文档介绍：现代分离技术中的膜分离技术综述一、前言从古代的铜铁冶炼到现代的基因工程技术,从居里夫人发现放射性元素镭到人类分离出SARS病毒都需要从一个复杂的样品中奖所感兴趣的物质分离出来。因此,可以说物质的分离是科学研究的关键步骤。而分离技术是科技工作者,特别是从事与化学相关领域研究和生产的科技人员应该充分掌握和灵活运用的一种重要科学手段。分离是利用混合物中各组分在物理性质和化学性质上的差异,通过适当的装置或方法,是各组分分配至不同空间区域或者在不同的时间依次分配至同一空间区域的过程。通俗地讲,就是将某种或某类物质从复杂的混合物中分离出来,使之与其他物质分开,一相对纯的形式存在。分离主要包括两种形式:一种是组分离;另一种是单一分离。分离技术根据不同的分类方法可以将其分类,其分类如下:(1)按照分离物质的性质分类:物理分离法(如离心分离、电磁分离)、化学分离法(如沉淀分离、溶剂萃取、色谱分离等)以及物理化学分离法(如蒸馏、挥发、膜分离等)。(2)按照分离过程的本质分类:平衡分离过程、速度差分离过程、反应分离过程。[1]随着现代科技的发展,理化结合的分离方法越来越受到人们的欢迎。尤其是现在的膜分离技术运用越来越广泛。膜分离技术(MembransSeparationTechnique)是利用天然或人工合成的,具有选择透过性的薄膜,以外界能量或化学位差为推动力,对双组分或多组分体系进行分离、分级、提纯或富集的技术。膜分离技术被公认为20世纪末至21世纪中期最有发展前途的高新技术之一。在本文中将主要介绍到反渗透、纳滤、超滤、微滤以及液膜分离的分离原理、运用及发展前景等。[2~5]二、膜分离的发展简史膜分离现象在大自然特别是在生物体内广泛存在,但人类对其认识、利用、模拟直至人工制备的历史却是相当漫长的。1748年,Nollet看到水自发地扩散透过猪膀胱壁进入酒精中而发现了渗透现象。19世纪中叶,Granbam发现了透析现象。20世纪30年代,德国建立了世界上首座生产微滤膜的工厂,用于过滤微生物等微小颗粒。20世纪50年代,原子能工业的发展促使离子交换膜应运而生,并在此基础上发展了电渗析工业。20世纪60年代初,由于海水淡化的需要,Loeb和Sourirajan利用相转化制膜法(L-S)制备了世界上第一张实用的反渗透膜。从此,膜分离技术得到全世界的广泛关注。膜分离过程按其开发年代先后有微孔过滤(MF1930)、透析(D1940)、电渗析(ED1950)、反渗透(RO1960)、超滤(UF1970)、气体分离(GP1980)、和纳滤(NF1990)。[6~7]膜产业包括膜分离技术和膜材料制备两大方面。而分离膜是膜分离技术的核心。分离膜就是一种具有特殊选择性分离功能的无机或有机高分子材料膜,它能把流体分隔成不相通的两个部分,使其中一种或几种物质能透过,而将其他物质分离出来。它也被称为“半透膜”。膜分离技术广泛应用于食品、饮料加工过程、工业废水处理、大规模空气分离、湿法冶金技术、气体和液体燃料的生产以及石油化工制品等。[8]三、膜分技术的原理和应用膜分离是利用具有一定选择透过特性的过滤介质进行物质的分离纯化。其各种膜分离法的原理如下。见表1:表1 各种膜分离法的原理膜分离法传质动力分离原理微滤MF压差(~)筛分超滤UF压差(~)筛分反渗透RO压差(1~10MPa)筛分透析DS浓差筛分电渗析ED电位差荷电/筛分渗透汽化PV压差/温差溶质与膜的亲和作用 (一)反渗透基本原理及应用1、反渗透分离原理反渗透是利用反渗透膜选择性地只能透过溶剂(通常是水)而截留溶质的性质,以膜两侧静压力为推动力,客服溶剂的渗透压,使溶剂通过反渗膜而实现对液体混合物进行分离的膜过程。因此,反渗透过程的两个必备条件是:一是要有一种高选择性、高透过率的膜;二是要有一定的操作压力,以克服渗透压和膜自身的阻力。反渗透膜的选择透过性与组分在膜中的溶解、吸附和扩散有关,因此除与膜孔的大小、结构有关外,还与膜的化学、物理性质有密切的关系,即与组分和膜之间的相互作用密切相关。一般来说,反渗透分离过程中化学因素(膜及表面特性)起主导作用。反渗透同NF、UF、MF、GS一样均属于压力驱动型膜分离技术。~,截留组分为(1~10)×10-10m小分子溶质。除此之外,还可从液体混合物中去除全部悬浮物、溶解物和胶体,例如从水溶液中将水分离出来,以达到分离、纯化等目的。目前,随着超低压反渗透膜的开发,以可在小于1MPa压力下进行部分脱盐,适用于水的软化和选择性分离。2、反渗透的应用反渗透膜分离技术具有分离效率高,耗能低,操作管理方便等优点,正在得到越来越广泛的应用。目前反渗透已不仅用于海水淡化和苦咸水脱盐,还广泛应用于电子、电力、化工等行业,