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超滤膜的种类、生产方法、应用领域

楼主:水处理学苑 时间:2018-12-05 08:35:04

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超滤膜的分类及制备方法 
 

超滤膜的制备材料大体可分为有机高分子材料和无机材料两大类。有机高分子材料由于具有品种多、韧性好、成本低等点,而且,制膜工艺简单,膜结构形态易于控制,因而成为超滤膜制造工业中应用最为广泛的材料。无机超滤膜进入工业领域较晚,研发时间短,市场应用较少。 


 1.1 无机膜的制备方法  


无机膜的制备方法主要有固态粒子烧结法和溶胶-凝胶法。


1.1.1固态粒子烧结法  固态粒子烧结法主要用于制备微孔陶瓷膜或陶瓷膜载体,也适合制备微孔金属膜。它是将无机材料的超细颗粒分散在溶剂中,加入适合的无机粘结剂形成稳定的悬浮液,制成坯,后经干燥,然后再在高温下烧结处理得到。 


1.1.2溶胶-凝胶法  溶胶-凝胶法是合成无机膜的重要方法,氧化物薄膜的制备多采用此类方法。它是将无机盐或金属有机化合物溶于溶剂中,使之发生水解-缩聚反应,生成物缩合聚集形成溶胶,后经蒸发干燥转变为凝胶。这种工艺可以制备单组分和多组分金属氧化物陶瓷膜且制备的膜孔径较小。 

 

1.2 高分子膜的制备方法  


主要有烧结法、拉伸法、径迹蚀刻法、相转化法,其中最多的是相转化法。 


1.2.1烧结法  烧结法是最简单的制备多孔膜的方法,它是将高分子粉状颗粒物压实并在高温下均匀加热,使粉粒熔融但未全熔化,这样便形成一定的孔隙,从而可以制备出膜。


1.2.2拉伸法  拉伸法适用于部分在室温下无溶剂的膜材料,主要用于聚烯烃平板膜和中空纤维膜的制备,扩宽了膜材料的使用范围。它的原理是将薄膜在室温下拉伸,在拉伸方向上便出现狭缝状的细孔,再在较高温度下定型,得到对称性多孔膜。 


1.2.3径迹蚀刻法  径迹蚀刻法是使膜材料接受垂直的高能粒子辐射,使聚合物材料受损形成残缺径迹,此后将薄膜浸入刻蚀试剂中,便形成孔,其特点是形成的孔分布较为均匀。此种方法采用的是物理和化学双重作用来制备膜。相转化法,是按比例配置一定组成的聚合物均相溶液组成铸膜液,并通过一定的物理方法改变其热力学状态,使均相的聚合物溶液发生相分离,它是通过控制相转变来控制膜形态的。相转化法可以制备出各种结构的膜,是工业上最常用的制膜方法,也是制备非对称性膜的主要方法。 


1.2.4相转化法  相转化法主要包括浸没沉淀法和热致相分离法,常用的是浸没沉淀法,其制膜步骤为:

(1)将高分子材料和添加剂溶于溶剂,配制铸膜液;

(2)根据需要流延成平板膜,或通过纺丝法制成中空纤维膜;

(3)物理方法使膜中的溶剂部分蒸发;

(4)将膜浸渍在非溶剂凝固浴中,凝固成型;

(5)热处理;

(6)对膜进行预压处理。



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超滤膜分离技术的应用 
 


超滤膜的工业应用十分广泛,已成为新型化工单元操作之一。用于分离、浓缩、纯化生物制品、医药制品以及食品工业中;还用于血液处理、废水处理和超纯水制备中的终端处理装置。在我国已成功地利用超滤膜进行了中草药的浓缩提纯。


超滤膜随着技术的进步,其筛选功能必将得到改进和加强,对人类社会的贡献也将越来越大。本文主要介绍超滤膜在水处理,食品工业,医药工业和环境工程中的应用。 


2.1在水处理中的应用


与传统水处理工艺相比,超滤工艺可以有效地将原水中的大分子、胶体、蛋白质、微粒等去除,且当不使用化学或紫外消毒时超滤对病毒仍有很好的去除效果,从而降低后续消毒加氯量,减少消毒副产物的生成量。也就是说,超滤技术不仅是保障饮用水微生物安全性的最有效技术,其还在很大程度上提高了饮用水化学安全性。同时其具有使用的压力低、产水量大,更便于操作的优点,故超滤技术被称之为第三代饮用水技术倍受水处理研究者的关注。 


2.2在食品工业应用


当今社会,食品的质量安全越来越受到人们的关注,膜分离技术拥有无毒、无害、无污染的优点,在食品等行业得到广泛的应用。例如,在果汁生产中,超滤技术可以用于果汁的澄清过滤。运用超滤技术澄清果汁时,可确保果汁的色度、透光率等,也能解决了持续化作业的难题。  乳制品行业也经常用到超滤膜技术,主要是乳蛋白的回收、脱盐和牛乳的浓缩。目前超滤法已作为乳清蛋白回收的标准技术,广泛应用于各国的乳品工业中。超滤法可去除牛乳中大部分的水,简化工艺。对脱脂乳进行浓缩时,超滤法可以得到蛋白质含量 80%的脱脂浓乳。利用超滤膜的选择性,酱油中的氨基酸、盐、等小分子风味物质透过膜而细菌等大分子物质被截留,可以获得高澄清度优质酱油。用超滤膜能除去酒及饮料中残留的酵母、细菌保持酒的澄清。


2.3在医药方面的应用


以超滤膜技术在中药方面的应用来说明[。超滤技术应用于中药制剂的精制过程,与传统的醇沉法相比,具有明显的优越性。首先,超滤为物理过程,不加入化学试剂,对药物有效成分影响小,同时能减轻环境污染。其次,超滤方法操作简单,可缩短生产周期,节约成本。由于膜分离技术能最大限度地除去高相对分子质量非药效成分或低药效成分,因而是降低中药制剂服用剂量、改善制剂的口感和成品质量的有效方法。同时通过滤除在溶液中不稳定的胶团、大分子等杂质、热原、鞣质,提高了液体制剂(如注射液、口服液)的澄明度,提高了注射液的安全性。且超滤时无相变,有利于保存中药的生理活性及理化稳定性。近年来,超滤技术在中药领域已有较多的成功范例。


2.4在环境工程中的应用


随着社会经济和工业化的发展,世界各国都面临着严重的环境问题。作为近年来高速发展的一项新技术,膜分离技术得到了迅猛的发展。其在环境工程中的应用主要为各种工业过程的污水处理、城市生活污水处理及城市垃圾滤液的处理,在含油废水、造纸废水、重金属离子废水中的应用较多。  利用超滤膜处理电泳废水在我国汽车、电器工业得到了广泛应用,通过超滤膜可将大量金属离子从废水中回收出来重新利用 [21] 。  含油废水的处理乳化油中含有表面活性剂和起有机物,油分是以微米大小的离子存在水中的,重力分离和粗粒化法都起不了作用,而采用超滤膜技术,使水和低分子有机物透过膜,除油的同时去除COD(废水中能被强氧化剂氧化的物质)及BOD(生化需氧量),从而实现油水分离。


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超滤膜的前景展望
 


在国外,超滤主要应用于饮用水处理,我国则主要用于工业领域的废水回用,作为反渗透的预处理。在国内水工业市场,超滤技术已在电力、钢铁、化工等工业废水处理领域得到较多应用。


随着经济社会发展,大规模废水处理工程将越来越多,为超滤膜技术开辟了广阔的市场空间。在国外,已经有很多自来水厂应用超滤技术生产自来水,在国内,由于资金等问题还没有应用开来。但是随着国家和地方饮用水标准的修订以及新规范的出台,超滤技术必将被越来越多的自来水厂所采用。水质污染也逐渐成为我国城市安全供水的最大障碍。城市生活污水处理和中水回用将成为解决未来城市水资源危机的有效途径之一。因此超滤膜在未来市政污水处理市场将会具有广阔的市场空间。



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