浓缩分离膜知识-微滤、超滤、纳滤和反渗透
发布时间：
2025-01-02
膜是一种具有选择性分离功能的材料，使用膜的选择性分离来分离、纯化和浓缩液体不同成分的过程称为膜分离。它与传统的过滤不同，因为膜可以在分子水平上分离，而这个过程是一个不需要相变或添加添加剂的物理过程。膜的孔径通常在微米范围内。根据其孔径（也称为截留分子量），膜可分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜。根据材料的不同，它们可分为无机膜和有机膜。无机膜主要是陶瓷膜和金属膜，其过滤精度和选择性较低。有机薄膜由醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、多氟聚合物等聚合物材料制成。在错流膜工艺中，各种膜的分离和保留性能取决于膜的孔径和保留分子量。下图简要说明了五种不同的膜分离过程：（箭头反射表示物质不能穿过膜并被保留）：
膜分离的基本工艺原理相对简单。在过滤过程中，进料液体由泵加压，并以一定的流速沿滤膜表面流动。分子量大于膜截留值的物质或分子不通过膜并流回进料罐，而分子量小于膜截留值，则通过膜形成透析液。因此，膜系统有两个出口，一个是回流溶液（浓缩溶液）出口，另一个是透析液出口。每单位时间（Hr）和单位膜面积（m2）（L）流出的透析液量称为膜通量（LMH），即过滤速率。影响膜通量的因素包括温度、压力、固体含量（TDS）、离子浓度、粘度等。由于膜分离过程是一种纯物理过程，具有无相变、节能、体积小、可分离性等特点，膜广泛应用于发酵、制药、植物提取、化学工程、水处理工艺和环保行业。对于不同组成的有机化合物，根据其分子量选择不同的膜，并选择合适的膜工艺来实现最佳的膜通量和截留率，从而提高生产收率，降低投资规模和运营成本。
微滤（MF）
也称为微孔过滤，属于精密过滤，其基本原理是筛分过程。微滤膜的材料分为两类：有机和无机。有机聚合物包括醋酸纤维素、聚丙烯、聚碳酸酯、聚酰胺等。无机膜材料包括陶瓷和金属。鉴于微孔膜的分离特性，其主要应用范围是拦截气相和液相中的颗粒、细菌和其他污染物，以实现净化、分离和浓缩。
微孔过滤（MF）也是一种低压（通常为10-50psi）膜分离技术。其过滤能力仅在普通过滤器和超滤器之间，通常仅用于分离0.05至10μ的悬浮物。水中的其他溶解物质可以通过MF膜。它的筛选功能是过滤掉气体或液体中的颗粒和细菌。对于微滤，膜的截留特性以其孔径为特征，通常在0.1至1微米的范围内。因此，微滤膜可以分离大直径细菌细胞、悬浮固体等。可用于一般液体的澄清、安全过滤和空气消毒。
超滤（UF）
它是一种介于微滤和纳滤之间的膜过程，膜孔径范围为0.05um至1000分子量。超滤是一种膜分离技术，可以净化、分离和浓缩溶液。超滤过程通常可以理解为与膜孔径相关的筛分过程。利用膜两侧的压差作为驱动力，超滤膜作为过滤介质，在一定压力下，当水流过膜表面时，只允许水和孔径小于膜的小分子通过，达到净化、分离和浓缩溶液的目的。
使用低压10-150psi半透膜分离聚合物物质（分子量1000-300000）的膜技术称为“超滤（UF）”。同样，NF具有RO和UF的特点。该膜对二价离子和分子量大于300的离子具有很高的去除率，而在高浓度下，单价离子的去除率仅为0-20%。虽然两者的结构略有不同，其功能的关键对象也略有不同，但它们有以下共同特征：
它是一种低能耗的液-液分离技术。
该过程无需加热或化学试剂，溶液质量不受影响。
使用具有不同分子量阻断能力的不同UF和NF膜可以筛选不同的分子量。对于超滤，膜的截留特性以标准有机化合物的截留分子量为特征，通常在1000至300000之间。因此，超滤膜可以分离大分子有机化合物（如蛋白质、细菌）、胶体、悬浮固体等，广泛应用于饲料溶液的澄清、大分子有机物的分离和纯化以及除热。
纳滤（NF）
对于纳滤，膜的保留特性由标准NaCl、MgSO4、CaCl2溶液的保留率来表征。典型的保留率范围为60%-90%，相应的分子量范围为100-1000。因此，纳滤膜可以将小分子有机化合物与水和无机盐分离，实现同时脱盐和浓缩。
反渗透（RO）
当两种不同浓度的浓缩溶液被半透膜分离时，根据自然现象，浓度较低的溶液会向浓度较高的一侧渗透。纯水渗透到盐水中就是一个典型的例子。但是，如果在盐水一侧施加足够的压力（即大于渗透压），就会发生盐水渗透到纯水中的异常现象，称为“反渗透（RO）”。该技术的特点是：
反渗透的截留对象是所有离子，只允许水通过膜。NaCl的截留率超过98%，出水为无离子水。反渗透可以去除可溶性金属盐、有机物、细菌、胶体颗粒和发热物质，这意味着它可以拦截所有离子。反渗透膜已广泛应用于纯化水、软化水、去离子水的生产、产品浓缩和废水处理。
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