膜分離membrane separation
沿革 1748年法國(guó)學(xué)者A.諾勒開(kāi)創(chuàng)了膜滲透現(xiàn)象的研究。20世紀(jì)40年代中期出現(xiàn)人工離子交換膜，開(kāi)始了電滲析的工業(yè)應(yīng)用。1960年，S.洛布和S.索里拉金首先用醋酸纖維素制成非對(duì)稱性反滲透膜，開(kāi)拓了反滲透的實(shí)際應(yīng)用。1968年，美籍華裔學(xué)者黎念之最先研究乳化液膜的形成方法和滲透機(jī)理，開(kāi)拓了液膜分離技術(shù)。中國(guó)自1958年開(kāi)始研究電滲析，1966年開(kāi)始研究反滲透，現(xiàn)已對(duì)膜分離技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域開(kāi)展了研究工作，并推廣于工業(yè)應(yīng)用。
膜的類別和結(jié)構(gòu) 膜分離的效能，取決于膜本身的屬性。膜可分液膜和固體膜。固體膜又可分：①無(wú)機(jī)多孔膜，由無(wú)機(jī)質(zhì)的多孔材料構(gòu)成。將膠體和不溶性微粒強(qiáng)制沉積于無(wú)機(jī)多孔膜上便制成動(dòng)力形成膜。②合成膜，通常采用醋酸纖維素、芳香族聚酰胺、聚砜、聚乙烯、聚丙烯等高分子材料制成。合成膜又分為離子交換膜、均質(zhì)膜和多孔膜。離子交換膜由帶有可電離的陽(yáng)離子或陰離子的高分子材料所構(gòu)成；均質(zhì)膜是均勻的高分子薄膜；多孔膜是在鑄膜液中加發(fā)孔劑，經(jīng)過(guò)蒸發(fā)和凝膠分離而成的。多孔膜又分為非對(duì)稱膜和復(fù)合膜。非對(duì)稱膜(見(jiàn)圖)
?、偃芙猓瓟U(kuò)散模型適用于液體膜、均質(zhì)膜或非對(duì)稱膜表皮層內(nèi)的物質(zhì)傳遞。在推動(dòng)力作用下，滲透物質(zhì)先溶解進(jìn)入膜的上游側(cè)，然后擴(kuò)散至膜的下游側(cè)，擴(kuò)散是控制步驟。例如氣體的滲透分離過(guò)程中，推動(dòng)力是膜兩側(cè)滲透物質(zhì)的分壓差。當(dāng)溶解服從亨利定律（見(jiàn)相平衡關(guān)聯(lián)）時(shí)，組分的滲透率是組分在膜中的擴(kuò)散系數(shù)和溶解度系數(shù)的乘積?；旌蠚怏w的分離依賴于各組分在膜中滲透率的差異。
溶解-擴(kuò)散模型用于滲透蒸發(fā)（又稱汽滲，上游側(cè)為溶液，下游側(cè)抽真空或用惰性氣體攜帶，使透過(guò)物質(zhì)汽化而分離）時(shí)，還須包括膜的汽液界面上各組分的熱力學(xué)平衡關(guān)系。
②優(yōu)先吸附－毛細(xì)管流動(dòng)模型 由于膜表面對(duì)滲透物的優(yōu)先吸附作用，在膜的上游側(cè)表面形成一層該物質(zhì)富集的吸附液體層。然后，在壓力作用下通過(guò)膜的毛細(xì)管，連續(xù)進(jìn)入產(chǎn)品溶液中。此模型能描述多孔膜的反滲透過(guò)程。
?、蹚牟豢赡鏌崃W(xué)導(dǎo)出的模型 膜分離過(guò)程通常不只依賴于單一的推動(dòng)力，而且還有伴生效應(yīng)（如濃差極化）。不可逆熱力學(xué)唯象理論統(tǒng)一關(guān)聯(lián)了壓力差、濃度差、電位差對(duì)傳質(zhì)通量的關(guān)系，采用線性唯象方程描述這種具有伴生效應(yīng)的過(guò)程，并以配偶唯象系數(shù)描述伴生效應(yīng)的影響。
在一些膜分離過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)濃差極化現(xiàn)象，須在設(shè)計(jì)和操作中采取合理措施，以減少其不利影響。
應(yīng)用 與傳統(tǒng)分離技術(shù)相比，膜分離技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于過(guò)程簡(jiǎn)單，在常溫下操作，能耗低，特別適宜于熱敏物質(zhì)的分離、濃縮和提純。合成膜分離廣泛應(yīng)用于溶液脫鹽、純水和超純水的制備，廢水處理，生物制品的提純以及氣體的組分分離等。隨著合成膜性能的提高和新過(guò)程的開(kāi)發(fā)，膜分離技術(shù)的應(yīng)用將更加廣泛。液膜分離尚處于創(chuàng)始階段，今后將為化工分離提供又一種有效方法。
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