114]，渗透蒸馏中常用的盐溶液为NaCl、CaCl2、K2HPO4。Tomaszewska等[115]人进行了硫酸、柠檬酸、盐酸、硝酸的浓缩，非挥发性酸截留率达100%，挥发性酸在浓度高时有透过。Rinzcon等人[116]用直接接触式膜蒸馏浓缩甘醇类水溶液，截留系数接近100%。孙宏伟等人[117]用膜蒸馏方法浓缩透明质酸，Tomaszewska[118]用膜蒸馏和渗透膜蒸馏浓缩氟硅酸，都取得很好的结果。由于膜蒸馏可以在较低的温度下运行，对生物活性物质和温度敏感物质的浓缩和回收具有一定实用意义。冯文来等人[119]用膜蒸馏方法浓缩腹蛇抗栓酶，Zarate等人[120]用膜蒸馏方法浓缩牛血清蛋白，都得到了较好的结果。余立新等人[121]论述了采用各种方法浓缩温度敏感的天冬氨酸甲酯的可能性，认为膜蒸馏是最合适的方法。膜蒸馏是目前唯一能够从溶液中直接分离出结晶产品的膜过程。膜蒸馏-结晶是在溶液被浓缩到过饱和状态后产生的，但并不是在所有条件下都能把溶液浓缩到过饱和状态。实验表明，产生膜蒸馏-结晶现象的必要条件除了溶质须是易结晶的物质外，膜两侧必须存在足够大的温差，使膜蒸馏与诸多干扰因素相比一直处于主导地位。Cryta[122]报道了采用膜蒸馏-结晶过程生产NaCl的研究，NaCl的产量能达到100kg/m2·d。3．水溶液中挥发性溶质的脱除和回收

膜蒸馏过程是以膜两侧蒸汽压力差为传质驱动力，这使从水溶液中脱除挥发性溶质成为可能。唐建军等人[123]对减压膜蒸馏用于挥发性有机物分离作了总结；近斯文献中也报道了很多有关研究工作，如从水溶液中脱除甲醇[124]、乙醇[47,124,125,126]、异丙醇[127]、丙酮[128]、氯仿[129]、同时脱除乙醇和丙酮[130]、同时脱除丙酮、丁醇和乙醇[131]、甲基异丁基酮[132]、卤代挥发性有机化合物[133]等。当只重视脱除的效果时常采用直接接触式膜蒸馏，如果同时考虑回收这些挥发组分时，则采用气隙式、减压式、气流吹扫式膜蒸馏。张凤君等[134]人采用气态膜回收苯酚，并得到苯酚钠结晶产物。膜蒸馏脱除溶液中挥发溶质的原理成功地被用于气体分析，Ferreira等人[135]将膜蒸馏装置与质谱仪联机，用质谱仪测定脱除气体的量，对水溶液中溶解的氧、丙烷、乙醇的测定结果表明，质谱信号与水溶液中溶质浓度呈线性关系。这为挥发性溶质的在线测试奠定了技术基础。

共沸物的分离通过共沸蒸馏和萃取蒸馏来实现，是一个比较复杂的化工单元操作，采用膜蒸馏处理，可打破固有的气—液平衡关系，得到较好的分离，如甲酸/水恒沸混合物的分离[136,137]、丙酸/水恒沸混合物的分离[138]。从水溶液中脱除酸性挥发性溶质近年主要集中于盐酸的回收，如采用直接接触式膜蒸馏从金属酸浸液中回收HCl[139,140]、减压膜蒸馏从金属氯化物的水溶液中回收HCl[141]。

4．果汁、液体食品的浓缩

膜蒸馏过程可在相对比较低的温度下运行，并具有极高的脱水能力，特别是渗透蒸馏可以在室温下运行，对果汁、食品的浓缩是其它任何膜过程都无法比拟的。Petrotos等[142]人介绍了膜蒸馏和渗透蒸馏技术浓缩液体食品的优点：节能、保持食品原有的风味(包括色、香、味等)，其中果汁浓缩的研究工作较多，如超滤与渗透蒸馏浓缩葡萄汁、减压膜蒸馏浓缩葡萄汁、渗透蒸馏浓缩葡萄汁和桔汁、直接接触式膜蒸馏浓缩苹果汁、集成膜过程浓缩柠檬汁和胡萝卜汁。这些工作有的仍处在实验室研究阶段，有的已经具有示范生产的规模，Vaillant等人报道了工业示范规模采用渗透蒸馏浓缩果汁的装置，在30℃可以将果汁TSS(总可溶固体)浓缩至0.60g/g，通量仍保持0.5kg/(m2·h)，连续28h通量没有衰减，浓缩后果汁外观和维生素C含量基本保持原来水平。5．废水处理

和其它膜分离过程一样，膜蒸馏是环境友好的分离技术，在工业废水处理方面具有很好的应用前景。从工业废酸液中回收HCl[141]是在处理含挥发性酸性物质废水方面的典型应用。Zakrzewska等人[144,145]在处理低放射性废水方面比较了各种处理方法认为，膜分离方法具有显著的优越性，其中膜蒸馏能够把放射性废水浓缩到很小的体积，并具有极高的截留率，很容易达到排放标准，显示膜蒸馏方

法在处理放射性废水方面的突出优点。Cryta等人[146]采用超滤/膜蒸馏集成处理含油废水，沈志松等人[147]采用减压膜蒸馏处理丙烯腈工业废水，杜军等人[148]采用减压膜蒸馏处理含Cr(VI)的模拟废水和含苯酚的模拟废水，沈志松等人[55]采用气态膜过程处理起爆药废水，Banat等人[52]采用减压膜蒸馏从废水中除掉微量的苯，Rodriguez等人[149]采用气态膜从废水中除掉正戊酸，沈志松等人[147]报道了用气态膜过程处理氰化物废水，已经达到商业化的规模，表明膜蒸馏在废水处理应用领域中巨大潜力。

第三篇：大棚膜简介

“古農”牌多功能宽幅大棚膜

产 品 介 绍

2012年4月20日“古農”牌多功能宽幅大棚膜调试成功，填补了陇东地区没有多功能宽幅大棚膜生产线的历史空白。

该产品采用国内最先进的“内，中，外”三层共挤、带粘边生产技术（两边粘边、一边粘边），宽幅可达6-13米，质量达到国家GB4455-2006标准，主要以低密度聚乙烯树脂、线性低密度聚乙烯树脂为主要原料加入一定比例的助剂共混改性，以挤出吹塑方法制成，具有防老化、防雾滴、消雾三种功能。

性能：（1）具有高保温效果；（2）高透光率，能增加温室内的光照，增强光合作用，可提高种植密度、增加产量，总透光率可达90%以上；（3）长寿；（4）消除雾害、减少病虫害；（5）表面含有活化剂，可降低膜的表面张力，使其无法结成水滴，所生成的一薄层水由上而下流向温室边缘，而不形成雾气及露水停留在膜上；（6）表层有防尘处理。

用途：广泛用于大棚蔬菜、瓜果、花卉等作物温室覆盖以及粮食、牧草、货物、砖场的防雨、防潮、还可用于畜禽饲养和庭院种植等场所，可给作物起到遮风、避雨、保温的功效，能使作物缩短生长周期，提高作物产量和作物品质，达到增产增收的目的。欢迎使用我公司的“古農”牌多功能宽幅大棚膜，同时，敬请广大用户在使用时注意以下事项：

1、用户应该根据需要选择合适的多功能大棚膜。

2、扣棚时，不能拉力过猛或在地面上拖拉，骨架上不能有毛刺，膜面斜度应大于25°，否则会影响流滴效果，遇灾害性气候时应采取保护措施。

3、如果遇不可抗拒的灾害性气候（台风、冰雹等）及人为原因造成的棚膜损坏，不属质量保证范围。

4、为避免棚膜与大棚骨架接触处提前老化，建议在大棚内架的表面上涂覆金红石形钛白粉、铝粉涂料，以及用塑料膜及塑料软管作棚膜和骨架间的衬垫。

5、在大棚膜覆盖后的使用过程中，大量使用农药，特别是大量使用含硫、含氯的农药，会严重影响多功能大棚膜的使用寿命，促使其提前老化，出现“背板”效应及离地五十厘米左右膜容易出现老化现象，是因为在多功能大棚膜生产过程中，为延长其使用寿命，都配有防老化助剂，而含氯的农药，能同防老助剂起反应，减弱防老化作用，所以要尽量避免使用含硫、氯的农药，同时千万不要将农药直接喷洒到膜上面，以保证多功能大棚膜的使用寿命。

第四篇：投影膜简介

投影膜的原理

全息投影膜拥有独一无二的透明特性，在保持清晰显像的同时，能让观众透过投影膜看见背后景物。画质100%清晰亮丽，非凡超薄境界，绝无空间设限。有此神奇效果，得益于在国际市场上首次发表的综合衍射图(hologram)技术的实际应用，是国际上首次实现在无论光源是否充足的情况下，皆能透过正面及背面两侧同时、多角度直接观看影像的划时代专利技术投影膜。

成像效果卓越画面晶莹剔透

独特的高清晰透明显像，形成晶莹剔透的视觉，第一时间抓住观众的好奇心和注意力，高素质传播视觉信息的同时，不会阻碍到现场展品的展示。

材料简约纤薄传播设计深蕴

简约纤薄，蕴含着无限内涵。不受制于场地和设计限制，或悬浮半空，或满布墙壁，使设计与传播无处不在，让灵感想象与科技时尚洋溢于整个环境。

展品价值因自由的灵动而升华

投影膜的应用

1>橱窗展示：单调的玻璃橱窗从此变成大面积的透明电视投影膜，在高清晰播放宣传广告和促销信息同时，不会阻碍消费者透过橱窗观看展品和店内景物，神奇的透明显示效果极大地吸引路过的消费者注意力，达致更大的宣传收益。

2>互动展示：纤薄透明的特性，使全息投影膜不受制于场地和设计限制，胜任展览、活动现场、表演布景等多种场地的展示任务，在不影响展品展出、人员解说表演的情况下，通过影像充分与观众互动，增加现场空间感与科技感，加强观众的参与感和亲切感。

3>独立展示：独立放置或悬挂在任何地方，成为全息影像系统，不仅起到强大的吸引人流和展示效果，同时因为其晶莹通透的视觉，成为提升场地设计与品味的点睛之作。

应用场所

广告公司

⑴各类发表会，演唱会，会议⑵百货，商场广告载体⑶机场，地铁，火车站广告载体

百货，商场，专卖店

⑴玻璃橱窗广告⑵活动促销展示⑶会议简报

展览，会议中心会场

⑴动态影象展示⑵活动促销展示⑶会议简报

婚纱，制片场，博物馆，国家剧院，拍卖会

⑴大型背景墙⑵动态影象展示⑶会议简报

五星级宾馆

⑴总统套房影音系统⑵会议厅简报⑶婚宴厅活动展示⑷大厅多媒体展示

各种单位，部队，学院学校，医院

⑴会议简报⑵教学影片播放⑶监控显示荧屏

娱乐场所

⑴KTV，会所影象显示⑵迪斯可舞厅影象显示⑶桑拿影象显示⑷网络，游戏影象显示⑸室内广告载体，夜间室外广告载体

旅游局，旅行社

⑴动态风景演示屏⑵会议简报

航空公司

⑴会议简报⑵机舱投影荧幕

(室内)体育类

⑴篮球场大屏显示⑵游泳馆大屏显示⑶体育馆大屏显示

设计，房产公司

⑴销售展示中心产品演示⑵精装样品房家庭多媒体广场⑶别墅多媒体广场⑷会议效果展示

投影膜的分类

全息投影膜

透明全息投影膜拥有独一无二的透明特性，在保持清晰显像的同时，能让观众透过投影膜看见背后景物。画质100%清晰亮丽，非凡超薄境界，绝无空间设限。有此神奇效果，得益于在国际市场上首次发表的综合衍射图(hologram)技术的实际应用，是国际上首次实现在无论光源是否充足的情况下，皆能透过正面及背面两侧同时、多角度直接观看影像的划时代专利技术投影膜。

灰色投影膜

浅灰色和深灰色投影膜是新一代的显示设备，具有高清晰、耐强光、超轻薄、抗老化等无可比拟的众多优势。由分子级别的纳米光学组件：全像彩色滤光板结晶体（HCFC）为核心材料，融合纳米技术，材料学、光学、高分子等多学科成果和制备加工技术，以有机材料、无机纳米粉体和精细金属粉体为原料，生产而成。轻薄内部蕴含先进的精密光学结构，以达致高清晰、高亮度的完美显像。

魔镜投影膜

投影膜使用了特殊复合材料，隔绝紫外线及红外线对投影膜的损伤，同时具有高防酸碱及高抗氧化效果。不用因长期使用和暴露在室外而担心影响投影膜寿命。表面如有污物，用绒布轻轻抹洗即可，易于清洁。

全息投影膜能在-10℃—70℃的范围内，保持投影膜显像质量及表面完好。这种特性明显优于喷镀形成的投影膜，无论商用或家用，使用轻松，高枕无忧！

镜面投影膜

镜面投影膜是一种高性能双面显示投影膜。它采用了最新的涂层溅射和SI光学结构技术，使其厚度仅仅达到同类产品的一半，但是画面效果更显柔和细腻，细节更逼真。拥有接近180°的绝对可视角度和双面显示性能，使该产品成为强大的视觉欣赏与传播工具。更能提高橱窗广告或店内展示的宣传效果，更能吸引顾客视线。

文档提供：

北京摩拓为http://010-400 090 2009电话：

第五篇：膜材料简介

摘要

膜材料是两相间的不连续区间。膜技术的核心是膜。高分子膜的制备方法及其工艺条件的控制是获得稳定膜结构和优异膜性能的关键技术，众所周知，高分子膜材料具有易加工、结构难控制的特点。目前高分子分离膜材料制膜方法有浸没沉淀相转化法、应力场下熔融挤出-拉伸制备聚烯烃微孔膜、热诱导相分离法制备聚合物微孔膜、聚合物与无机支撑复合膜的制备技术等膜技术。膜技术现已应用在我们生活的各个方面，如废水处理环境净化、医疗、医学和食品加工生物工程方面等等。我们主要谈了膜技术在水处理和医学方面的显著作用。水处理方面的应用有一般的废水处理、处理采出水和油田注水、果汁饮料的澄清等。在医疗、医学方面膜技术可用于制人工肺、在药物生产过程中去除菌及固悬物、药物检验与疫病诊断、血浆分离等。关键字：膜材料、制备、应用、水处理、医学工程

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

膜技术是当代高效分离新技术，与传统的分离技术相比，它具有分离效率高、能耗低、占地面积小、过程简单、操作方便、不污染环境、便于与其他技术集成等突出优点。它的研究和应用与节能、环境保护、水资源开发、利用和再生极为密切。在当今世界能源、水资源短缺，水和环境污染日益严重的情况下，膜分离科学与技术的研究得到了世界各国的高度重视。目前，膜分离技术在我国的石油化工、制药、生化、环境、能源、电子、冶金、轻工、食品、航天、海水淡化、医疗等领域已获得有效而广泛的应用。膜材料简介

一般意义上，“膜”指两相之间的不连续区间。膜可为气相、液相和固相，或是它们的组合。即也可以说，“膜”是指分隔两相界面，并以特定的形式限制和传递各种化学物质的阻挡层。它可以是均相的或非均相的，对称的或非对称的，固体的或液体的，中性的或荷电的。其厚度范围一般可从几微米到几毫米。

膜分离过程基于化学物质通过膜相际的传递速度的不同而不同。迁移率主要由溶质的分子尺寸和相界面物质的结构决定，而溶质在相界面内的浓度决定于溶质和相界面物质的亲和力大小、溶质尺寸和膜的结构。

通过膜相际有以下三种基本的传质形式。

一、被动传递。通过膜的组分均以化学势梯度为推动力。该化学势梯度，可以是膜两侧的压力差、温度差或电势差。

二、促进传递。通过膜的组分仍以化学势梯度为推动力，各组分由特定的载体带入膜中。促进传递是一种高选择性的被动传递。

三、主动传递。与前两者不同，各组分可以逆化学势梯度而传递，其推动力由膜内某化学反应提供，这类现象主要存在于生命膜。而目前已工业化的主要膜分离过程均为被动传递过程。

膜技术的核心是膜。一般来说，膜的化学性质和结构对膜分离的性质起着决定性影响，故要求膜材料应具有良好的成膜性能，化学稳定性，耐酸、碱、氧化物和微生物侵蚀等。分离膜按其凝聚状态可分为固膜、液膜、汽膜三类，目前大规模应用的多为固膜。固膜目前主要以高分子合成膜为主，它可以是致密或是多孔的，可以是对称或非对称的。另外，以无机物为膜材料的分离膜近年来也发展迅速。液膜分乳状液膜和带支撑的液膜两类，它们主要用于废水处理和某些气体分离等。气膜分离现在尚处于实验研究阶段。

膜有几种通用分类。按膜的材料分类，膜可分为天然膜和合成膜。天然膜指生物膜与天然物质改性或再生而制成的膜。合成膜指无机膜与高分子聚合物膜。按膜的结构性分类，膜可分为多孔膜和非多孔膜和液膜。多孔膜指微孔介质与大孔膜。非多孔膜指无机膜与聚合物膜。而多孔膜和非多孔膜也可按晶型区分为结晶型和无定型两种。液膜指无固相支撑型，又称乳化液膜，有固相支撑膜，又称固定膜或支撑液膜。当然，除此之外，还可按膜的用途、膜的作用机理等将它们分类。膜材料的制备

高分子膜的制备方法及其工艺条件的控制是获得稳定膜结构和优异膜性能的关键技术，众所周知，高分子膜材料具有易加工、结构难控制的特点。目前高分子分离膜材料制膜方法有浸没沉淀相转化法、应力场下熔融挤出-拉伸制备聚烯烃微孔膜、热诱导相分离法制备聚合物微孔膜、聚合物与无机支撑复合膜的制备技术等。

2.1 浸没沉淀相转化法

相转化法制膜指配置一定组成的均相聚合物溶液，通过一定的物理方法改变溶液的热力学状态，使其从均相的聚合物溶液发生相分离，最终变成一个三维大分子网络式的凝胶结构。而相转化制膜法根据改变溶液热力学状态的物理方法的不同，可以分为以下几种：溶剂蒸发相转化法、热诱导相转化法、气相沉淀相转变法和浸没沉淀相转变法。

下面我们主要介绍浸没沉淀相转变法。在浸没沉淀相转化法制膜过程中，聚合物溶液先流延于增强材料上或从喷丝口挤出，而后迅速浸入非溶剂浴中，溶剂扩散浸入凝固浴，而非溶剂扩散到刮成的薄膜内，经过一段时间，溶剂和非溶剂之间的交换达到一定程度，聚合物溶液变成热力学不稳定溶液，发生聚合物溶液的液-液相分离或液-固相分离，成为两相，我们称之为聚合物富相和聚合物贫相，聚合物富相在分相后不久就固化构成膜的主体，贫相则形成所谓的孔。浸入沉淀法至少涉及聚合物、溶剂、非溶剂三个组分，为适应不同应用过程的要求，又常常需要添加非溶剂、添加剂来调整铸膜液的配方以及改变制膜的其他工艺条件，从而得到不同的结构形态和性能的膜。所制成的膜可以分为两种构型：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纤维、毛细管和管状膜器中。

2.1.1平板膜

制备平板膜时，往往是先用刮刀把聚合物制膜液刮在无纺布、聚酯、玻璃、金属板等支撑物上形成溶液薄膜，再将支撑物与溶液薄膜一并浸入凝固浴中。聚合物溶液中的溶剂与凝固浴中非溶剂通过界面交换，首先在表面固化成膜，随后向膜内部扩展，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，也可以经过后处理。制备条件包括：聚合物浓度、蒸发时间、湿度、温度、铸膜液组成、凝固浴组成等，这些条件大体决定了膜的形态结构和基本性能，也决定了膜的应用场合。

2.1.2 管状膜

管状膜根据规格的不同可以大致分为三种：中空纤维膜、毛细管膜和管状膜。中空纤维和毛细管膜有三种不同的制备方法：湿纺法，熔融纺丝法和干纺法。其中干-湿法纺丝是由聚合物、溶剂、添加剂组成的制膜溶液经过滤后用泵打入喷丝头，以围绕由喷丝头中心供给的线状芯液周围形成管状液膜的形式被挤出，经“空气间隙”被牵引、拉伸到一定的径向尺寸后浸入凝固浴固化成中空纤维，再经洗涤等处理后被收集在导丝轮。凝固是从内侧、外侧两个表面同时发生，形成双皮层结构。管状膜的制备工艺完全不同于中空纤维和毛细管膜。管状膜是加压于一个装有聚合物溶液的贮罐，使溶液沿一个中空管流下，在此刮管下部有一个带小孔的“刮膜棒”，在其内壁上被刮上一层聚合物薄膜，然后将此管浸入凝固浴中，此时所刮涂上的溶液沉淀，从而形成管状膜。

2.2 应力场下熔融挤出-拉伸制备聚烯烃微孔膜 聚烯烃微孔膜主要是利用热致相分离和熔融挤出-拉伸工艺制备。在热致相分离过程中，高聚物与稀释剂混合物在高温下形成均相熔体，随后在冷却时发生固-液或液-液相分离，稀释剂所占的位置在除去后形成微孔。而在熔融挤出-拉伸过程中，以纯高聚物融体进行熔融挤出，微孔的形成主要与聚合物材料的硬弹性有关系，在拉伸过程中，硬弹性材料垂直于挤出方向平行排列的片晶结构被拉开形成微孔，然后通过热定型工艺固定此孔结构。

2.3 热诱导相分离法制备聚合物微孔膜

热诱导相分离法是将聚合物与高沸点、低分子量的稀释剂在高温时形成均相溶液降低温度又发生固-液或液-液相分离，而后脱除稀释剂就成为聚合物微孔膜。热诱导相分离法制备微孔膜扩宽了膜材料的范围，可得到各式各样的微孔结构。通过改变制备条件可以得到蜂窝状结构或网状结构。

热诱导相分离法制备微孔膜主要有溶液的制备、膜的浇铸和后处理三步，具体为：

一、聚合物与高沸点、低分子量的液态稀释剂或固态稀释剂混合，在高温时形成均相溶液

二、将溶液制成所需要的形状

三、溶液冷却，发生相分离

四、除去稀释剂

五、除去萃取剂得到微孔结构。聚合物稀释剂溶液可在塑料挤出机中形成，溶液按预定形状被挤出并浇在控温的滚筒上，由于滚筒温度低，溶液立即分相并固化，然后经溶剂萃取脱去稀释剂，干燥检测并卷绕成产品。

2.4 聚合物与无机支撑复合膜的制备技术

复合膜按结构可以分为三种：无机物填充聚合物膜，聚合物填充无机膜，无机有机杂聚膜。聚合物填充无机膜制备方法有聚合物溶液沉淀相转化法和表面聚合法。表面聚合法是通过化学方法使聚合物复合在无机支撑膜的表面或孔中。而这种方法包括两种，一是直接在无机膜表面进行单体的共聚或均聚，无机膜和聚合物膜之间是物理相互作用，二是对无机膜表面进行改性，使无机膜表面具有活性部位，然后通过活性部位进行单体的接枝聚合，这里无机膜和聚合膜之间是通过化学键相互连接。膜的应用 膜技术现已应用在我们生活的各个方面，如废水处理环境净化、医疗、医学和食品加工生物工程方面等等。现在我们主要谈谈膜技术在水处理和医学方面的显著作用。

3.1 膜技术在水处理方面的应用

3.1.1 一般的废水处理

对于一般的废水，根据净化后水质的要求，需要选择合适的膜去除水中的污染物。根据水中粒子从大到小，可选用的膜技术有微滤、超滤、纳滤、反渗透等。有效孔径在1nm-10nm之间的膜称为微孔膜，其中随着孔径的由小变大，又分为超滤膜和微滤膜等。一般认为，微滤膜的有效孔径范围为0.1-10um。对超滤膜，一般认为其有效孔径在1-0.2um之间。微孔膜净化系统一般由絮凝预过滤、活性炭吸附和微孔膜过滤三部分组成。微孔膜组件可分为两类：一类为平板膜折叠式滤芯；另一类为中空纤维膜滤芯，膜孔径为0.1-0.45um的微裂纹型结构，膜材料为聚丙烯、聚乙烯、聚砜等。

微滤膜能滤去水中颗粒悬浮物、细菌、原生动物孢囊及卵囊虫等微生物，提供优质净化水，达到饮用目的。采用孔径小于0.1um的超滤膜可去除水中粒径在0.1um以上的悬浮颗粒和细菌，结合活性炭吸附、紫外辐射等工艺，可生产可直接饮用的水。目前工业上已广泛应用超滤膜作为水净化技术来生产矿泉水、饮料配制用水、药剂用水、发酵用水、工业循环水。

反渗透和纳滤膜在废水处理中主要能对无机盐和有机物质的分离与浓缩，反渗透和纳滤膜与其他传统处理方法相结合，如吸附、氧化、生化法等，可以使膜过程比较有效的将化学物质与水分开，而被反渗透纳滤所截留的化学物质可以在过程中被浓缩20-50倍。因此可以回收利用彻底处理，它的透过液则可以循环使用或用于冲洗、绿化用水等。

3.1.2 处理采出水和油田注水

采出水是开采石油过程中随原油一同采出地面的地层水，含有原油、悬浮物等组分。油田注水是注入地下将油压出的水，国内不同的单位对回注水水质有不同要求，比如低渗透油层的注水标准为含油小于5mg/L，悬浮固体小于1mg/L，粒径小于2um的颗粒占总颗粒体积的80%以上。微滤膜技术是处理油田注水和采出水的主要方法。通常使用的高分子微滤膜材料有PP、PSF中空纤维膜等，无机膜主要是陶瓷微滤膜。

3.1.3 果汁饮料的澄清

果汁的澄清是指除去果胶、细菌及粗蛋白质等会引起果汁液的澄清，得到的果汁品质优良，比传统的过滤加巴氏灭菌生产的果汁更具有芳香味。研究中发现，使用截留分子量为5×100000的聚砜中空纤维膜便可除去所有悬浮物。用孔径为0.45um的聚四氟微孔滤膜除去肝复舒口服液中的杂质，效果良好。另外，我国制糖工业也成功采用孔径为0.45um微滤膜消除糖液中的浑浊物质，在提高糖的色度方面已取得良好效果。

3.2 膜技术在医疗、医学方面的应用

首次在医疗卫生中应用微滤膜起源于G.Mueller及Hamburg大学卫生学研究所的研究人员首次将膜用于细菌的培养和过滤。迄今为止，将微滤膜用于除菌消毒及溶液中微粒的去除仍然是微滤膜在医学上的一个重要的应用领域。

3.2.1 人工肺

人工肺分为气泡式人工肺和膜式人工肺，主要用于胸腔手术和肺功能不全患者的辅助治疗。但是气泡式人工肺易发生气泡进入动脉而可能导致人发生危险。而采用膜式充氧技术的膜式人工肺，不存在上述弊端。

人膜式人工肺早期使用的是PTFE膜。1963年，Bodell首先用硅橡胶制造了毛细管型膜式氧合器，目前已得到大规模的临床应用。前述的膜式充氧器作为人工肺是微孔膜在医疗中的主要应用之一。

3.2.2 药物生产过程中去除菌及固悬物

微滤膜、超滤膜除了用于对药液本身进行过滤、去除药物及注射针剂中细菌和微粒外，还用于制药用水的纯化和制备，用气的纯化和其他消毒过程。可解决热压灭菌法中细菌尸体仍留在药液中的问题。

药品在储存、运输、使用过程中均有可能被污染，同时多种药物的配合也会产生粒子，可用微滤、超滤作为药液进入人体之前净化处理的终端。对于热敏性药物，如胰岛素、辅酶A、细胞色素C、疫苗、抗生素、诊断血管注射剂和各类血液制品及组织培养液等，不能用加热或化学法灭菌，微滤膜过滤技术除菌是最佳的选择。其优点在于不改变药物原来的性质，细菌尸体可以被膜截留而脱除，而且便于实现药物生产的机械化和自动化。

3.2.3 药物检验与疾病诊断

微滤膜还用于药品的无菌检验，目的是检查药品制剂灭菌是否彻底。由于微滤膜的分离作用，微生物可以将从一切有害于其生长繁殖的可溶性成分中分离出来并得到富集，这是微滤技术用于化验和疾病诊断的技术基础。可采用微滤技术的方面有以下两个。一是癌症的早期诊断。采用微滤技术过滤大量体液以收集为数甚少的癌细胞，这些癌细胞在滤膜上固定染色后其形态和结构便清晰等显现出来，有助于癌症的早期诊断。这种方法也同样适用于血液、脑脊液、痰液等方面的检查。二是细菌的快速检测。细菌被截留在膜表面上，经荧光抗体染色后用荧光显微镜直接进行镜检技术和菌种鉴定，从而可以省去接种、培养等繁琐的步骤和时间。

3.2.4 血浆分离

血清蛋白或抗血友病因子等血液制品都是从血浆中经过分离和提纯后得到的。传统的血浆分离过程是首先将捐献者的血液收集到塑料袋内。然后采用离心技术对红细胞和血浆进行分离。移去上层的血浆后，红细胞被回输到血液捐献者体内以便于每周三次从同一捐献者体内提取血浆。将微滤技术用于血浆分离可以实现血液连续流动血浆分离。即血液不断从捐献者的体内流出，经过微滤膜分离器，在血浆分离的同时将红细胞回输到体内，如此形成一个血浆连续分离的过程。同传统的血浆分离法相比，采用连续膜分离技术直接对人体血液分离有两个明显的优势：由于血液不必再被收集到塑料袋内而减少了交叉感染的几率；采集血浆所需的时间被大幅度地缩短。用于血浆分离的微滤膜的孔径太大或太小都不合适。孔径太大会导致非溶血红细胞泄漏，孔径太小则会阻碍部分高分子量血浆蛋白的滤过。比较合适的微滤膜孔径约为0.6um。另外，必须控制血液流动的速度以取得良好的分离效果。实验证明，通量和溶血均随血液流动速度的增加而提高，因此血流速度的提高有最大值，在该最大值以上而引起的溶血程度将无法接受。血浆分离不仅可用于血库采集血浆，也可以用于对某些疾病的治疗。血浆交换疗法是用置换或净化过的血浆将血细胞组分回输入患者体内以达到清除患者血浆中有害组分的治疗方法。这种疗法在治疗各种自免疫疾病和失重导致的肌肉衰弱症等方面获得各种自免疫疾病和失重导致的肌肉衰弱症等方面获得了令人瞩目的成功。该技术对于扩散性胸癌、肝昏迷及免疫代谢紊乱患者的临床治疗也有一定成效。此外，该技术还可用于对药物过量患者或药物中毒患者实施排毒治疗。

4结论

膜分离材料是以化学、物理、材料、力学、化工过程等学科为基础，它的研究与发展具有多学科交叉的显著特点。而高分子材料具有分子链柔顺、可加工性好、价廉以及便于分子设计等特点，因此成为应用最广泛的膜分离材料。本文介绍了以高分子材料为主的一些常见的膜制备方法及其相应的应用。但是用高分子材料制膜过程中有结构不易控制的问题。目前，膜分离技术在我国的石油化工、制药、生化、环境、能源、电子、冶金、轻工、食品、海水淡化、医疗等领域已获得有效而广泛的应用。它也有力地带动了相关行业的科技进步，成为实现我国国民经济可持续发展战略的重要组成部分。然而，我国在膜分离技术的关键部件-膜材料和器件方面，与世界先进水平之间的差距仍然很大，许多膜材料仍然依赖进口。因此，我国必须大力加强膜材料的基础研究，加快膜材料的产业化步伐。

参考文献

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