詳解超濾的種類、生產方法、應用領域
發布時間：2024-03-26 16:25:24 人氣：0
一、超濾膜簡單分類及制備方法
超濾膜的制備材料大體可分為有機高分子材料和無機材料兩大類。有機高分子材料由于具有品種多、韌性好、成本低等點，而且，制膜工藝簡單，膜結構形態易于控制，因而成為超濾膜制造工業中應用最為廣泛的材料。無機超濾膜進入工業領域較晚，研發時間短，市場應用較少。
1.無機膜的制備方法
無機膜的制備方法主要有固態粒子燒結法和溶膠-凝膠法。
（1）固態粒子燒結法
固態粒子燒結法主要用于制備微孔陶瓷膜或陶瓷膜載體，也適合制備微孔金屬膜。它是將無機材料的超細顆粒分散在溶劑中，加入適合的無機粘結劑形成穩定的懸浮液，制成坯，后經干燥，然后再在高溫下燒結處理得到。
（2）溶膠-凝膠法
溶膠-凝膠法是合成無機膜的重要方法，氧化物薄膜的制備多采用此類方法。它是將無機鹽或金屬有機化合物溶于溶劑中，使之發生水解-縮聚反應，生成物縮合聚集形成溶膠，后經蒸發干燥轉變為凝膠。這種工藝可以制備單組分和多組分金屬氧化物陶瓷膜且制備的膜孔徑較小。
2.高分子膜的制備方法
主要有燒結法、拉伸法、徑跡蝕刻法、相轉化法，其中最多的是相轉化法。
（1）燒結法
燒結法是最簡單的制備多孔膜的方法，它是將高分子粉狀顆粒物壓實并在高溫下均勻加熱，使粉粒熔融但未全熔化，這樣便形成一定的孔隙，從而可以制備出膜。
（2）拉伸法
拉伸法適用于部分在室溫下無溶劑的膜材料，主要用于聚烯烴平板膜和中空纖維膜的制備，擴寬了膜材料的使用范圍。它的原理是將薄膜在室溫下拉伸，在拉伸方向上便出現狹縫狀的細孔，再在較高溫度下定型，得到對稱性多孔膜。
（3）徑跡蝕刻法
徑跡蝕刻法是使膜材料接受垂直的高能粒子輻射，使聚合物材料受損形成殘缺徑跡，此后將薄膜浸入刻蝕試劑中，便形成孔，其特點是形成的孔分布較為均勻。此種方法采用的是物理和化學雙重作用來制備膜。相轉化法，是按比例配置一定組成的聚合物均相溶液組成鑄膜液，并通過一定的物理方法改變其熱力學狀態，使均相的聚合物溶液發生相分離，它是通過控制相轉變來控制膜形態的。相轉化法可以制備出各種結構的膜，是工業上最常用的制膜方法，也是制備非對稱性膜的主要方法。
（4）相轉化法
相轉化法主要包括浸沒沉淀法和熱致相分離法，常用的是浸沒沉淀法，其制膜步驟為：
（1）將高分子材料和添加劑溶于溶劑，配制鑄膜液；
（2）根據需要流延成平板膜，或通過紡絲法制成中空纖維膜；
（3）物理方法使膜中的溶劑部分蒸發；
（4）將膜浸漬在非溶劑凝固浴中，凝固成型；
（5）熱處理；
（6）對膜進行預壓處理。
二、超濾膜分離技術的應用
超濾膜的工業應用十分廣泛，已成為新型化工單元操作之一。用于分離、濃縮、純化生物制品、醫藥制品以及食品工業中；還用于血液處理、廢水處理和超純水制備中的終端處理裝置。在我國已成功地利用超濾膜進行了中草藥的濃縮提純。
超濾膜隨著技術的進步，其篩選功能必將得到改進和加強，對人類社會的貢獻也將越來越大。本文主要介紹超濾膜在水處理，食品工業，醫藥工業和環境工程中的應用。
1.在水處理中的應用
與傳統水處理工藝相比，超濾工藝可以有效地將原水中的大分子、膠體、蛋白質、微粒等去除，且當不使用化學或紫外消毒時超濾對病毒仍有很好的去除效果，從而降低后續消毒加氯量，減少消毒副產物的生成量。也就是說，超濾技術不僅是保障飲用水微生物安全性的最有效技術，其還在很大程度上提高了飲用水化學安全性。同時其具有使用的壓力低、產水量大，更便于操作的優點，故超濾技術被稱之為第三代飲用水技術倍受水處理研究者的關注。
2.在食品工業應用
當今社會，食品的質量安全越來越受到人們的關注，膜分離技術擁有無毒、無害、無污染的優點，在食品等行業得到廣泛的應用。例如，在果汁生產中，超濾技術可以用于果汁的澄清過濾。運用超濾技術澄清果汁時，可確保果汁的色度、透光率等，也能解決了持續化作業的難題。 乳制品行業也經常用到超濾膜技術，主要是乳蛋白的回收、脫鹽和牛乳的濃縮。目前超濾法已作為乳清蛋白回收的標準技術，廣泛應用于各國的乳品工業中。超濾法可去除牛乳中大部分的水，簡化工藝。對脫脂乳進行濃縮時，超濾法可以得到蛋白質含量 80%的脫脂濃乳。利用超濾膜的選擇性，醬油中的氨基酸、鹽、等小分子風味物質透過膜而細菌等大分子物質被截留，可以獲得高澄清度優質醬油。用超濾膜能除去酒及飲料中殘留的酵母、細菌保持酒的澄清。
3.在醫藥方面的應用
以超濾膜技術在中藥方面的應用來說明[。超濾技術應用于中藥制劑的精制過程，與傳統的醇沉法相比，具有明顯的優越性。首先，超濾為物理過程，不加入化學試劑，對藥物有效成分影響小，同時能減輕環境污染。其次，超濾方法操作簡單，可縮短生產周期，節約成本。由于膜分離技術能最大限度地除去高相對分子質量非藥效成分或低藥效成分，因而是降低中藥制劑服用劑量、改善制劑的口感和成品質量的有效方法。同時通過濾除在溶液中不穩定的膠團、大分子等雜質、熱原、鞣質，提高了液體制劑(如注射液、口服液)的澄明度，提高了注射液的安全性。且超濾時無相變，有利于保存中藥的生理活性及理化穩定性。近年來，超濾技術在中藥領域已有較多的成功范例。
4.在環境工程中的應用
隨著社會經濟和工業化的發展，世界各國都面臨著嚴重的環境問題。作為近年來高速發展的一項新技術，膜分離技術得到了迅猛的發展。其在環境工程中的應用主要為各種工業過程的污水處理、城市生活污水處理及城市垃圾濾液的處理，在含油廢水、造紙廢水、重金屬離子廢水中的應用較多。 利用超濾膜處理電泳廢水在我國汽車、電器工業得到了廣泛應用，通過超濾膜可將大量金屬離子從廢水中回收出來重新利用 [21] 。 含油廢水的處理乳化油中含有表面活性劑和起有機物，油分是以微米大小的離子存在水中的，重力分離和粗?；ǘ计鸩涣俗饔?，而采用超濾膜技術，使水和低分子有機物透過膜，除油的同時去除COD（廢水中能被強氧化劑氧化的物質）及BOD（生化需氧量），從而實現油水分離。
三、超濾膜的前景展望
在國外，超濾主要應用于飲用水處理，我國則主要用于工業領域的廢水回用，作為反滲透的預處理。在國內水工業市場，超濾技術已在電力、鋼鐵、化工等工業廢水處理領域得到較多應用。
隨著經濟社會發展，大規模廢水處理工程將越來越多，為超濾膜技術開辟了廣闊的市場空間。在國外，已經有很多自來水廠應用超濾技術生產自來水，在國內，由于資金等問題還沒有應用開來。但是隨著國家和地方飲用水標準的修訂以及新規范的出臺，超濾技術必將被越來越多的自來水廠所采用。水質污染也逐漸成為我國城市安全供水的最大障礙。城市生活污水處理和中水回用將成為解決未來城市水資源危機的有效途徑之一。因此超濾膜在未來市政污水處理市場將會具有廣闊的市場空間。
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