膜應用工藝過程
許多膜分離過程是基于不同的分離原理或機理,分離的物質可以從顆粒一直到分子。盡管存在這么大的差異,然而所有的膜過程都有一個共同點,那就是需要應用到膜。
膜分離過程是以膜為分離介質,在膜兩側存在某中推動力(如:壓力差、濃度差、電位差等)時,原料液組分選擇性的透過膜,以達到分離、提純的目的。
液體膜分離過程主要是指微濾、超濾、納濾和反滲透過程。這些壓力推動膜分離過程可用于溶液的凈化、提取、分離及濃縮。從微濾、超濾、納濾和反滲透,被分離的分子或顆粒的尺寸越來越小,因此膜孔徑必須越來越小,這也意味著摸的傳質阻力增加,所以操作壓力也是逐漸增大,以獲得相似的通量。
陶瓷膜分離工藝是一種“錯流過濾”形式的流體分離過程:原料液在膜管內高速流動,在壓力驅動下含小分子組分的澄清滲透液沿與之垂直方向向外透過膜,含大分子組分的混濁濃縮液被膜截留,從而使流體達到分離、濃縮、純化的目的。
陶瓷膜是由孔隙率30%~50%、孔徑50nm~15μm的陶瓷載體,采用溶膠-凝膠法或其它工藝制作而成的非對稱復合膜。用于分離的陶瓷膜的結構通常為三明治式的:支撐層(又稱載體層)、過渡層(又稱中間層)、膜層(又稱分離層)。其中支撐層的孔徑一般為1~20μm,孔隙率為30%~65%,其作用是增加膜的機械強度;中間層的孔徑比支撐層的孔徑小,其作用是防止膜層制備過程中顆粒向多孔支撐層的滲透,厚度約為20~60μm,孔隙率為30%~40%;膜層具有分離功能,孔徑從0.8nm~1μm不等,厚度約為3~10μm,孔隙率為40%~55%。整個膜的孔徑分布由支撐層到膜層逐漸減小,形成不對稱的結構分布。
陶瓷膜根據孔徑可分為微濾(孔徑大于50nm)、超濾(孔徑2~50nm)、納濾(孔徑小于2nm)等種類。進行分離時,在外力的作用下,小分子物質透過膜,大分子物質被膜截留,從而達到分離、濃縮、純化、去雜、除1菌等目的
當前,膜分離技術已獲得巨大的進展,但它畢竟還是處于上升發展階段,還有許多工作要我們去做。21世紀的膜科學與技術將進一步改進、完善已有的膜過程,不斷探索和開拓新的過程與材料,并不斷擴充原有的應用領域,使膜技術發揮發揮更大的作用。
★ 展望之一
我們要致力于將新興的膜分離技術與傳統的工藝技術有機的結合起來,不斷將膜技術的研究成果從實驗室推向產業化應用。
★ 展望之二
我們要致力于研究新的膜材料,開發研究新的聚合膜材料。
★ 展望之三
我們要致力于研究開發新的成膜工藝,進一步制備超薄、高度均勻、無缺陷的非對稱膜皮層技術與工藝。
★ 展望之四
我們要致力于將無機膜的發展推向前。無機膜由于擁有其他聚合物膜所無法具有的一些優點,如:無機膜具有耐酸、堿、耐有機溶劑,化學穩定性好,機械強度大,抗微生物污染能力強,耐高溫,孔徑分布窄,分離效率高等,而受到學術界和工業化應用越來越多的重視。在以后的發展過程中,研究無機膜的新材料、新工藝是必然的趨勢。
★ 展望之五
無論在學術上還是工業化應用當中,微濾、超濾、納濾、反滲透、電滲析、氣體分離、滲透汽化等課題的研究都將是重中之重。