超滤、微滤的原理及应用

    过程原理

    超过滤(简称超滤)和微孔过滤(简称微滤)也是以压力差为推动力的膜分离过程，一般用于液相分离，也可用于气相分离，比如空气中细菌与微粒的去除。

    超滤所用的膜为非对称膜，其表面活性分离层平均孔径约为10一200Å，能够截留分子量为500以上的大分子与胶体微粒，所用操作压差在0.1—0.5MPa。原料液在压差作用下，其中溶剂透过膜上的微孔流到膜的低限侧，为透过液，大分子物质或胶体微粒被膜截留，不能透过膜，从而实现原料液中大分子物质与胶体物质和溶剂的分离。超滤膜对大分子物质的截留机理主要是筛分作用，决定截留效果的主要是膜的表面活性层上孔的大小与形状。除了筛分作用外，膜表面、微孔内的吸附和粒子在膜孔中的滞留也使大分子被截留。实践证明，有的情况下，膜表面的物化性质对超滤分离有重要影响，因为超滤处理的是大分子溶液，溶液的渗透压对过程有影响。从这一意义上说，它与反渗透类似。但是，由于溶质分子量大、渗透压低，可以不考虑渗透压的影响。

    微滤所用的膜为微孔膜，平均孔径0.02—10  ，能够截留直径0.05—10  的微粒或分子量大于100万的高分子物质，操作压差一般为0.01～0.2MPa。原料液在压差作用下，其中水(溶剂)透过膜上的微孔流到膜的低压侧，为透过液，大于膜孔的微粒被截留，从而实现原料液中的微粒与溶剂的分离。微滤过程对微粒的截留机理是筛分作用，决定膜的分离效果是膜的物理结构，孔的形状和大小。

    超滤膜一般为非对称膜，其制造方法与反渗透法类似。超滤膜的活性分离层上有无数不规则的小孔，且孔径大小不一，很难确定其孔径，也很难用孔径去判断其分离能力，故超滤膜的分离能力均用截留分子量来予以表述。定义能截留90％的物质的分子量为膜的截留分子量。工业产品一般均是用截留分子量方法表示其产品的分离能力，但用截留分子量表示膜性能亦不是完美的方法，因为除了分子大小以外，分子的结构形状，刚性等对截留性能也有影响，显然当分子量一定，刚性分子较之易变形的分子，球形和有侧链的分子较之线性分子有更大的截留率。目前用作超滤膜的材料主要有聚砜、聚砜酰胺、聚丙烯氰、聚偏氟乙烯、醋酸纤维素等。

    微滤膜一般均为均匀的多孔膜，孔径较大，可用多种方法测定，可直接用测得的孔径来表示其膜孔的大小。

    超滤、微滤和反渗透均是以压差作为推动力的膜分离过程，它们组成了可以分离溶液中的离子、分子、固体微粒的这样一个三级分离过程，其分工及范围见图10—14。根据所要分离物质的不同，选用不同的方法。但也需说明，这三种分离方法之间的分界并不十分严格。下表列出超滤、微滤和反渗透过程的原理和操作性能，以资比较。

    过程与操作

    与反渗透过程相似，微滤、超滤过程也必须克服浓差极化和膜孔堵塞带来的影响。一般而言，超滤和微滤的膜孔堵塞问题十分严重，往往需要高压反冲技术予以再生。因此在设计微滤、超滤过程时，除象设计反渗透过程一样，注意膜面流速的选择，料液的湍动、预处理以及膜的清洗等因素以外，尚需特别注意对膜的反冲洗以恢复膜的通量。

    由于超滤过程膜通量远高于反渗透过程，因此其浓差极化更为明显，很容易在膜面形成一层凝胶层，此后膜通量将不再随压差增加而升高，这一渗透量称之为临界渗透通量。对于一定浓度的某种溶液而言，压差达到一定值后渗透通量达到临界值，所以实际操作应选在接近临界渗透通量附近操作，此时压差一般在0.4—0.6MPa，过高的压力不仅无益而且有害。

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