第一篇：膜蒸餾技術(shù)簡(jiǎn)介(摘抄

膜蒸餾技術(shù)簡(jiǎn)介(摘抄

膜蒸餾技術(shù)簡(jiǎn)介(摘抄)摘自 真空膜蒸餾海水淡化實(shí)驗(yàn)研究.王宏濤.天津大學(xué)碩士學(xué)位論文.1.1膜蒸餾技術(shù)簡(jiǎn)介 1.1.1膜蒸餾概述

膜蒸餾(Membrane Distillation，MD)是在上個(gè)世紀(jì)八十年代初發(fā)展起來(lái)的一種新型分離技術(shù)，是膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)蒸發(fā)過(guò)程相結(jié)合的新型膜分離過(guò)程，它與常規(guī)蒸餾一樣都以汽液平衡為基礎(chǔ)，依靠蒸發(fā)潛熱來(lái)實(shí)現(xiàn)相變。它以膜兩側(cè)的溫差所引起的傳遞組分的蒸汽壓力差為傳質(zhì)驅(qū)動(dòng)力，以不被待處理的溶液潤(rùn)濕的疏水性微孔膜為傳遞介質(zhì)。在傳遞過(guò)程中，膜的唯一作用是作為兩相間的屏障，不直接參與分離作用，分離選擇性完全由氣—液平衡決定[1]。膜蒸餾過(guò)程是熱量和質(zhì)量同時(shí)傳遞的過(guò)程。膜的一側(cè)與熱的待處理的溶液直接接觸(稱為熱側(cè))，另一側(cè)直接或間接地與冷的液體接觸(稱為冷側(cè))。由于膜的疏水性，水溶液不會(huì)從膜孔中通過(guò)，但膜兩側(cè)由于揮發(fā)組分蒸氣壓差的存在，而使揮發(fā)蒸氣通過(guò)膜孔，從高蒸氣壓側(cè)傳遞到低蒸氣壓側(cè)，而其它組分則被疏水膜阻擋在熱側(cè)，從而產(chǎn)生了膜的透過(guò)通量，實(shí)現(xiàn)了混合物的分離或提純。這與常規(guī)蒸餾中的蒸發(fā)、傳質(zhì)、冷凝過(guò)程十分相似，所以稱其為膜蒸餾過(guò)程如圖1-1所示：

1986年意大利、荷蘭、日本、德國(guó)和澳大利亞的膜蒸餾專家在羅馬召開(kāi)了膜蒸餾研討會(huì)，會(huì)上與會(huì)專家統(tǒng)一規(guī)范了膜蒸餾過(guò)程涉及的各種術(shù)語(yǔ)，定義膜蒸餾過(guò)程應(yīng)具有以下幾種含義：使用的膜是疏水性多孔膜；膜不應(yīng)被所處理的液體所浸潤(rùn)；溶液中的揮發(fā)性組分以蒸汽的形式通過(guò)膜孔；膜孔中不發(fā)生毛細(xì)冷凝現(xiàn)象；組分通過(guò)膜的推動(dòng)力是該組分在膜兩側(cè)的蒸汽壓差；膜本身不改變處理液各組份的汽—液平衡；膜至少有一側(cè)與所處理液體直接接觸；對(duì)于任何組分該膜過(guò)程的推動(dòng)力是該組分在氣相中的分壓差[2,3,4]。膜蒸餾本身的特點(diǎn)決定了該技術(shù)與其它分離技術(shù)相比有著無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)：（1）膜蒸餾過(guò)程較其他膜分離過(guò)程（反滲透）的操作壓力低，幾乎是在常壓下進(jìn)行，設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便，在技術(shù)力量較薄弱的地區(qū)也有實(shí)現(xiàn)的可能性。(2)在非揮發(fā)性溶質(zhì)水溶液的膜蒸餾過(guò)程中，因?yàn)橹挥兴羝芡高^(guò)膜孔，理論上可以100%截留離子、大分子、膠體、細(xì)胞和其它非揮發(fā)性物質(zhì)，所以蒸餾液十分純凈，可望成為大規(guī)模、低成本制備超純水的有效手段。(3)該過(guò)程可以處理極高濃度的水溶液，如果溶質(zhì)是容易結(jié)晶的物質(zhì)，可以把溶液濃縮到過(guò)飽和狀態(tài)而出現(xiàn)膜蒸餾結(jié)晶現(xiàn)象，是目前唯一能從溶液中直接分離出結(jié)晶產(chǎn)物的膜過(guò)程。(4)膜蒸餾組件很容易設(shè)計(jì)成潛熱回收形式，并具有以高效的小型膜組件構(gòu)成大規(guī)模生產(chǎn)體系的靈活性。(5)在該過(guò)程中無(wú)需把溶液加熱到沸點(diǎn)，只要膜兩側(cè)維持適當(dāng)?shù)臏夭?，該過(guò)程就可以進(jìn)行，操作溫度比傳統(tǒng)的蒸餾低，有可能利用太陽(yáng)能、地?zé)帷厝?、工廠的余熱和溫?zé)岬墓I(yè)廢水等廉價(jià)能源[2]。

但是膜蒸餾作為一種新的分離技術(shù)也還有許多不完善之處，比如：

（1）膜蒸餾與制備純水的其它膜過(guò)程相比，膜的產(chǎn)水通量較低，迄今還沒(méi)有開(kāi)發(fā)出較成熟的膜蒸餾用膜的生產(chǎn)技術(shù)，且疏水微孔膜，與親水膜相比在膜材料和制備工藝的選擇方面都十分有限；（2）運(yùn)行過(guò)程中膜的污染不僅導(dǎo)致膜的通量下降，更為嚴(yán)重的是加速了膜的潤(rùn)濕，使鹽滲漏進(jìn)入淡水側(cè)，從而使淡水品質(zhì)下降；（3）缺乏有效的熱量的回收手段，膜蒸餾是一個(gè)有相變的膜過(guò)程，汽化潛熱降低了熱能的利用率，所以在組件的設(shè)計(jì)上必需考慮到潛熱的回收，以盡可能減少熱能的損耗，與其他膜過(guò)程相比，膜蒸餾在有廉價(jià)能源可利用的情況下才更有實(shí)用意義。1.1.2膜蒸餾的分類與特點(diǎn)

根據(jù)揮發(fā)性組分在膜冷側(cè)冷凝方式的不同，膜蒸餾可分為四種不同結(jié)構(gòu)和操作方式[5]（如圖1-2所示），即：直接接觸式膜蒸餾(DCMD)、氣隙式膜蒸餾(AGMD)、吹掃式膜蒸餾(SGMD)和真空膜蒸餾(VMD)。

在直接接觸式膜蒸餾[6-15]中透過(guò)側(cè)的冷卻純水和膜上游側(cè)的溶液都與膜直接接觸，在膜兩側(cè)溫差引起的水蒸氣壓力差驅(qū)動(dòng)下傳質(zhì)，透過(guò)的水蒸氣直接進(jìn)入冷卻的純水中冷凝。直接接觸膜蒸餾的過(guò)程裝置和運(yùn)行都比較簡(jiǎn)單，但是上下游的流體僅有一層薄膜相隔，熱量很快從上游傳遞到下游，最后達(dá)到熱平衡。冷測(cè)需要持續(xù)制冷，熱側(cè)需要持續(xù)加熱，因而熱利用效率較低。但過(guò)程所需要的附屬設(shè)備最少，操作比較簡(jiǎn)單，最適用于透過(guò)組分為水的應(yīng)用場(chǎng)合，例如：脫鹽、水溶液（果汁）濃縮等。氣隙式膜蒸餾[27-35]的透過(guò)側(cè)空氣與膜接觸，增加了熱傳導(dǎo)的阻力，大大降低了傳導(dǎo)熱量的損失，但是同時(shí)傳質(zhì)阻力也增加。氣隙式膜蒸餾的傳質(zhì)機(jī)理主要是以分子擴(kuò)散為主的，但由于透過(guò)側(cè)空氣的存在，會(huì)使膜孔中存在滯留空氣，透過(guò)蒸汽在穿過(guò)膜孔時(shí)的阻力增加。與膜接觸的氣層厚度一般為膜厚度的10~100倍，空氣可以視為靜止膜，也會(huì)使傳質(zhì)阻力增大，導(dǎo)致透過(guò)的通量很小。在去除水溶液中的微量易揮發(fā)性組分方面占有優(yōu)勢(shì)。吹掃氣膜蒸餾[37,38,39]同氣隙式膜蒸餾一樣適用于除去水溶液中的微量易揮發(fā)性組分。在吹掃氣膜蒸餾中，透過(guò)側(cè)為流動(dòng)氣體，克服了氣隙式膜蒸餾中靜止空氣層產(chǎn)生傳質(zhì)阻力的缺點(diǎn)，同時(shí)保留了氣隙式膜蒸餾中較高的熱傳導(dǎo)阻力的優(yōu)點(diǎn)，但是在收集透過(guò)側(cè)組分方面存在較大困難，操作過(guò)程中為了減少傳質(zhì)阻力，要減小傳質(zhì)邊界層的厚度，相應(yīng)需要較高的吹掃氣體速度，操作壓力隨之升高，目前研究工作相對(duì)較少。在真空膜蒸餾[40-57]中，膜的一側(cè)與進(jìn)料液體直接接觸，另一側(cè)的壓力保持在低于進(jìn)料平衡的蒸氣壓之下，透過(guò)的水蒸氣被抽出組件外冷凝，增大膜兩側(cè)的水蒸氣壓力差，可得到較大的透過(guò)通量，常常應(yīng)用于去除稀釋溶液中的易揮發(fā)性組分。由于在VMD過(guò)程中，透過(guò)側(cè)為真空，水蒸氣分子與孔壁的碰撞占主要優(yōu)勢(shì)，以努森擴(kuò)散為主，熱傳導(dǎo)損失可以忽略不計(jì)。因此，真空膜蒸餾的傳質(zhì)壓力差較大，傳質(zhì)驅(qū)動(dòng)力大，透過(guò)氣體的傳質(zhì)阻力較小，膜兩側(cè)的絕對(duì)壓力差較大，與其它分離過(guò)程相比，膜通量也具有很大的優(yōu)勢(shì)，所以近年來(lái)，在脫鹽、廢水回收方面的研究日益增多。1.1.3膜蒸餾的發(fā)展歷程

膜蒸餾技術(shù)發(fā)展到今天大致經(jīng)歷了三個(gè)階段：概念提出階段（19世紀(jì)60年代—19世紀(jì)70年代）、初步發(fā)展階段（19世紀(jì)80年代—19世紀(jì)90年代）、高速發(fā)展階段（19世紀(jì)90年代至今）。

膜蒸餾的概念是在1963年Bodell[58]的一篇專利中首先提出來(lái)的，他將膜蒸餾描述為“一種可將不可飲用水流體轉(zhuǎn)化為可飲用水的裝置和技術(shù)”，并指出可用抽真空的方式將滲透蒸汽從裝置中移走，但是他并沒(méi)有指出膜的結(jié)構(gòu)與孔徑，也沒(méi)有給出結(jié)果和定量分析。1964年，Weyl[59]發(fā)現(xiàn)采用空氣填充的多孔疏水膜可在蒸汽壓系統(tǒng)內(nèi)從含鹽水中回收去離子水，這個(gè)致力于提高脫鹽效率的新工藝在1967年被授予美國(guó)專利，專利宣稱這個(gè)用于脫鹽的改進(jìn)方法和改進(jìn)設(shè)備能在最小的外部能量要求和最小的資金和廠房花費(fèi)下運(yùn)作。Weyl建議將熱的溶液和冷的滲透物都與膜直接接觸，以消除氣隙，他采用的是厚3.2mm，孔徑9μm，孔隙率42%的PTFE膜，所獲得的膜蒸餾通量達(dá)到了1kg/m2?h，這與當(dāng)時(shí)反滲透5～75kg/m2·h的通量有很大的差距，因此在60年代末人們對(duì)膜蒸餾的興趣逐漸減弱。Findley[60]是第一個(gè)公開(kāi)發(fā)表膜蒸餾結(jié)果的人，60年代后期他以紙、膠木、玻璃纖維、玻璃紙、尼龍、硅藻土等作為膜材料進(jìn)行直接接觸膜蒸餾實(shí)驗(yàn)，其中大部分材料用硅樹(shù)脂、特氟龍或防水劑處理過(guò)，以增強(qiáng)膜的疏水性。實(shí)驗(yàn)定性地描述了膜孔中存的在空氣、膜的厚度、導(dǎo)熱熱損失和空隙率對(duì)膜蒸餾的影響，并且首次說(shuō)明了膜蒸餾所用膜材料的一些重要特性：熱阻高、厚度小、液體進(jìn)入壓力大、高空隙率及彎曲因子較小。Findley預(yù)言，如果能夠找到低價(jià)位、耐高溫、長(zhǎng)壽命并且特性理想的膜，膜蒸餾不僅可以用于海水淡化，還會(huì)是一種經(jīng)濟(jì)可行、用途廣泛的蒸發(fā)方法。早期的膜蒸餾過(guò)程設(shè)計(jì)中，Rodger[61,62,63]的工作最為出色，他在1968－1975年間有多項(xiàng)專利被批準(zhǔn)。有幾項(xiàng)專利研究改善熱量回收系統(tǒng)，如一項(xiàng)設(shè)計(jì)中使用帶波紋的換熱片，以提高對(duì)流傳熱效果。1971年的專利設(shè)計(jì)了多效膜蒸餾，以分離揮發(fā)性不同的組份，如重水的分離。1972年的專利設(shè)計(jì)了膜蒸餾的脫鹽工藝，是包含了料液脫氣、膜表面處理等工序在內(nèi)的完整系統(tǒng)。使用的膜囊括PTFE、PP、PVDF以及疏水處理后的親水膜。1975年的專利改變了研究方向，設(shè)計(jì)了家用飲水機(jī)。

19世紀(jì)80年代起以企業(yè)為主的研發(fā)帶動(dòng)了膜蒸餾技術(shù)前所未有的發(fā)展。80年代早期，由于新的制膜技術(shù)的出現(xiàn)，人們又開(kāi)始對(duì)膜蒸餾產(chǎn)生興趣，因?yàn)檫@時(shí)可以制得高達(dá)80%孔隙率和50μm厚的膜，比Weyl和Findley在60年代所用的膜，滲透通量提高了100倍。膜組件設(shè)計(jì)的改進(jìn)及進(jìn)一步認(rèn)識(shí)溫度和濃度極化對(duì)MD性能的影響，也促使人們恢復(fù)對(duì)膜蒸餾的關(guān)注，同時(shí)也使膜蒸餾更具竟?fàn)幜Α?/p>

Gore和Associacs公司[64]（美國(guó)）、Swedish Development Co.[65,66]和EnkaAG.[67-69]（德國(guó)）從商業(yè)應(yīng)用的角度開(kāi)發(fā)他們的測(cè)試膜蒸餾系統(tǒng)。如Gore開(kāi)發(fā)出了一種卷式膜組件用于“Gore-Tex膜蒸餾”，最終由于其熱傳遞差的技術(shù)原因及成本過(guò)高，Gore在其即將商品化之前放棄了這一計(jì)劃。值得注意的是，有人使用Gore-Tex膜完成了中試，認(rèn)為膜蒸餾用于脫鹽尚需兩個(gè)條件：膜成本大幅度下降，提高熱量回收熱交換器的傳熱效果[70]。幾乎同時(shí)瑞典National Development Co.公布了他們研制的膜蒸餾系統(tǒng)，包括樣機(jī)運(yùn)行情況[71]，采用了板框結(jié)構(gòu)的膜蒸餾，但同樣未進(jìn)入市場(chǎng)。EnkaAG開(kāi)發(fā)了中空纖維膜組件的“傳遞膜蒸餾”，Kjellander提交了氣隙膜蒸餾用于脫鹽的專利[72]。80年代末，Enka公司宣稱制造了一種可用于商業(yè)生產(chǎn)的MD系統(tǒng)。這個(gè)階段MD在許多領(lǐng)域只能是一個(gè)有競(jìng)爭(zhēng)的系統(tǒng)，還不能夠可頂替別的技術(shù)。學(xué)術(shù)界對(duì)MD興趣的增強(qiáng)，是因?yàn)樵撨^(guò)程的多樣性及MD研究能產(chǎn)生“有利于環(huán)境”的結(jié)果。

80年代大量發(fā)表的膜蒸餾文獻(xiàn)主要集中于過(guò)程機(jī)理研究，這些研究將常規(guī)的傳遞理論應(yīng)用于膜蒸餾，分析流體溫度、流量、壓力等操作參數(shù)的影響，建立了傳熱傳質(zhì)模型。特別對(duì)膜傳質(zhì)過(guò)程做了很多理論研究，從理論上明確了膜結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)滲透通量的影響。這一時(shí)期膜蒸餾技術(shù)的應(yīng)用研究也取得了相當(dāng)重要的成果，研究者開(kāi)發(fā)了諸如脫鹽、溶液濃縮、廢水處理、非常規(guī)分離等諸多領(lǐng)域的膜蒸餾應(yīng)用。值得一提的是Shneider[73]和Schofield[74]等人用直接接觸式膜蒸餾進(jìn)行脫鹽分別得到了足以同反滲透競(jìng)爭(zhēng)的高達(dá)75kg/m2·h的跨膜通量；Lawson[75]等人通過(guò)優(yōu)化膜組件的設(shè)計(jì)和采用性能優(yōu)良的膜，將跨膜通量提高到了反滲透技術(shù)的2～3倍。但就通量大小來(lái)說(shuō)，膜蒸餾過(guò)程同反滲透相比已經(jīng)具有了很大的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)膜蒸餾技術(shù)還具有能耗低、操作條件溫和、可利用廢熱等諸多優(yōu)勢(shì)。人們?cè)谶@一領(lǐng)域取得的成果足以讓該技術(shù)在工業(yè)脫鹽競(jìng)爭(zhēng)中占有一席之地。

自90年代以后，學(xué)術(shù)界對(duì)膜蒸餾的興趣由于其廣泛的應(yīng)用范圍和對(duì)多重工程概念的涵蓋而被迅速催化，研究文章每年迅速遞增。隨著研究的深入，膜蒸餾的優(yōu)勢(shì)也逐漸被揭示出來(lái)，各國(guó)對(duì)于膜蒸餾技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)的關(guān)注逐年升溫，特別是西方發(fā)達(dá)國(guó)家和一些大公司都在相當(dāng)程度上加大了對(duì)膜蒸餾研發(fā)的投入，都希望能夠擁有其知識(shí)產(chǎn)權(quán)，以期收獲它帶來(lái)的豐厚利潤(rùn)和和戰(zhàn)略利益。

這一階段膜蒸餾機(jī)理的研究并無(wú)重大突破，許多研究只是以前工作的進(jìn)一步核實(shí)。機(jī)理研究大都集中在極化現(xiàn)象的影響及通過(guò)各種方式削弱極化現(xiàn)象，這是許多膜分離技術(shù)遇到過(guò)的工程問(wèn)題，反映出膜蒸餾技術(shù)逐步進(jìn)入實(shí)用化階段的趨勢(shì)。該階段代表性的研究工作比如Lawson[76]從統(tǒng)計(jì)力學(xué)觀點(diǎn)分析了蒸汽分子通過(guò)微孔疏水膜的過(guò)程，用塵氣模型（dusty gas model）統(tǒng)一了膜蒸餾各種情況下的透膜傳質(zhì)過(guò)程。（待續(xù)）

第二篇：膜蒸餾技術(shù)

膜蒸餾技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1膜蒸餾技術(shù)簡(jiǎn)介 1.1.1膜蒸餾概述

膜蒸餾(Membrane Distillation，MD)是在上個(gè)世紀(jì)八十年代初發(fā)展起來(lái)的一種新型分離技術(shù)，是膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)蒸發(fā)過(guò)程相結(jié)合的新型膜分離過(guò)程，它與常規(guī)蒸餾一樣都以汽液平衡為基礎(chǔ)，依靠蒸發(fā)潛熱來(lái)實(shí)現(xiàn)相變。它以膜兩側(cè)的溫差所引起的傳遞組分的蒸汽壓力差為傳質(zhì)驅(qū)動(dòng)力，以不被待處理的溶液潤(rùn)濕的疏水性微孔膜為傳遞介質(zhì)。在傳遞過(guò)程中，膜的唯一作用是作為兩相間的屏障，不直接參與分離作用，分離選擇性完全由氣—液平衡決定[1]。膜蒸餾過(guò)程是熱量和質(zhì)量同時(shí)傳遞的過(guò)程。膜的一側(cè)與熱的待處理的溶液直接接觸(稱為熱側(cè))，另一側(cè)直接或間接地與冷的液體接觸(稱為冷側(cè))。由于膜的疏水性，水溶液不會(huì)從膜孔中通過(guò)，但膜兩側(cè)由于揮發(fā)組分蒸氣壓差的存在，而使揮發(fā)蒸氣通過(guò)膜孔，從高蒸氣壓側(cè)傳遞到低蒸氣壓側(cè)，而其它組分則被疏水膜阻擋在熱側(cè)，從而產(chǎn)生了膜的透過(guò)通量，實(shí)現(xiàn)了混合物的分離或提純。這與常規(guī)蒸餾中的蒸發(fā)、傳質(zhì)、冷凝過(guò)程十分相似，所以稱其為膜蒸餾過(guò)程如圖1-1所示：

1986年意大利、荷蘭、日本、德國(guó)和澳大利亞的膜蒸餾專家在羅馬召開(kāi)了膜蒸餾研討會(huì)，會(huì)上與會(huì)專家統(tǒng)一規(guī)范了膜蒸餾過(guò)程涉及的各種術(shù)語(yǔ)，定義膜蒸餾過(guò)程應(yīng)具有以下幾種含義：使用的膜是疏水性多孔膜；膜不應(yīng)被所處理的液體所浸潤(rùn)；溶液中的揮發(fā)性組分以蒸汽的形式通過(guò)膜孔；膜孔中不發(fā)生毛細(xì)冷凝現(xiàn)象；組分通過(guò)膜的推動(dòng)力是該組分在膜兩側(cè)的蒸汽壓差；膜本身不改變處理液各組份的汽—液平衡；膜至少有一側(cè)與所處理液體直接接觸；對(duì)于任何組分該膜過(guò)程的推動(dòng)力是該組分在氣相中的分壓差[2,3,4]。

膜蒸餾本身的特點(diǎn)決定了該技術(shù)與其它分離技術(shù)相比有著無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)：（1）膜蒸餾過(guò)程較其他膜分離過(guò)程（反滲透）的操作壓力低，幾乎是在常壓下進(jìn)行，設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便，在技術(shù)力量較薄弱的地區(qū)也有實(shí)現(xiàn)的可能性。(2)在非揮發(fā)性溶質(zhì)水溶液的膜蒸餾過(guò)程中，因?yàn)橹挥兴羝芡高^(guò)膜孔，理論上可以100%截留離子、大分子、膠體、細(xì)胞和其它非揮發(fā)性物質(zhì)，所以蒸餾液十分純凈，可望成為大規(guī)模、低成本制備超純水的有效手段。(3)該過(guò)程可以處理極高濃度的水溶液，如果溶質(zhì)是容易結(jié)晶的物質(zhì)，可以把溶液濃縮到過(guò)飽和狀態(tài)而出現(xiàn)膜蒸餾結(jié)晶現(xiàn)象，是目前唯一能從溶液中直接分離出結(jié)晶產(chǎn)物的膜過(guò)程。(4)膜蒸餾組件很容易設(shè)計(jì)成潛熱回收形式，并具有以高效的小型膜組件構(gòu)成大規(guī)模生產(chǎn)體系的靈活性。(5)在該過(guò)程中無(wú)需把溶液加熱到沸點(diǎn)，只要膜兩側(cè)維持適當(dāng)?shù)臏夭睿撨^(guò)程就可以進(jìn)行，操作溫度比傳統(tǒng)的蒸餾低，有可能利用太陽(yáng)能、地?zé)?、溫泉、工廠的余熱和溫?zé)岬墓I(yè)廢水等廉價(jià)能源[2]。

但是膜蒸餾作為一種新的分離技術(shù)也還有許多不完善之處，比如：

（1）膜蒸餾與制備純水的其它膜過(guò)程相比，膜的產(chǎn)水通量較低，迄今還沒(méi)有開(kāi)發(fā)出較成熟的膜蒸餾用膜的生產(chǎn)技術(shù)，且疏水微孔膜，與親水膜相比在膜材料和制備工藝的選擇方面都十分有限；（2）運(yùn)行過(guò)程中膜的污染不僅導(dǎo)致膜的通量下降，更為嚴(yán)重的是加速了膜的潤(rùn)濕，使鹽滲漏進(jìn)入淡水側(cè)，從而使淡水品質(zhì)下降；（3）缺乏有效的熱量的回收手段，膜蒸餾是一個(gè)有相變的膜過(guò)程，汽化潛熱降低了熱能的利用率，所以在組件的設(shè)計(jì)上必需考慮到潛熱的回收，以盡可能減少熱能的損耗，與其他膜過(guò)程相比，膜蒸餾在有廉價(jià)能源可利用的情況下才更有實(shí)用意義。1.1.2膜蒸餾的分類與特點(diǎn)

根據(jù)揮發(fā)性組分在膜冷側(cè)冷凝方式的不同，膜蒸餾可分為四種不同結(jié)構(gòu)和操作方式[5]（如圖1-2所示），即：直接接觸式膜蒸餾(DCMD)、氣隙式膜蒸餾(AGMD)、吹掃式膜蒸餾(SGMD)和真空膜蒸餾(VMD)。

在直接接觸式膜蒸餾[6-15]中透過(guò)側(cè)的冷卻純水和膜上游側(cè)的溶液都與膜直接接觸，在膜兩側(cè)溫差引起的水蒸氣壓力差驅(qū)動(dòng)下傳質(zhì)，透過(guò)的水蒸氣直接進(jìn)入冷卻的純水中冷凝。直接接觸膜蒸餾的過(guò)程裝置和運(yùn)行都比較簡(jiǎn)單，但是上下游的流體僅有一層薄膜相隔，熱量很快從上游傳遞到下游，最后達(dá)到熱平衡。冷測(cè)需要持續(xù)制冷，熱側(cè)需要持續(xù)加熱，因而熱利用效率較低。但過(guò)程所需要的附屬設(shè)備最少，操作比較簡(jiǎn)單，最適用于透過(guò)組分為水的應(yīng)用場(chǎng)合，例如：脫鹽、水溶液（果汁）濃縮等。氣隙式膜蒸餾[27-35]的透過(guò)側(cè)空氣與膜接觸，增加了熱傳導(dǎo)的阻力，大大降低了傳導(dǎo)熱量的損失，但是同時(shí)傳質(zhì)阻力也增加。氣隙式膜蒸餾的傳質(zhì)機(jī)理主要是以分子擴(kuò)散為主的，但由于透過(guò)側(cè)空氣的存在，會(huì)使膜孔中存在滯留空氣，透過(guò)蒸汽在穿過(guò)膜孔時(shí)的阻力增加。與膜接觸的氣層厚度一般為膜厚度的10~100倍，空氣可以視為靜止膜，也會(huì)使傳質(zhì)阻力增大，導(dǎo)致透過(guò)的通量很小。在去除水溶液中的微量易揮發(fā)性組分方面占有優(yōu)勢(shì)。吹掃氣膜蒸餾[37,38,39]同氣隙式膜蒸餾一樣適用于除去水溶液中的微量易揮發(fā)性組分。在吹掃氣膜蒸餾中，透過(guò)側(cè)為流動(dòng)氣體，克服了氣隙式膜蒸餾中靜止空氣層產(chǎn)生傳質(zhì)阻力的缺點(diǎn)，同時(shí)保留了氣隙式膜蒸餾中較高的熱傳導(dǎo)阻力的優(yōu)點(diǎn)，但是在收集透過(guò)側(cè)組分方面存在較大困難，操作過(guò)程中為了減少傳質(zhì)阻力，要減小傳質(zhì)邊界層的厚度，相應(yīng)需要較高的吹掃氣體速度，操作壓力隨之升高，目前研究工作相對(duì)較少。在真空膜蒸餾[40-57]中，膜的一側(cè)與進(jìn)料液體直接接觸，另一側(cè)的壓力保持在低于進(jìn)料平衡的蒸氣壓之下，透過(guò)的水蒸氣被抽出組件外冷凝，增大膜兩側(cè)的水蒸氣壓力差，可得到較大的透過(guò)通量，常常應(yīng)用于去除稀釋溶液中的易揮發(fā)性組分。由于在VMD過(guò)程中，透過(guò)側(cè)為真空，水蒸氣分子與孔壁的碰撞占主要優(yōu)勢(shì)，以努森擴(kuò)散為主，熱傳導(dǎo)損失可以忽略不計(jì)。因此，真空膜蒸餾的傳質(zhì)壓力差較大，傳質(zhì)驅(qū)動(dòng)力大，透過(guò)氣體的傳質(zhì)阻力較小，膜兩側(cè)的絕對(duì)壓力差較大，與其它分離過(guò)程相比，膜通量也具有很大的優(yōu)勢(shì)，所以近年來(lái)，在脫鹽、廢水回收方面的研究日益增多。1.1.3膜蒸餾的發(fā)展歷程

膜蒸餾技術(shù)發(fā)展到今天大致經(jīng)歷了三個(gè)階段：概念提出階段（19世紀(jì)60年代—19世紀(jì)70年代）、初步發(fā)展階段（19世紀(jì)80年代—19世紀(jì)90年代）、高速發(fā)展階段（19世紀(jì)90年代至今）。

膜蒸餾的概念是在1963年Bodell[58]的一篇專利中首先提出來(lái)的，他將膜蒸餾描述為“一種可將不可飲用水流體轉(zhuǎn)化為可飲用水的裝置和技術(shù)”，并指出可用抽真空的方式將滲透蒸汽從裝置中移走，但是他并沒(méi)有指出膜的結(jié)構(gòu)與孔徑，也沒(méi)有給出結(jié)果和定量分析。1964年，Weyl[59]發(fā)現(xiàn)采用空氣填充的多孔疏水膜可在蒸汽壓系統(tǒng)內(nèi)從含鹽水中回收去離子水，這個(gè)致力于提高脫鹽效率的新工藝在1967年被授予美國(guó)專利，專利宣稱這個(gè)用于脫鹽的改進(jìn)方法和改進(jìn)設(shè)備能在最小的外部能量要求和最小的資金和廠房花費(fèi)下運(yùn)作。Weyl建議將熱的溶液和冷的滲透物都與膜直接接觸，以消除氣隙，他采用的是厚3.2mm，孔徑9μm，孔隙率42%的PTFE膜，所獲得的膜蒸餾通量達(dá)到了1kg/m2?h，這與當(dāng)時(shí)反滲透5～75kg/m2·h的通量有很大的差距，因此在60年代末人們對(duì)膜蒸餾的興趣逐漸減弱。Findley[60]是第一個(gè)公開(kāi)發(fā)表膜蒸餾結(jié)果的人，60年代后期他以紙、膠木、玻璃纖維、玻璃紙、尼龍、硅藻土等作為膜材料進(jìn)行直接接觸膜蒸餾實(shí)驗(yàn)，其中大部分材料用硅樹(shù)脂、特氟龍或防水劑處理過(guò)，以增強(qiáng)膜的疏水性。實(shí)驗(yàn)定性地描述了膜孔中存的在空氣、膜的厚度、導(dǎo)熱熱損失和空隙率對(duì)膜蒸餾的影響，并且首次說(shuō)明了膜蒸餾所用膜材料的一些重要特性：熱阻高、厚度小、液體進(jìn)入壓力大、高空隙率及彎曲因子較小。Findley預(yù)言，如果能夠找到低價(jià)位、耐高溫、長(zhǎng)壽命并且特性理想的膜，膜蒸餾不僅可以用于海水淡化，還會(huì)是一種經(jīng)濟(jì)可行、用途廣泛的蒸發(fā)方法。

早期的膜蒸餾過(guò)程設(shè)計(jì)中，Rodger[61,62,63]的工作最為出色，他在1968－1975年間有多項(xiàng)專利被批準(zhǔn)。有幾項(xiàng)專利研究改善熱量回收系統(tǒng)，如一項(xiàng)設(shè)計(jì)中使用帶波紋的換熱片，以提高對(duì)流傳熱效果。1971年的專利設(shè)計(jì)了多效膜蒸餾，以分離揮發(fā)性不同的組份，如重水的分離。1972年的專利設(shè)計(jì)了膜蒸餾的脫鹽工藝，是包含了料液脫氣、膜表面處理等工序在內(nèi)的完整系統(tǒng)。使用的膜囊括PTFE、PP、PVDF以及疏水處理后的親水膜。1975年的專利改變了研究方向，設(shè)計(jì)了家用飲水機(jī)。

19世紀(jì)80年代起以企業(yè)為主的研發(fā)帶動(dòng)了膜蒸餾技術(shù)前所未有的發(fā)展。80年代早期，由于新的制膜技術(shù)的出現(xiàn)，人們又開(kāi)始對(duì)膜蒸餾產(chǎn)生興趣，因?yàn)檫@時(shí)可以制得高達(dá)80%孔隙率和50μm厚的膜，比Weyl和Findley在60年代所用的膜，滲透通量提高了100倍。膜組件設(shè)計(jì)的改進(jìn)及進(jìn)一步認(rèn)識(shí)溫度和濃度極化對(duì)MD性能的影響，也促使人們恢復(fù)對(duì)膜蒸餾的關(guān)注，同時(shí)也使膜蒸餾更具竟?fàn)幜Α?/p>

Gore和Associacs公司[64]（美國(guó)）、Swedish Development Co.[65,66]和EnkaAG.[67-69]（德國(guó)）從商業(yè)應(yīng)用的角度開(kāi)發(fā)他們的測(cè)試膜蒸餾系統(tǒng)。如Gore開(kāi)發(fā)出了一種卷式膜組件用于“Gore-Tex膜蒸餾”，最終由于其熱傳遞差的技術(shù)原因及成本過(guò)高，Gore在其即將商品化之前放棄了這一計(jì)劃。值得注意的是，有人使用Gore-Tex膜完成了中試，認(rèn)為膜蒸餾用于脫鹽尚需兩個(gè)條件：膜成本大幅度下降，提高熱量回收熱交換器的傳熱效果[70]。幾乎同時(shí)瑞典National Development Co.公布了他們研制的膜蒸餾系統(tǒng)，包括樣機(jī)運(yùn)行情況[71]，采用了板框結(jié)構(gòu)的膜蒸餾，但同樣未進(jìn)入市場(chǎng)。EnkaAG開(kāi)發(fā)了中空纖維膜組件的“傳遞膜蒸餾”，Kjellander提交了氣隙膜蒸餾用于脫鹽的專利[72]。80年代末，Enka公司宣稱制造了一種可用于商業(yè)生產(chǎn)的MD系統(tǒng)。這個(gè)階段MD在許多領(lǐng)域只能是一個(gè)有競(jìng)爭(zhēng)的系統(tǒng)，還不能夠可頂替別的技術(shù)。學(xué)術(shù)界對(duì)MD興趣的增強(qiáng)，是因?yàn)樵撨^(guò)程的多樣性及MD研究能產(chǎn)生“有利于環(huán)境”的結(jié)果。

80年代大量發(fā)表的膜蒸餾文獻(xiàn)主要集中于過(guò)程機(jī)理研究，這些研究將常規(guī)的傳遞理論應(yīng)用于膜蒸餾，分析流體溫度、流量、壓力等操作參數(shù)的影響，建立了傳熱傳質(zhì)模型。特別對(duì)膜傳質(zhì)過(guò)程做了很多理論研究，從理論上明確了膜結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)滲透通量的影響。這一時(shí)期膜蒸餾技術(shù)的應(yīng)用研究也取得了相當(dāng)重要的成果，研究者開(kāi)發(fā)了諸如脫鹽、溶液濃縮、廢水處理、非常規(guī)分離等諸多領(lǐng)域的膜蒸餾應(yīng)用。值得一提的是Shneider[73]和Schofield[74]等人用直接接觸式膜蒸餾進(jìn)行脫鹽分別得到了足以同反滲透競(jìng)爭(zhēng)的高達(dá)75kg/m2·h的跨膜通量；Lawson[75]等人通過(guò)優(yōu)化膜組件的設(shè)計(jì)和采用性能優(yōu)良的膜，將跨膜通量提高到了反滲透技術(shù)的2～3倍。但就通量大小來(lái)說(shuō)，膜蒸餾過(guò)程同反滲透相比已經(jīng)具有了很大的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)膜蒸餾技術(shù)還具有能耗低、操作條件溫和、可利用廢熱等諸多優(yōu)勢(shì)。人們?cè)谶@一領(lǐng)域取得的成果足以讓該技術(shù)在工業(yè)脫鹽競(jìng)爭(zhēng)中占有一席之地。

自90年代以后，學(xué)術(shù)界對(duì)膜蒸餾的興趣由于其廣泛的應(yīng)用范圍和對(duì)多重工程概念的涵蓋而被迅速催化，研究文章每年迅速遞增。隨著研究的深入，膜蒸餾的優(yōu)勢(shì)也逐漸被揭示出來(lái)，各國(guó)對(duì)于膜蒸餾技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)的關(guān)注逐年升溫，特別是西方發(fā)達(dá)國(guó)家和一些大公司都在相當(dāng)程度上加大了對(duì)膜蒸餾研發(fā)的投入，都希望能夠擁有其知識(shí)產(chǎn)權(quán)，以期收獲它帶來(lái)的豐厚利潤(rùn)和和戰(zhàn)略利益。

這一階段膜蒸餾機(jī)理的研究并無(wú)重大突破，許多研究只是以前工作的進(jìn)一步核實(shí)。機(jī)理研究大都集中在極化現(xiàn)象的影響及通過(guò)各種方式削弱極化現(xiàn)象，這是許多膜分離技術(shù)遇到過(guò)的工程問(wèn)題，反映出膜蒸餾技術(shù)逐步進(jìn)入實(shí)用化階段的趨勢(shì)。該階段代表性的研究工作比如Lawson[76]從統(tǒng)計(jì)力學(xué)觀點(diǎn)分析了蒸汽分子通過(guò)微孔疏水膜的過(guò)程，用塵氣模型（dusty gas model）統(tǒng)一了膜蒸餾各種情況下的透膜傳質(zhì)過(guò)程。

1.2膜與膜組件

1.2.1膜蒸餾用膜（略）

1.2.2膜組件（略）

1.3膜蒸餾過(guò)程的機(jī)理

膜蒸餾過(guò)程是質(zhì)量傳遞伴隨熱量傳遞的過(guò)程，且傳遞過(guò)程中由于邊界層的存在，產(chǎn)生了溫度極化和濃度極化。膜污染問(wèn)題依然是膜蒸餾過(guò)程需要面對(duì)的主要問(wèn)題之一。因此，以下將從跨膜傳質(zhì)、跨膜傳熱、濃度極化、溫度極化和膜污染等方面來(lái)描述。（略）

1.3.4膜污染

和其它膜過(guò)程一樣，膜蒸餾裝置長(zhǎng)期運(yùn)行后會(huì)出現(xiàn)通量衰減的現(xiàn)象這主要是由膜污染造成的。膜污染通常表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：一個(gè)是污染物將膜孔封堵，另一個(gè)是膜孔被潤(rùn)濕。造成膜污染的原因是多方面的，如膜表面細(xì)菌的生長(zhǎng)，或由于料液濃度過(guò)高(特別是料液接近于飽和時(shí))在膜表面形成垢層，從而導(dǎo)致膜孔被堵或被潤(rùn)濕，或料液中存在的顆粒或膠體物質(zhì)由于界面張力的作用而更多地出現(xiàn)在汽、液界面處以及料液中含有表面活性劑等能夠改變膜表面張力的化學(xué)成分等。所有這些原因?qū)α弦簜?cè)的傳遞過(guò)程形成新的阻力，造成通量衰減，或者導(dǎo)致膜的滲漏現(xiàn)象。膜孔潤(rùn)濕被認(rèn)為是膜蒸餾過(guò)程中最嚴(yán)重的膜污染，因?yàn)槟ふ麴s只能在膜孔道不被潤(rùn)濕的情況下才能進(jìn)行。材料疏水性取決于膜表面單位面積的自由能，但平均的表面能并不能滿意地描述一個(gè)真實(shí)的表面，若在分子尺度上一部分一部分地檢驗(yàn)固體的表面，局部的表面能可以變化很大。不能排除疏水膜的表面有疏水性差別，甚至親水的局部點(diǎn)，這些點(diǎn)有可能成為膜疏水性遭到破壞的內(nèi)因。料液組份的沉積會(huì)降低膜的疏水性，并逐漸使料液充入膜孔。因此，對(duì)于膜污染部分是可逆污染，經(jīng)過(guò)膜清洗就能將污染除去，而還有一部分污染是不可逆的，污染一旦形成就難以祛除如有有機(jī)污染導(dǎo)致的膜孔潤(rùn)濕等。因此，對(duì)膜污染進(jìn)行防治，不能單單依靠污染后的清洗，還要從膜材料著手，制造出高抗污染性的膜或者進(jìn)行膜表面的改性等。

1.4膜蒸餾的應(yīng)用

1．海水、苦咸水脫鹽和超純水制備

膜蒸餾過(guò)程的開(kāi)發(fā)最初完全是以海水淡化為目的，雖然反滲透作為海水和苦咸水淡化的膜分離方法，從20世紀(jì)60年代就進(jìn)入了實(shí)用階段，其設(shè)備和工藝條件也在實(shí)用中不斷得到改進(jìn)和完善，但是反滲透過(guò)程需要較高的操作壓力，設(shè)備比較復(fù)雜，并且難以處理鹽分過(guò)高的水溶液。而膜蒸餾卻具有反滲透過(guò)程所不具備的優(yōu)點(diǎn)，所以人們對(duì)膜蒸餾用于海水、苦咸水脫鹽方面進(jìn)行了和正在進(jìn)行大量研究工作。近20多年的研究表明，直接接觸膜蒸餾的透過(guò)通量能夠達(dá)到反滲透的水平甚至有所超過(guò)[40]；減壓式膜蒸餾用于海水脫鹽也具有較好的發(fā)展前途[102]。但膜蒸餾是個(gè)能耗較高的膜過(guò)程，只在有廉價(jià)能源可利用的情況下進(jìn)行海水、苦咸水淡化才具有實(shí)用意義。膜蒸餾技術(shù)制備淡水首先應(yīng)考慮能源問(wèn)題，解決的辦法是，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上考慮熱能的回收。在早期文獻(xiàn)中Schofield等人[95]詳細(xì)計(jì)算了熱能回收對(duì)造水成本的影響，并設(shè)計(jì)了能量回收的工藝流程；閻建民等人[103]也提出了帶有汽化潛熱回收的膜組件設(shè)計(jì)。二是考慮可利用的廉價(jià)能源，比如Hogan等人[104]采用太陽(yáng)能加熱海水進(jìn)行了膜蒸餾脫鹽；Banat等人[105]利用太陽(yáng)能進(jìn)行了模擬海水脫鹽實(shí)驗(yàn)；Godizno等人[106]也介紹了與太陽(yáng)能相結(jié)合的膜蒸餾苦咸水脫鹽的可能性。利用地?zé)豳Y源[107]也是膜蒸餾脫鹽的重要方向。膜蒸餾脫鹽的產(chǎn)水質(zhì)量是其它膜過(guò)程不能比擬的，Karakulski等人[108]將不同的造水膜過(guò)程進(jìn)行了對(duì)比：UF能脫除懸浮物和膠體，NF可完全除掉水中的有機(jī)碳，硬度可降低60%～87%，RO可將總固溶物(TDS)截留99.7%，質(zhì)量最好的水是由MD制備，產(chǎn)水的電導(dǎo)可達(dá)到0.8μS/cm，TDS質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)到0.6×10-6。由于滲透壓對(duì)膜蒸餾影響較小，所以采用RO與MD集成膜過(guò)程脫鹽是合理的[109,110]。2．化學(xué)物質(zhì)的濃縮和回收

由于膜蒸餾可以處理極高濃度的水溶液，在化學(xué)物質(zhì)水溶液的濃縮方面具有很大潛力。例如對(duì)蔗糖糖漿的濃縮，可采用直接接觸式膜蒸餾[111,112]，也可采用滲透蒸餾[113,114]，滲透蒸餾中常用的鹽溶液為NaCl、CaCl2、K2HPO4。Tomaszewska等[115]人進(jìn)行了硫酸、檸檬酸、鹽酸、硝酸的濃縮，非揮發(fā)性酸截留率達(dá)100%，揮發(fā)性酸在濃度高時(shí)有透過(guò)。Rinzcon等人[116]用直接接觸式膜蒸餾濃縮甘醇類水溶液，截留系數(shù)接近100%。孫宏偉等人[117]用膜蒸餾方法濃縮透明質(zhì)酸，Tomaszewska[118]用膜蒸餾和滲透膜蒸餾濃縮氟硅酸，都取得很好的結(jié)果。由于膜蒸餾可以在較低的溫度下運(yùn)行，對(duì)生物活性物質(zhì)和溫度敏感物質(zhì)的濃縮和回收具有一定實(shí)用意義。馮文來(lái)等人[119]用膜蒸餾方法濃縮腹蛇抗栓酶，Zarate等人[120]用膜蒸餾方法濃縮牛血清蛋白，都得到了較好的結(jié)果。余立新等人[121]論述了采用各種方法濃縮溫度敏感的天冬氨酸甲酯的可能性，認(rèn)為膜蒸餾是最合適的方法。膜蒸餾是目前唯一能夠從溶液中直接分離出結(jié)晶產(chǎn)品的膜過(guò)程。膜蒸餾-結(jié)晶是在溶液被濃縮到過(guò)飽和狀態(tài)后產(chǎn)生的，但并不是在所有條件下都能把溶液濃縮到過(guò)飽和狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)表明，產(chǎn)生膜蒸餾-結(jié)晶現(xiàn)象的必要條件除了溶質(zhì)須是易結(jié)晶的物質(zhì)外，膜兩側(cè)必須存在足夠大的溫差，使膜蒸餾與諸多干擾因素相比一直處于主導(dǎo)地位。Cryta[122]報(bào)道了采用膜蒸餾-結(jié)晶過(guò)程生產(chǎn)NaCl的研究，NaCl的產(chǎn)量能達(dá)到100kg/m2·d。3．水溶液中揮發(fā)性溶質(zhì)的脫除和回收

膜蒸餾過(guò)程是以膜兩側(cè)蒸汽壓力差為傳質(zhì)驅(qū)動(dòng)力，這使從水溶液中脫除揮發(fā)性溶質(zhì)成為可能。唐建軍等人[123]對(duì)減壓膜蒸餾用于揮發(fā)性有機(jī)物分離作了總結(jié)；近斯文獻(xiàn)中也報(bào)道了很多有關(guān)研究工作，如從水溶液中脫除甲醇[124]、乙醇[47,124,125,126]、異丙醇[127]、丙酮[128]、氯仿[129]、同時(shí)脫除乙醇和丙酮[130]、同時(shí)脫除丙酮、丁醇和乙醇[131]、甲基異丁基酮[132]、鹵代揮發(fā)性有機(jī)化合物[133]等。當(dāng)只重視脫除的效果時(shí)常采用直接接觸式膜蒸餾，如果同時(shí)考慮回收這些揮發(fā)組分時(shí)，則采用氣隙式、減壓式、氣流吹掃式膜蒸餾。張鳳君等[134]人采用氣態(tài)膜回收苯酚，并得到苯酚鈉結(jié)晶產(chǎn)物。膜蒸餾脫除溶液中揮發(fā)溶質(zhì)的原理成功地被用于氣體分析，F(xiàn)erreira等人[135]將膜蒸餾裝置與質(zhì)譜儀聯(lián)機(jī)，用質(zhì)譜儀測(cè)定脫除氣體的量，對(duì)水溶液中溶解的氧、丙烷、乙醇的測(cè)定結(jié)果表明，質(zhì)譜信號(hào)與水溶液中溶質(zhì)濃度呈線性關(guān)系。這為揮發(fā)性溶質(zhì)的在線測(cè)試奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

共沸物的分離通過(guò)共沸蒸餾和萃取蒸餾來(lái)實(shí)現(xiàn)，是一個(gè)比較復(fù)雜的化工單元操作，采用膜蒸餾處理，可打破固有的氣—液平衡關(guān)系，得到較好的分離，如甲酸/水恒沸混合物的分離[136,137]、丙酸/水恒沸混合物的分離[138]。從水溶液中脫除酸性揮發(fā)性溶質(zhì)近年主要集中于鹽酸的回收，如采用直接接觸式膜蒸餾從金屬酸浸液中回收HCl[139,140]、減壓膜蒸餾從金屬氯化物的水溶液中回收HCl[141]。

4．果汁、液體食品的濃縮

膜蒸餾過(guò)程可在相對(duì)比較低的溫度下運(yùn)行，并具有極高的脫水能力，特別是滲透蒸餾可以在室溫下運(yùn)行，對(duì)果汁、食品的濃縮是其它任何膜過(guò)程都無(wú)法比擬的。Petrotos等[142]人介紹了膜蒸餾和滲透蒸餾技術(shù)濃縮液體食品的優(yōu)點(diǎn)：節(jié)能、保持食品原有的風(fēng)味(包括色、香、味等)，其中果汁濃縮的研究工作較多，如超濾與滲透蒸餾濃縮葡萄汁、減壓膜蒸餾濃縮葡萄汁、滲透蒸餾濃縮葡萄汁和桔汁、直接接觸式膜蒸餾濃縮蘋果汁、集成膜過(guò)程濃縮檸檬汁和胡蘿卜汁。這些工作有的仍處在實(shí)驗(yàn)室研究階段，有的已經(jīng)具有示范生產(chǎn)的規(guī)模，Vaillant等人報(bào)道了工業(yè)示范規(guī)模采用滲透蒸餾濃縮果汁的裝置，在30℃可以將果汁TSS(總可溶固體)濃縮至0.60g/g，通量仍保持0.5kg/(m2·h)，連續(xù)28h通量沒(méi)有衰減，濃縮后果汁外觀和維生素C含量基本保持原來(lái)水平。5．廢水處理

和其它膜分離過(guò)程一樣，膜蒸餾是環(huán)境友好的分離技術(shù)，在工業(yè)廢水處理方面具有很好的應(yīng)用前景。從工業(yè)廢酸液中回收HCl[141]是在處理含揮發(fā)性酸性物質(zhì)廢水方面的典型應(yīng)用。Zakrzewska等人[144,145]在處理低放射性廢水方面比較了各種處理方法認(rèn)為，膜分離方法具有顯著的優(yōu)越性，其中膜蒸餾能夠把放射性廢水濃縮到很小的體積，并具有極高的截留率，很容易達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，顯示膜蒸餾方

法在處理放射性廢水方面的突出優(yōu)點(diǎn)。Cryta等人[146]采用超濾/膜蒸餾集成處理含油廢水，沈志松等人[147]采用減壓膜蒸餾處理丙烯腈工業(yè)廢水，杜軍等人[148]采用減壓膜蒸餾處理含Cr(VI)的模擬廢水和含苯酚的模擬廢水，沈志松等人[55]采用氣態(tài)膜過(guò)程處理起爆藥廢水，Banat等人[52]采用減壓膜蒸餾從廢水中除掉微量的苯，Rodriguez等人[149]采用氣態(tài)膜從廢水中除掉正戊酸，沈志松等人[147]報(bào)道了用氣態(tài)膜過(guò)程處理氰化物廢水，已經(jīng)達(dá)到商業(yè)化的規(guī)模，表明膜蒸餾在廢水處理應(yīng)用領(lǐng)域中巨大潛力。

第三篇：大棚膜簡(jiǎn)介

“古農(nóng)”牌多功能寬幅大棚膜

產(chǎn) 品 介 紹

2012年4月20日“古農(nóng)”牌多功能寬幅大棚膜調(diào)試成功，填補(bǔ)了隴東地區(qū)沒(méi)有多功能寬幅大棚膜生產(chǎn)線的歷史空白。

該產(chǎn)品采用國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的“內(nèi)，中，外”三層共擠、帶粘邊生產(chǎn)技術(shù)（兩邊粘邊、一邊粘邊），寬幅可達(dá)6-13米，質(zhì)量達(dá)到國(guó)家GB4455-2006標(biāo)準(zhǔn)，主要以低密度聚乙烯樹(shù)脂、線性低密度聚乙烯樹(shù)脂為主要原料加入一定比例的助劑共混改性，以擠出吹塑方法制成，具有防老化、防霧滴、消霧三種功能。

性能：（1）具有高保溫效果；（2）高透光率，能增加溫室內(nèi)的光照，增強(qiáng)光合作用，可提高種植密度、增加產(chǎn)量，總透光率可達(dá)90%以上；（3）長(zhǎng)壽；（4）消除霧害、減少病蟲(chóng)害；（5）表面含有活化劑，可降低膜的表面張力，使其無(wú)法結(jié)成水滴，所生成的一薄層水由上而下流向溫室邊緣，而不形成霧氣及露水停留在膜上；（6）表層有防塵處理。

用途：廣泛用于大棚蔬菜、瓜果、花卉等作物溫室覆蓋以及糧食、牧草、貨物、磚場(chǎng)的防雨、防潮、還可用于畜禽飼養(yǎng)和庭院種植等場(chǎng)所，可給作物起到遮風(fēng)、避雨、保溫的功效，能使作物縮短生長(zhǎng)周期，提高作物產(chǎn)量和作物品質(zhì)，達(dá)到增產(chǎn)增收的目的。歡迎使用我公司的“古農(nóng)”牌多功能寬幅大棚膜，同時(shí)，敬請(qǐng)廣大用戶在使用時(shí)注意以下事項(xiàng)：

1、用戶應(yīng)該根據(jù)需要選擇合適的多功能大棚膜。

2、扣棚時(shí)，不能拉力過(guò)猛或在地面上拖拉，骨架上不能有毛刺，膜面斜度應(yīng)大于25°，否則會(huì)影響流滴效果，遇災(zāi)害性氣候時(shí)應(yīng)采取保護(hù)措施。

3、如果遇不可抗拒的災(zāi)害性氣候（臺(tái)風(fēng)、冰雹等）及人為原因造成的棚膜損壞，不屬質(zhì)量保證范圍。

4、為避免棚膜與大棚骨架接觸處提前老化，建議在大棚內(nèi)架的表面上涂覆金紅石形鈦白粉、鋁粉涂料，以及用塑料膜及塑料軟管作棚膜和骨架間的襯墊。

5、在大棚膜覆蓋后的使用過(guò)程中，大量使用農(nóng)藥，特別是大量使用含硫、含氯的農(nóng)藥，會(huì)嚴(yán)重影響多功能大棚膜的使用壽命，促使其提前老化，出現(xiàn)“背板”效應(yīng)及離地五十厘米左右膜容易出現(xiàn)老化現(xiàn)象，是因?yàn)樵诙喙δ艽笈锬どa(chǎn)過(guò)程中，為延長(zhǎng)其使用壽命，都配有防老化助劑，而含氯的農(nóng)藥，能同防老助劑起反應(yīng)，減弱防老化作用，所以要盡量避免使用含硫、氯的農(nóng)藥，同時(shí)千萬(wàn)不要將農(nóng)藥直接噴灑到膜上面，以保證多功能大棚膜的使用壽命。

第四篇：投影膜簡(jiǎn)介

投影膜的原理

全息投影膜擁有獨(dú)一無(wú)二的透明特性，在保持清晰顯像的同時(shí)，能讓觀眾透過(guò)投影膜看見(jiàn)背后景物。畫(huà)質(zhì)100%清晰亮麗，非凡超薄境界，絕無(wú)空間設(shè)限。有此神奇效果，得益于在國(guó)際市場(chǎng)上首次發(fā)表的綜合衍射圖(hologram)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，是國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)在無(wú)論光源是否充足的情況下，皆能透過(guò)正面及背面兩側(cè)同時(shí)、多角度直接觀看影像的劃時(shí)代專利技術(shù)投影膜。

成像效果卓越畫(huà)面晶瑩剔透

獨(dú)特的高清晰透明顯像，形成晶瑩剔透的視覺(jué)，第一時(shí)間抓住觀眾的好奇心和注意力，高素質(zhì)傳播視覺(jué)信息的同時(shí)，不會(huì)阻礙到現(xiàn)場(chǎng)展品的展示。

材料簡(jiǎn)約纖薄傳播設(shè)計(jì)深蘊(yùn)

簡(jiǎn)約纖薄，蘊(yùn)含著無(wú)限內(nèi)涵。不受制于場(chǎng)地和設(shè)計(jì)限制，或懸浮半空，或滿布?jí)Ρ冢乖O(shè)計(jì)與傳播無(wú)處不在，讓靈感想象與科技時(shí)尚洋溢于整個(gè)環(huán)境。

展品價(jià)值因自由的靈動(dòng)而升華

投影膜的應(yīng)用

1>櫥窗展示：?jiǎn)握{(diào)的玻璃櫥窗從此變成大面積的透明電視投影膜，在高清晰播放宣傳廣告和促銷信息同時(shí)，不會(huì)阻礙消費(fèi)者透過(guò)櫥窗觀看展品和店內(nèi)景物，神奇的透明顯示效果極大地吸引路過(guò)的消費(fèi)者注意力，達(dá)致更大的宣傳收益。

2>互動(dòng)展示：纖薄透明的特性，使全息投影膜不受制于場(chǎng)地和設(shè)計(jì)限制，勝任展覽、活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)、表演布景等多種場(chǎng)地的展示任務(wù)，在不影響展品展出、人員解說(shuō)表演的情況下，通過(guò)影像充分與觀眾互動(dòng)，增加現(xiàn)場(chǎng)空間感與科技感，加強(qiáng)觀眾的參與感和親切感。

3>獨(dú)立展示：獨(dú)立放置或懸掛在任何地方，成為全息影像系統(tǒng)，不僅起到強(qiáng)大的吸引人流和展示效果，同時(shí)因?yàn)槠渚К撏ㄍ傅囊曈X(jué)，成為提升場(chǎng)地設(shè)計(jì)與品味的點(diǎn)睛之作。

應(yīng)用場(chǎng)所

廣告公司

⑴各類發(fā)表會(huì)，演唱會(huì)，會(huì)議⑵百貨，商場(chǎng)廣告載體⑶機(jī)場(chǎng)，地鐵，火車站廣告載體

百貨，商場(chǎng)，專賣店

⑴玻璃櫥窗廣告⑵活動(dòng)促銷展示⑶會(huì)議簡(jiǎn)報(bào)

展覽，會(huì)議中心會(huì)場(chǎng)

⑴動(dòng)態(tài)影象展示⑵活動(dòng)促銷展示⑶會(huì)議簡(jiǎn)報(bào)

婚紗，制片場(chǎng)，博物館，國(guó)家劇院，拍賣會(huì)

⑴大型背景墻⑵動(dòng)態(tài)影象展示⑶會(huì)議簡(jiǎn)報(bào)

五星級(jí)賓館

⑴總統(tǒng)套房影音系統(tǒng)⑵會(huì)議廳簡(jiǎn)報(bào)⑶婚宴廳活動(dòng)展示⑷大廳多媒體展示

各種單位，部隊(duì)，學(xué)院學(xué)校，醫(yī)院

⑴會(huì)議簡(jiǎn)報(bào)⑵教學(xué)影片播放⑶監(jiān)控顯示熒屏

娛樂(lè)場(chǎng)所

⑴KTV，會(huì)所影象顯示⑵迪斯可舞廳影象顯示⑶桑拿影象顯示⑷網(wǎng)絡(luò)，游戲影象顯示⑸室內(nèi)廣告載體，夜間室外廣告載體

旅游局，旅行社

⑴動(dòng)態(tài)風(fēng)景演示屏⑵會(huì)議簡(jiǎn)報(bào)

航空公司

⑴會(huì)議簡(jiǎn)報(bào)⑵機(jī)艙投影熒幕

(室內(nèi))體育類

⑴籃球場(chǎng)大屏顯示⑵游泳館大屏顯示⑶體育館大屏顯示

設(shè)計(jì)，房產(chǎn)公司

⑴銷售展示中心產(chǎn)品演示⑵精裝樣品房家庭多媒體廣場(chǎng)⑶別墅多媒體廣場(chǎng)⑷會(huì)議效果展示

投影膜的分類

全息投影膜

透明全息投影膜擁有獨(dú)一無(wú)二的透明特性，在保持清晰顯像的同時(shí)，能讓觀眾透過(guò)投影膜看見(jiàn)背后景物。畫(huà)質(zhì)100%清晰亮麗，非凡超薄境界，絕無(wú)空間設(shè)限。有此神奇效果，得益于在國(guó)際市場(chǎng)上首次發(fā)表的綜合衍射圖(hologram)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，是國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)在無(wú)論光源是否充足的情況下，皆能透過(guò)正面及背面兩側(cè)同時(shí)、多角度直接觀看影像的劃時(shí)代專利技術(shù)投影膜。

灰色投影膜

淺灰色和深灰色投影膜是新一代的顯示設(shè)備，具有高清晰、耐強(qiáng)光、超輕薄、抗老化等無(wú)可比擬的眾多優(yōu)勢(shì)。由分子級(jí)別的納米光學(xué)組件：全像彩色濾光板結(jié)晶體（HCFC）為核心材料，融合納米技術(shù)，材料學(xué)、光學(xué)、高分子等多學(xué)科成果和制備加工技術(shù)，以有機(jī)材料、無(wú)機(jī)納米粉體和精細(xì)金屬粉體為原料，生產(chǎn)而成。輕薄內(nèi)部蘊(yùn)含先進(jìn)的精密光學(xué)結(jié)構(gòu)，以達(dá)致高清晰、高亮度的完美顯像。

魔鏡投影膜

投影膜使用了特殊復(fù)合材料，隔絕紫外線及紅外線對(duì)投影膜的損傷，同時(shí)具有高防酸堿及高抗氧化效果。不用因長(zhǎng)期使用和暴露在室外而擔(dān)心影響投影膜壽命。表面如有污物，用絨布輕輕抹洗即可，易于清潔。

全息投影膜能在-10℃—70℃的范圍內(nèi)，保持投影膜顯像質(zhì)量及表面完好。這種特性明顯優(yōu)于噴鍍形成的投影膜，無(wú)論商用或家用，使用輕松，高枕無(wú)憂！

鏡面投影膜

鏡面投影膜是一種高性能雙面顯示投影膜。它采用了最新的涂層濺射和SI光學(xué)結(jié)構(gòu)技術(shù)，使其厚度僅僅達(dá)到同類產(chǎn)品的一半，但是畫(huà)面效果更顯柔和細(xì)膩，細(xì)節(jié)更逼真。擁有接近180°的絕對(duì)可視角度和雙面顯示性能，使該產(chǎn)品成為強(qiáng)大的視覺(jué)欣賞與傳播工具。更能提高櫥窗廣告或店內(nèi)展示的宣傳效果，更能吸引顧客視線。

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第五篇：膜材料簡(jiǎn)介

摘要

膜材料是兩相間的不連續(xù)區(qū)間。膜技術(shù)的核心是膜。高分子膜的制備方法及其工藝條件的控制是獲得穩(wěn)定膜結(jié)構(gòu)和優(yōu)異膜性能的關(guān)鍵技術(shù)，眾所周知，高分子膜材料具有易加工、結(jié)構(gòu)難控制的特點(diǎn)。目前高分子分離膜材料制膜方法有浸沒(méi)沉淀相轉(zhuǎn)化法、應(yīng)力場(chǎng)下熔融擠出-拉伸制備聚烯烴微孔膜、熱誘導(dǎo)相分離法制備聚合物微孔膜、聚合物與無(wú)機(jī)支撐復(fù)合膜的制備技術(shù)等膜技術(shù)。膜技術(shù)現(xiàn)已應(yīng)用在我們生活的各個(gè)方面，如廢水處理環(huán)境凈化、醫(yī)療、醫(yī)學(xué)和食品加工生物工程方面等等。我們主要談了膜技術(shù)在水處理和醫(yī)學(xué)方面的顯著作用。水處理方面的應(yīng)用有一般的廢水處理、處理采出水和油田注水、果汁飲料的澄清等。在醫(yī)療、醫(yī)學(xué)方面膜技術(shù)可用于制人工肺、在藥物生產(chǎn)過(guò)程中去除菌及固懸物、藥物檢驗(yàn)與疫病診斷、血漿分離等。關(guān)鍵字：膜材料、制備、應(yīng)用、水處理、醫(yī)學(xué)工程

Abstract Membrane material is discrete interval of two phases.Membrane technology is the core of the membrane.The preparation method of polymer film and its control of process conditions is to obtain the key technology of membrane stability of membrane structure and excellent properties, it is well known that the polymer film material has the characteristics of easy processing, structure, difficult to control.The high polymer separation membrane materials membrane method in immersion precipitation phase catalysis, melt extrusion-under tensile stress field of preparation of polyolefin microporous membrane preparation, thermal induced phase separation of polymer microporous membrane, polymer and inorganic composite membrane preparation technology of membrane technology, etc.Membrane technology has been applied in every aspect of our life, such as wastewater treatment environment purification, medical treatment, medicine and food processing and biological engineering, etc.We mainly talk about the membrane technology in water treatment and medical aspects of the significant role.The application of water treatment has the general wastewater treatment, treatment of produced water and oil field water injection, juice clarification etc.In the aspect of medical treatment, medical membrane technology can be used for making artificial lung, removing bacteria in the process of drug production and solid suspension, drug test and diagnosis of disease and plasma separation, etc.Key words: membrane materials, preparation, application, water treatment, medical engineering

0 引言

膜技術(shù)是當(dāng)代高效分離新技術(shù)，與傳統(tǒng)的分離技術(shù)相比，它具有分離效率高、能耗低、占地面積小、過(guò)程簡(jiǎn)單、操作方便、不污染環(huán)境、便于與其他技術(shù)集成等突出優(yōu)點(diǎn)。它的研究和應(yīng)用與節(jié)能、環(huán)境保護(hù)、水資源開(kāi)發(fā)、利用和再生極為密切。在當(dāng)今世界能源、水資源短缺，水和環(huán)境污染日益嚴(yán)重的情況下，膜分離科學(xué)與技術(shù)的研究得到了世界各國(guó)的高度重視。目前，膜分離技術(shù)在我國(guó)的石油化工、制藥、生化、環(huán)境、能源、電子、冶金、輕工、食品、航天、海水淡化、醫(yī)療等領(lǐng)域已獲得有效而廣泛的應(yīng)用。膜材料簡(jiǎn)介

一般意義上，“膜”指兩相之間的不連續(xù)區(qū)間。膜可為氣相、液相和固相，或是它們的組合。即也可以說(shuō)，“膜”是指分隔兩相界面，并以特定的形式限制和傳遞各種化學(xué)物質(zhì)的阻擋層。它可以是均相的或非均相的，對(duì)稱的或非對(duì)稱的，固體的或液體的，中性的或荷電的。其厚度范圍一般可從幾微米到幾毫米。

膜分離過(guò)程基于化學(xué)物質(zhì)通過(guò)膜相際的傳遞速度的不同而不同。遷移率主要由溶質(zhì)的分子尺寸和相界面物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定，而溶質(zhì)在相界面內(nèi)的濃度決定于溶質(zhì)和相界面物質(zhì)的親和力大小、溶質(zhì)尺寸和膜的結(jié)構(gòu)。

通過(guò)膜相際有以下三種基本的傳質(zhì)形式。

一、被動(dòng)傳遞。通過(guò)膜的組分均以化學(xué)勢(shì)梯度為推動(dòng)力。該化學(xué)勢(shì)梯度，可以是膜兩側(cè)的壓力差、溫度差或電勢(shì)差。

二、促進(jìn)傳遞。通過(guò)膜的組分仍以化學(xué)勢(shì)梯度為推動(dòng)力，各組分由特定的載體帶入膜中。促進(jìn)傳遞是一種高選擇性的被動(dòng)傳遞。

三、主動(dòng)傳遞。與前兩者不同，各組分可以逆化學(xué)勢(shì)梯度而傳遞，其推動(dòng)力由膜內(nèi)某化學(xué)反應(yīng)提供，這類現(xiàn)象主要存在于生命膜。而目前已工業(yè)化的主要膜分離過(guò)程均為被動(dòng)傳遞過(guò)程。

膜技術(shù)的核心是膜。一般來(lái)說(shuō)，膜的化學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)對(duì)膜分離的性質(zhì)起著決定性影響，故要求膜材料應(yīng)具有良好的成膜性能，化學(xué)穩(wěn)定性，耐酸、堿、氧化物和微生物侵蝕等。分離膜按其凝聚狀態(tài)可分為固膜、液膜、汽膜三類，目前大規(guī)模應(yīng)用的多為固膜。固膜目前主要以高分子合成膜為主，它可以是致密或是多孔的，可以是對(duì)稱或非對(duì)稱的。另外，以無(wú)機(jī)物為膜材料的分離膜近年來(lái)也發(fā)展迅速。液膜分乳狀液膜和帶支撐的液膜兩類，它們主要用于廢水處理和某些氣體分離等。氣膜分離現(xiàn)在尚處于實(shí)驗(yàn)研究階段。

膜有幾種通用分類。按膜的材料分類，膜可分為天然膜和合成膜。天然膜指生物膜與天然物質(zhì)改性或再生而制成的膜。合成膜指無(wú)機(jī)膜與高分子聚合物膜。按膜的結(jié)構(gòu)性分類，膜可分為多孔膜和非多孔膜和液膜。多孔膜指微孔介質(zhì)與大孔膜。非多孔膜指無(wú)機(jī)膜與聚合物膜。而多孔膜和非多孔膜也可按晶型區(qū)分為結(jié)晶型和無(wú)定型兩種。液膜指無(wú)固相支撐型，又稱乳化液膜，有固相支撐膜，又稱固定膜或支撐液膜。當(dāng)然，除此之外，還可按膜的用途、膜的作用機(jī)理等將它們分類。膜材料的制備

高分子膜的制備方法及其工藝條件的控制是獲得穩(wěn)定膜結(jié)構(gòu)和優(yōu)異膜性能的關(guān)鍵技術(shù)，眾所周知，高分子膜材料具有易加工、結(jié)構(gòu)難控制的特點(diǎn)。目前高分子分離膜材料制膜方法有浸沒(méi)沉淀相轉(zhuǎn)化法、應(yīng)力場(chǎng)下熔融擠出-拉伸制備聚烯烴微孔膜、熱誘導(dǎo)相分離法制備聚合物微孔膜、聚合物與無(wú)機(jī)支撐復(fù)合膜的制備技術(shù)等。

2.1 浸沒(méi)沉淀相轉(zhuǎn)化法

相轉(zhuǎn)化法制膜指配置一定組成的均相聚合物溶液，通過(guò)一定的物理方法改變?nèi)芤旱臒崃W(xué)狀態(tài)，使其從均相的聚合物溶液發(fā)生相分離，最終變成一個(gè)三維大分子網(wǎng)絡(luò)式的凝膠結(jié)構(gòu)。而相轉(zhuǎn)化制膜法根據(jù)改變?nèi)芤簾崃W(xué)狀態(tài)的物理方法的不同，可以分為以下幾種：溶劑蒸發(fā)相轉(zhuǎn)化法、熱誘導(dǎo)相轉(zhuǎn)化法、氣相沉淀相轉(zhuǎn)變法和浸沒(méi)沉淀相轉(zhuǎn)變法。

下面我們主要介紹浸沒(méi)沉淀相轉(zhuǎn)變法。在浸沒(méi)沉淀相轉(zhuǎn)化法制膜過(guò)程中，聚合物溶液先流延于增強(qiáng)材料上或從噴絲口擠出，而后迅速浸入非溶劑浴中，溶劑擴(kuò)散浸入凝固浴，而非溶劑擴(kuò)散到刮成的薄膜內(nèi)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，溶劑和非溶劑之間的交換達(dá)到一定程度，聚合物溶液變成熱力學(xué)不穩(wěn)定溶液，發(fā)生聚合物溶液的液-液相分離或液-固相分離，成為兩相，我們稱之為聚合物富相和聚合物貧相，聚合物富相在分相后不久就固化構(gòu)成膜的主體，貧相則形成所謂的孔。浸入沉淀法至少涉及聚合物、溶劑、非溶劑三個(gè)組分，為適應(yīng)不同應(yīng)用過(guò)程的要求，又常常需要添加非溶劑、添加劑來(lái)調(diào)整鑄膜液的配方以及改變制膜的其他工藝條件，從而得到不同的結(jié)構(gòu)形態(tài)和性能的膜。所制成的膜可以分為兩種構(gòu)型：平板膜和管式膜。平板膜用于板框式和卷式膜器中，而卷式膜主要用于中空纖維、毛細(xì)管和管狀膜器中。

2.1.1平板膜

制備平板膜時(shí)，往往是先用刮刀把聚合物制膜液刮在無(wú)紡布、聚酯、玻璃、金屬板等支撐物上形成溶液薄膜，再將支撐物與溶液薄膜一并浸入凝固浴中。聚合物溶液中的溶劑與凝固浴中非溶劑通過(guò)界面交換，首先在表面固化成膜，隨后向膜內(nèi)部擴(kuò)展，使溶液中聚合物析出固化得到平板膜，沉淀后得到的膜可以直接使用，也可以經(jīng)過(guò)后處理。制備條件包括：聚合物濃度、蒸發(fā)時(shí)間、濕度、溫度、鑄膜液組成、凝固浴組成等，這些條件大體決定了膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)和基本性能，也決定了膜的應(yīng)用場(chǎng)合。

2.1.2 管狀膜

管狀膜根據(jù)規(guī)格的不同可以大致分為三種：中空纖維膜、毛細(xì)管膜和管狀膜。中空纖維和毛細(xì)管膜有三種不同的制備方法：濕紡法，熔融紡絲法和干紡法。其中干-濕法紡絲是由聚合物、溶劑、添加劑組成的制膜溶液經(jīng)過(guò)濾后用泵打入噴絲頭，以圍繞由噴絲頭中心供給的線狀芯液周圍形成管狀液膜的形式被擠出，經(jīng)“空氣間隙”被牽引、拉伸到一定的徑向尺寸后浸入凝固浴固化成中空纖維，再經(jīng)洗滌等處理后被收集在導(dǎo)絲輪。凝固是從內(nèi)側(cè)、外側(cè)兩個(gè)表面同時(shí)發(fā)生，形成雙皮層結(jié)構(gòu)。管狀膜的制備工藝完全不同于中空纖維和毛細(xì)管膜。管狀膜是加壓于一個(gè)裝有聚合物溶液的貯罐，使溶液沿一個(gè)中空管流下，在此刮管下部有一個(gè)帶小孔的“刮膜棒”，在其內(nèi)壁上被刮上一層聚合物薄膜，然后將此管浸入凝固浴中，此時(shí)所刮涂上的溶液沉淀，從而形成管狀膜。

2.2 應(yīng)力場(chǎng)下熔融擠出-拉伸制備聚烯烴微孔膜 聚烯烴微孔膜主要是利用熱致相分離和熔融擠出-拉伸工藝制備。在熱致相分離過(guò)程中，高聚物與稀釋劑混合物在高溫下形成均相熔體，隨后在冷卻時(shí)發(fā)生固-液或液-液相分離，稀釋劑所占的位置在除去后形成微孔。而在熔融擠出-拉伸過(guò)程中，以純高聚物融體進(jìn)行熔融擠出，微孔的形成主要與聚合物材料的硬彈性有關(guān)系，在拉伸過(guò)程中，硬彈性材料垂直于擠出方向平行排列的片晶結(jié)構(gòu)被拉開(kāi)形成微孔，然后通過(guò)熱定型工藝固定此孔結(jié)構(gòu)。

2.3 熱誘導(dǎo)相分離法制備聚合物微孔膜

熱誘導(dǎo)相分離法是將聚合物與高沸點(diǎn)、低分子量的稀釋劑在高溫時(shí)形成均相溶液降低溫度又發(fā)生固-液或液-液相分離，而后脫除稀釋劑就成為聚合物微孔膜。熱誘導(dǎo)相分離法制備微孔膜擴(kuò)寬了膜材料的范圍，可得到各式各樣的微孔結(jié)構(gòu)。通過(guò)改變制備條件可以得到蜂窩狀結(jié)構(gòu)或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

熱誘導(dǎo)相分離法制備微孔膜主要有溶液的制備、膜的澆鑄和后處理三步，具體為：

一、聚合物與高沸點(diǎn)、低分子量的液態(tài)稀釋劑或固態(tài)稀釋劑混合，在高溫時(shí)形成均相溶液

二、將溶液制成所需要的形狀

三、溶液冷卻，發(fā)生相分離

四、除去稀釋劑

五、除去萃取劑得到微孔結(jié)構(gòu)。聚合物稀釋劑溶液可在塑料擠出機(jī)中形成，溶液按預(yù)定形狀被擠出并澆在控溫的滾筒上，由于滾筒溫度低，溶液立即分相并固化，然后經(jīng)溶劑萃取脫去稀釋劑，干燥檢測(cè)并卷繞成產(chǎn)品。

2.4 聚合物與無(wú)機(jī)支撐復(fù)合膜的制備技術(shù)

復(fù)合膜按結(jié)構(gòu)可以分為三種：無(wú)機(jī)物填充聚合物膜，聚合物填充無(wú)機(jī)膜，無(wú)機(jī)有機(jī)雜聚膜。聚合物填充無(wú)機(jī)膜制備方法有聚合物溶液沉淀相轉(zhuǎn)化法和表面聚合法。表面聚合法是通過(guò)化學(xué)方法使聚合物復(fù)合在無(wú)機(jī)支撐膜的表面或孔中。而這種方法包括兩種，一是直接在無(wú)機(jī)膜表面進(jìn)行單體的共聚或均聚，無(wú)機(jī)膜和聚合物膜之間是物理相互作用，二是對(duì)無(wú)機(jī)膜表面進(jìn)行改性，使無(wú)機(jī)膜表面具有活性部位，然后通過(guò)活性部位進(jìn)行單體的接枝聚合，這里無(wú)機(jī)膜和聚合膜之間是通過(guò)化學(xué)鍵相互連接。膜的應(yīng)用 膜技術(shù)現(xiàn)已應(yīng)用在我們生活的各個(gè)方面，如廢水處理環(huán)境凈化、醫(yī)療、醫(yī)學(xué)和食品加工生物工程方面等等?，F(xiàn)在我們主要談?wù)勀ぜ夹g(shù)在水處理和醫(yī)學(xué)方面的顯著作用。

3.1 膜技術(shù)在水處理方面的應(yīng)用

3.1.1 一般的廢水處理

對(duì)于一般的廢水，根據(jù)凈化后水質(zhì)的要求，需要選擇合適的膜去除水中的污染物。根據(jù)水中粒子從大到小，可選用的膜技術(shù)有微濾、超濾、納濾、反滲透等。有效孔徑在1nm-10nm之間的膜稱為微孔膜，其中隨著孔徑的由小變大，又分為超濾膜和微濾膜等。一般認(rèn)為，微濾膜的有效孔徑范圍為0.1-10um。對(duì)超濾膜，一般認(rèn)為其有效孔徑在1-0.2um之間。微孔膜凈化系統(tǒng)一般由絮凝預(yù)過(guò)濾、活性炭吸附和微孔膜過(guò)濾三部分組成。微孔膜組件可分為兩類：一類為平板膜折疊式濾芯；另一類為中空纖維膜濾芯，膜孔徑為0.1-0.45um的微裂紋型結(jié)構(gòu)，膜材料為聚丙烯、聚乙烯、聚砜等。

微濾膜能濾去水中顆粒懸浮物、細(xì)菌、原生動(dòng)物孢囊及卵囊蟲(chóng)等微生物，提供優(yōu)質(zhì)凈化水，達(dá)到飲用目的。采用孔徑小于0.1um的超濾膜可去除水中粒徑在0.1um以上的懸浮顆粒和細(xì)菌，結(jié)合活性炭吸附、紫外輻射等工藝，可生產(chǎn)可直接飲用的水。目前工業(yè)上已廣泛應(yīng)用超濾膜作為水凈化技術(shù)來(lái)生產(chǎn)礦泉水、飲料配制用水、藥劑用水、發(fā)酵用水、工業(yè)循環(huán)水。

反滲透和納濾膜在廢水處理中主要能對(duì)無(wú)機(jī)鹽和有機(jī)物質(zhì)的分離與濃縮，反滲透和納濾膜與其他傳統(tǒng)處理方法相結(jié)合，如吸附、氧化、生化法等，可以使膜過(guò)程比較有效的將化學(xué)物質(zhì)與水分開(kāi)，而被反滲透納濾所截留的化學(xué)物質(zhì)可以在過(guò)程中被濃縮20-50倍。因此可以回收利用徹底處理，它的透過(guò)液則可以循環(huán)使用或用于沖洗、綠化用水等。

3.1.2 處理采出水和油田注水

采出水是開(kāi)采石油過(guò)程中隨原油一同采出地面的地層水，含有原油、懸浮物等組分。油田注水是注入地下將油壓出的水，國(guó)內(nèi)不同的單位對(duì)回注水水質(zhì)有不同要求，比如低滲透油層的注水標(biāo)準(zhǔn)為含油小于5mg/L，懸浮固體小于1mg/L，粒徑小于2um的顆粒占總顆粒體積的80%以上。微濾膜技術(shù)是處理油田注水和采出水的主要方法。通常使用的高分子微濾膜材料有PP、PSF中空纖維膜等，無(wú)機(jī)膜主要是陶瓷微濾膜。

3.1.3 果汁飲料的澄清

果汁的澄清是指除去果膠、細(xì)菌及粗蛋白質(zhì)等會(huì)引起果汁液的澄清，得到的果汁品質(zhì)優(yōu)良，比傳統(tǒng)的過(guò)濾加巴氏滅菌生產(chǎn)的果汁更具有芳香味。研究中發(fā)現(xiàn)，使用截留分子量為5×100000的聚砜中空纖維膜便可除去所有懸浮物。用孔徑為0.45um的聚四氟微孔濾膜除去肝復(fù)舒口服液中的雜質(zhì)，效果良好。另外，我國(guó)制糖工業(yè)也成功采用孔徑為0.45um微濾膜消除糖液中的渾濁物質(zhì)，在提高糖的色度方面已取得良好效果。

3.2 膜技術(shù)在醫(yī)療、醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用

首次在醫(yī)療衛(wèi)生中應(yīng)用微濾膜起源于G.Mueller及Hamburg大學(xué)衛(wèi)生學(xué)研究所的研究人員首次將膜用于細(xì)菌的培養(yǎng)和過(guò)濾。迄今為止，將微濾膜用于除菌消毒及溶液中微粒的去除仍然是微濾膜在醫(yī)學(xué)上的一個(gè)重要的應(yīng)用領(lǐng)域。

3.2.1 人工肺

人工肺分為氣泡式人工肺和膜式人工肺，主要用于胸腔手術(shù)和肺功能不全患者的輔助治療。但是氣泡式人工肺易發(fā)生氣泡進(jìn)入動(dòng)脈而可能導(dǎo)致人發(fā)生危險(xiǎn)。而采用膜式充氧技術(shù)的膜式人工肺，不存在上述弊端。

人膜式人工肺早期使用的是PTFE膜。1963年，Bodell首先用硅橡膠制造了毛細(xì)管型膜式氧合器，目前已得到大規(guī)模的臨床應(yīng)用。前述的膜式充氧器作為人工肺是微孔膜在醫(yī)療中的主要應(yīng)用之一。

3.2.2 藥物生產(chǎn)過(guò)程中去除菌及固懸物

微濾膜、超濾膜除了用于對(duì)藥液本身進(jìn)行過(guò)濾、去除藥物及注射針劑中細(xì)菌和微粒外，還用于制藥用水的純化和制備，用氣的純化和其他消毒過(guò)程?？山鉀Q熱壓滅菌法中細(xì)菌尸體仍留在藥液中的問(wèn)題。

藥品在儲(chǔ)存、運(yùn)輸、使用過(guò)程中均有可能被污染，同時(shí)多種藥物的配合也會(huì)產(chǎn)生粒子，可用微濾、超濾作為藥液進(jìn)入人體之前凈化處理的終端。對(duì)于熱敏性藥物，如胰島素、輔酶A、細(xì)胞色素C、疫苗、抗生素、診斷血管注射劑和各類血液制品及組織培養(yǎng)液等，不能用加熱或化學(xué)法滅菌，微濾膜過(guò)濾技術(shù)除菌是最佳的選擇。其優(yōu)點(diǎn)在于不改變藥物原來(lái)的性質(zhì)，細(xì)菌尸體可以被膜截留而脫除，而且便于實(shí)現(xiàn)藥物生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化。

3.2.3 藥物檢驗(yàn)與疾病診斷

微濾膜還用于藥品的無(wú)菌檢驗(yàn)，目的是檢查藥品制劑滅菌是否徹底。由于微濾膜的分離作用，微生物可以將從一切有害于其生長(zhǎng)繁殖的可溶性成分中分離出來(lái)并得到富集，這是微濾技術(shù)用于化驗(yàn)和疾病診斷的技術(shù)基礎(chǔ)?？刹捎梦V技術(shù)的方面有以下兩個(gè)。一是癌癥的早期診斷。采用微濾技術(shù)過(guò)濾大量體液以收集為數(shù)甚少的癌細(xì)胞，這些癌細(xì)胞在濾膜上固定染色后其形態(tài)和結(jié)構(gòu)便清晰等顯現(xiàn)出來(lái)，有助于癌癥的早期診斷。這種方法也同樣適用于血液、腦脊液、痰液等方面的檢查。二是細(xì)菌的快速檢測(cè)。細(xì)菌被截留在膜表面上，經(jīng)熒光抗體染色后用熒光顯微鏡直接進(jìn)行鏡檢技術(shù)和菌種鑒定，從而可以省去接種、培養(yǎng)等繁瑣的步驟和時(shí)間。

3.2.4 血漿分離

血清蛋白或抗血友病因子等血液制品都是從血漿中經(jīng)過(guò)分離和提純后得到的。傳統(tǒng)的血漿分離過(guò)程是首先將捐獻(xiàn)者的血液收集到塑料袋內(nèi)。然后采用離心技術(shù)對(duì)紅細(xì)胞和血漿進(jìn)行分離。移去上層的血漿后，紅細(xì)胞被回輸?shù)窖壕璜I(xiàn)者體內(nèi)以便于每周三次從同一捐獻(xiàn)者體內(nèi)提取血漿。將微濾技術(shù)用于血漿分離可以實(shí)現(xiàn)血液連續(xù)流動(dòng)血漿分離。即血液不斷從捐獻(xiàn)者的體內(nèi)流出，經(jīng)過(guò)微濾膜分離器，在血漿分離的同時(shí)將紅細(xì)胞回輸?shù)襟w內(nèi)，如此形成一個(gè)血漿連續(xù)分離的過(guò)程。同傳統(tǒng)的血漿分離法相比，采用連續(xù)膜分離技術(shù)直接對(duì)人體血液分離有兩個(gè)明顯的優(yōu)勢(shì)：由于血液不必再被收集到塑料袋內(nèi)而減少了交叉感染的幾率；采集血漿所需的時(shí)間被大幅度地縮短。用于血漿分離的微濾膜的孔徑太大或太小都不合適。孔徑太大會(huì)導(dǎo)致非溶血紅細(xì)胞泄漏，孔徑太小則會(huì)阻礙部分高分子量血漿蛋白的濾過(guò)。比較合適的微濾膜孔徑約為0.6um。另外，必須控制血液流動(dòng)的速度以取得良好的分離效果。實(shí)驗(yàn)證明，通量和溶血均隨血液流動(dòng)速度的增加而提高，因此血流速度的提高有最大值，在該最大值以上而引起的溶血程度將無(wú)法接受。血漿分離不僅可用于血庫(kù)采集血漿，也可以用于對(duì)某些疾病的治療。血漿交換療法是用置換或凈化過(guò)的血漿將血細(xì)胞組分回輸入患者體內(nèi)以達(dá)到清除患者血漿中有害組分的治療方法。這種療法在治療各種自免疫疾病和失重導(dǎo)致的肌肉衰弱癥等方面獲得各種自免疫疾病和失重導(dǎo)致的肌肉衰弱癥等方面獲得了令人矚目的成功。該技術(shù)對(duì)于擴(kuò)散性胸癌、肝昏迷及免疫代謝紊亂患者的臨床治療也有一定成效。此外，該技術(shù)還可用于對(duì)藥物過(guò)量患者或藥物中毒患者實(shí)施排毒治療。

4結(jié)論

膜分離材料是以化學(xué)、物理、材料、力學(xué)、化工過(guò)程等學(xué)科為基礎(chǔ)，它的研究與發(fā)展具有多學(xué)科交叉的顯著特點(diǎn)。而高分子材料具有分子鏈柔順、可加工性好、價(jià)廉以及便于分子設(shè)計(jì)等特點(diǎn)，因此成為應(yīng)用最廣泛的膜分離材料。本文介紹了以高分子材料為主的一些常見(jiàn)的膜制備方法及其相應(yīng)的應(yīng)用。但是用高分子材料制膜過(guò)程中有結(jié)構(gòu)不易控制的問(wèn)題。目前，膜分離技術(shù)在我國(guó)的石油化工、制藥、生化、環(huán)境、能源、電子、冶金、輕工、食品、海水淡化、醫(yī)療等領(lǐng)域已獲得有效而廣泛的應(yīng)用。它也有力地帶動(dòng)了相關(guān)行業(yè)的科技進(jìn)步，成為實(shí)現(xiàn)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。然而，我國(guó)在膜分離技術(shù)的關(guān)鍵部件-膜材料和器件方面，與世界先進(jìn)水平之間的差距仍然很大，許多膜材料仍然依賴進(jìn)口。因此，我國(guó)必須大力加強(qiáng)膜材料的基礎(chǔ)研究，加快膜材料的產(chǎn)業(yè)化步伐。

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