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超(chao)濾是一(yi)種將溶液(ye)進行(xing)凈化、分離(li)(li)或(huo)濃縮的膜(mo)透(tou)過法(fa)分離(li)(li)技術。20多年來發展迅速，已(yi)成為膜(mo)分離(li)(li)領域(yu)中最為廣(guang)(guang)泛應用(yong)的品種之一(yi)。其應用(yong)面非常廣(guang)(guang)泛，小至(zhi)家用(yong)凈水器，大(da)到現代工業生產，從普通民用(yong)到高(gao)新技術領域(yu)都(dou)有不同規模的應用(yong)，甚(shen)至(zhi)于在(zai)環境保護方面也(ye)有極 大(da)的使用(yong)潛力(li)，超(chao)濾是一(yi)種最 有發展前途(tu)的膜(mo)法(fa)分離(li)(li)技術。

超濾膜組件的基本類型

目前，工業(ye)上(shang)常用(yong)的(de)(de)超濾膜(mo)器件主要有下(xia)列(lie)五(wu)種類型：板框式(shi)(shi)(shi)、園(yuan)管(guan)式(shi)(shi)(shi)、螺(luo)旋卷(juan)式(shi)(shi)(shi)、中(zhong)空(kong)纖(xian)維(wei)(wei)式(shi)(shi)(shi)、毛細(xi)管(guan)式(shi)(shi)(shi)， 各種基本類型膜(mo)均有不同的(de)(de)適(shi)用(yong)性，在(zai)工業(ye)上(shang)應用(yong)最為廣(guang)泛的(de)(de)是(shi)中(zhong)空(kong)纖(xian)維(wei)(wei)式(shi)(shi)(shi)，特(te)別是(shi)在(zai)凈(jing)化、分離(li)(li)的(de)(de)應用(yong)中(zhong)。而在(zai)粘度較高(gao)的(de)(de)溶液(ye)凈(jing)化、分離(li)(li)、濃縮過程(cheng)中(zhong)，則板框式(shi)(shi)(shi)或園(yuan)管(guan)式(shi)(shi)(shi)有更(geng)大的(de)(de)適(shi)用(yong)性。

超濾的基本(ben)概述(shu)

超濾是一種(zhong)將溶(rong)液進(jin)行凈化(hua)、分離或(huo)濃縮的(de)膜(mo)透過法分離技(ji)術。20多(duo)年來發展迅速，已成為(wei)膜(mo)分離領域中最為(wei)廣泛應(ying)用的(de)品(pin)種(zhong)之一。其應(ying)用面非常廣泛，小至家用凈水器，大到現代工業生產(chan)，從普通民用到高新(xin)技(ji)術領域都有(you)不同(tong)規模的(de)應(ying)用，甚至于在環(huan)境保(bao)護(hu)方面也(ye)有(you)極(ji) 大的(de)使用潛力，超濾是一種(zhong)最 有(you)發展前途(tu)的(de)膜(mo)法分離技(ji)術。

超濾膜的超濾特性(xing)

在(zai)膜(mo)(mo)(mo)分離(li)技術(shu)范疇內(nei)，分離(li)精度自(zi)反滲(shen)透至微(wei)濾(lv)(lv)過(guo)濾(lv)(lv)范圍的連(lian)續(xu)譜圖(tu)中(zhong)可見(jian)，超(chao)濾(lv)(lv)介于納濾(lv)(lv)與微(wei)濾(lv)(lv)之間。膜(mo)(mo)(mo)過(guo)濾(lv)(lv)譜圖(tu) 超(chao)濾(lv)(lv)的定義(yi)域(yu)為(wei)截留分子(zi)量500～500000左(zuo)右，相應(ying)膜(mo)(mo)(mo)孔徑大小的近似(si)值為(wei)0.002μ～0.1μ。截留分子(zi)量與膜(mo)(mo)(mo)孔徑兩(liang)者(zhe)尚無對應(ying)關系。簡單的理(li)解，超(chao)濾(lv)(lv)膜(mo)(mo)(mo)如同篩子(zi)，在(zai)一定壓力(0.1～0.6MPa)下，允許溶劑和小于膜(mo)(mo)(mo)孔徑的溶質透過(guo)，而阻止大于孔徑的溶質通(tong)過(guo)，以完(wan)成溶液(ye)的凈化、分離(li)和濃縮。

超濾過(guo)程有(you)如下特點：

(1)超濾過(guo)程無相繼變化，可(ke)以在(zai)常溫(wen)及低(di)壓(ya)下(xia)進行分離，因而能耗低(di)，約為蒸發法(fa)(fa)與冷(leng)凍法(fa)(fa)的1/2～1/5;

(2)設備體(ti)積小，結構簡(jian)單，故投資費用(yong)低，易(yi)于(yu)實施;

(3)超濾(lv)分離過程(cheng)只是簡單(dan)(dan)的加壓輸(shu)送液體，工藝流程(cheng)簡單(dan)(dan)，易(yi)于操作管(guan)理;

(4)溶液(ye)在分離(li)、濃縮過(guo)程中不發生質的(de)變(bian)化，因(yin)而適合于(yu)保味及熱敏性(xing)溶液(ye)的(de)處(chu)理;

(5)適合于(yu)從稀溶(rong)液中分(fen)離(li)微量(liang)貴(gui)重大分(fen)子物質的回收和低(di)濃度大分(fen)子物質的回收;

(6)能將不同分(fen)子(zi)量(liang)的物質分(fen)級(ji)分(fen)離;

(7)超(chao)濾(lv)膜是由(you)高分(fen)子聚合物制成(cheng)均勻(yun)的(de)連續體，在(zai)使用(yong)過程中無任(ren)何雜質(zhi)的(de)脫落，保(bao)證被處(chu)理溶(rong)液的(de)純凈。由(you)以上(shang)分(fen)離特(te)性可(ke)知，超(chao)濾(lv)的(de)應(ying)用(yong)范圍很廣，但歸(gui)根到底(di)，主要應(ying)用(yong)于溶(rong)液的(de)凈化、分(fen)離和濃縮。

超濾技術特性參數主要(yao)指(zhi)分離(li)透過(guo)性能：

(1)透水(shui)速(su)(su)(su)(su)率(lv)(lv)(超(chao)濾速(su)(su)(su)(su)率(lv)(lv))：在(zai)(zai)(zai)一(yi)定(ding)工(gong)作壓力(li)、溫(wen)度下，單位面(mian)積(在(zai)(zai)(zai)研究領域中(zhong))或單個組(zu)件(在(zai)(zai)(zai)工(gong)業應(ying)用(yong)中(zhong))，在(zai)(zai)(zai)單位時(shi)間(jian)內(nei)所透過(guo)的(de)水(shui)量，稱為透水(shui)速(su)(su)(su)(su)率(lv)(lv)。膜(mo)的(de)透水(shui)速(su)(su)(su)(su)率(lv)(lv)除與溫(wen)度、壓力(li)有(you)(you)關外(wai)，取決于膜(mo)材料(liao)，膜(mo)的(de)形態結構(gou)等(deng)物化(hua)性(xing)能，此(ci)外(wai)與操(cao)作條件包括(kuo)溶液的(de)性(xing)質有(you)(you)密切的(de)關系(xi)。因而(er)商(shang)品膜(mo)的(de)透水(shui)速(su)(su)(su)(su)率(lv)(lv)是指(zhi)在(zai)(zai)(zai)一(yi)定(ding)溫(wen)度、壓力(li)下純水(shui)透水(shui)速(su)(su)(su)(su)率(lv)(lv)。

(2)截(jie)(jie)留(liu)(liu)分(fen)(fen)子(zi)量(liang)(liang)(liang)(切割分(fen)(fen)子(zi)量(liang)(liang)(liang))與截(jie)(jie)留(liu)(liu)率(lv)(lv)：商(shang)品超濾膜(mo)多用截(jie)(jie)留(liu)(liu)分(fen)(fen)子(zi)量(liang)(liang)(liang)或相近孔徑的(de)(de)(de)(de)(de)大小來表(biao)明(ming)產品的(de)(de)(de)(de)(de)截(jie)(jie)留(liu)(liu)性能。截(jie)(jie)留(liu)(liu)分(fen)(fen)子(zi)量(liang)(liang)(liang)是指(zhi)能被膜(mo)截(jie)(jie)留(liu)(liu)住的(de)(de)(de)(de)(de)溶(rong)(rong)質(zhi)(zhi)中最 小溶(rong)(rong)質(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)分(fen)(fen)子(zi)量(liang)(liang)(liang)。截(jie)(jie)留(liu)(liu)率(lv)(lv)指(zhi)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)中被膜(mo)截(jie)(jie)留(liu)(liu)的(de)(de)(de)(de)(de)特(te)定(ding)(ding)溶(rong)(rong)質(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)量(liang)(liang)(liang)所(suo)占(zhan)溶(rong)(rong)液(ye)(ye)中該物定(ding)(ding)溶(rong)(rong)質(zhi)(zhi)總量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)比率(lv)(lv)。可(ke)由下式表(biao)示：Ro=(1-Cp/Cf)×100 式中：Ro ——截(jie)(jie)留(liu)(liu)率(lv)(lv); Cp —— 透過液(ye)(ye)中特(te)定(ding)(ding)溶(rong)(rong)質(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)濃度; Cf —— 原溶(rong)(rong)液(ye)(ye)中特(te)定(ding)(ding)溶(rong)(rong)質(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)濃度。通常超濾膜(mo)所(suo)標稱的(de)(de)(de)(de)(de)截(jie)(jie)留(liu)(liu)分(fen)(fen)子(zi)量(liang)(liang)(liang)，對具有(you)相同分(fen)(fen)子(zi)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)線形分(fen)(fen)子(zi)物質(zhi)(zhi)或球形蛋(dan)白類分(fen)(fen)子(zi)，物質(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)截(jie)(jie)留(liu)(liu)率(lv)(lv)分(fen)(fen)別應為≥90%和≥95%。國外不同公司產品其標準并不一(yi)致。

中(zhong)空纖維式超濾膜

中(zhong)(zhong)空纖維(wei)(wei)超(chao)(chao)(chao)濾膜(mo)為(wei)超(chao)(chao)(chao)濾技術中(zhong)(zhong)的一(yi)(yi)個重要分支，由于中(zhong)(zhong)空纖維(wei)(wei)式超(chao)(chao)(chao)濾膜(mo)結構的特殊性(xing)，膜(mo)無支承體(ti)，成型工藝連續性(xing)、均一(yi)(yi)性(xing)良好，結構簡單，超(chao)(chao)(chao)濾液易于保持(chi)純潔(jie)等優點，在(zai)超(chao)(chao)(chao)濾領域中(zhong)(zhong)的應用已占首要地位。中(zhong)(zhong)空纖維(wei)(wei)超(chao)(chao)(chao)濾膜(mo)分為(wei)內壓(ya)型及(ji)外壓(ya)型兩(liang)種。外壓(ya)型原液在(zai)中(zhong)(zhong)空纖維(wei)(wei)外側加壓(ya)流動(dong)，而內壓(ya)型在(zai)中(zhong)(zhong)空纖維(wei)(wei)內腔中(zhong)(zhong)加壓(ya)流動(dong)。

1、制膜材(cai)料：

制造超濾(lv)膜的材(cai)(cai)料(liao)很多，但用于制造中空纖(xian)維超濾(lv)膜材(cai)(cai)料(liao)主要為一部分成(cheng)纖(xian)性(xing)(xing)(xing)能良好的高分子材(cai)(cai)料(liao)。對膜材(cai)(cai)料(liao)的要求是具有良好的成(cheng)膜性(xing)(xing)(xing)、熱穩(wen)定性(xing)(xing)(xing)、化學穩(wen)定性(xing)(xing)(xing)、耐(nai)酸堿(jian)性(xing)(xing)(xing)、微生物(wu)侵(qin)蝕性(xing)(xing)(xing)和抗(kang)氧化性(xing)(xing)(xing)。并且(qie)具有良好的親水性(xing)(xing)(xing)，以得到高的水通量和抗(kang)污染能力。

目前常用(yong)的中空纖(xian)維超濾膜(mo)材(cai)料(liao)有如(ru)下(xia)幾(ji)種：聚(ju)砜(feng)、聚(ju)醚砜(feng)屬于疏水性膜(mo)材(cai)料(liao)，機(ji)械(xie)強(qiang)度高，耐熱、耐化學性良好，為目前應(ying)用(yong)較多的膜(mo)材(cai)料(liao)之一。

聚(ju)丙稀(xi)腈(PAN)主要采用共聚(ju)改性聚(ju)丙稀(xi)腈，具有良好(hao)的親(qin)水性與耐化學性，特別(bie)是抗氯和抗溶劑性能好(hao)。由于(yu)材料(liao)親(qin)水性、透水速率及耐污染性能優(you)于(yu)聚(ju)砜類膜材料(liao)。

聚偏(pian)氟乙(yi)烯(xi)(xi)(PVDF)膜(mo)材料為(wei)含氟材料中(zhong)適用(yong)(yong)(yong)于超(chao)(chao)濾(lv)膜(mo)制備(bei)的(de)最好材料，有(you)極優良的(de)機械強度(du)和耐(nai)高溫、耐(nai)化學(xue)侵蝕(shi)性。使用(yong)(yong)(yong)溫度(du)范圍為(wei)-40℃～200℃以上，可(ke)以在強酸(suan)、強堿和有(you)機溶劑(ji)條件下使用(yong)(yong)(yong)。對于特(te)殊(shu)用(yong)(yong)(yong)途可(ke)采用(yong)(yong)(yong)該(gai)材料制備(bei)中(zhong)空纖(xian)維(wei)超(chao)(chao)濾(lv)膜(mo)。醋酸(suan)纖(xian)維(wei)素目前應(ying)用(yong)(yong)(yong)于制備(bei)中(zhong)空纖(xian)維(wei)超(chao)(chao)濾(lv)膜(mo)較少，但可(ke)制備(bei)截留(liu)分子量較小(xiao)的(de)超(chao)(chao)濾(lv)膜(mo)。此外，聚氯乙(yi)烯(xi)(xi)(PVC)、聚乙(yi)稀醇(PVA)、聚砜酰胺(PSA)等也可(ke)制備(bei)中(zhong)空纖(xian)維(wei)超(chao)(chao)濾(lv)膜(mo)，但實(shi)際上應(ying)用(yong)(yong)(yong)較少。

2、中空纖(xian)維式(shi)超(chao)濾(lv)膜(mo)(mo)的制備：超(chao)濾(lv)膜(mo)(mo)的制備方法(fa)很(hen)多(duo)，而(er)中空纖(xian)維超(chao)濾(lv)膜(mo)(mo)主要(yao)采(cai)用相(xiang)轉換(huan)法(fa)。相(xiang)轉換(huan)法(fa)主要(yao)有(you)浸漬凝(ning)膠法(fa)、溶劑(ji)蒸(zheng)發凝(ning)膠法(fa)和溶出法(fa)等(deng)。目前(qian)商品化(hua)的中空纖(xian)維超(chao)濾(lv)膜(mo)(mo)主要(yao)采(cai)用浸漬凝(ning)膠法(fa)制備，制膜(mo)(mo)過(guo)程(cheng)大(da)致可分為七個步驟：

(1)將制(zhi)膜材(cai)料(liao)溶入(ru)特定(ding)的溶劑中，并根據需(xu)要加(jia)入(ru)相應(ying)致孔(kong)添加(jia)劑;

(2)通過攪拌使膜材料(liao)充分溶(rong)解，而成為均勻的制(zhi)膜液;

(3)過(guo)濾(lv)去掉未(wei)溶解的其他雜質;

(4)脫(tuo)除溶液中微細的氣泡;

(5)在(zai)紡絲機中用特制的噴絲頭(tou)擠出形成中空(kong)狀原纖;

(6)使(shi)原纖中(zhong)部分(fen)溶劑蒸發;

(7)將原(yuan)纖漬于對膜材料是(shi)(shi)非溶劑(ji)的凝固(gu)浴中(通常是(shi)(shi)水(shui)或水(shui)溶液(ye))，液(ye)態(tai)原(yuan)纖立即(ji)凝固(gu)成固(gu)態(tai)中空纖維;

(8)后處理使中空纖(xian)維具備某種(zhong)固(gu)有性能。