离子交换膜和超滤膜

『壹』 膜分离设备的前景如何

膜分离技术是指在分子水平上不同粒径分子的混合物在通过半透膜时，实现选择性分离的技术，在饮用水净化、工业用水处理，食品、饮料用水净化、除菌，生物活性物质回收、精制等方面得到广泛应用，并迅速推广到纺织、化工、电力、食品、冶金、石油、机械、生物、制药、发酵等各个领域。分离膜因其独特的结构和性能，在环境保护和水资源再生方面异军突起，在环境工程，特别是废水处理和中水回用方面有着广泛的应用前景。 膜在大自然中，特别是在生物体内是广泛存在的，首先出现的是超滤膜和微孔过滤，然后才出现反渗透。
1748年Abble Nelkt发现水能自然地扩散到装有酒精溶液的猪膀胱内，首次揭示了膜分离现象，但是直到本世纪60年代中期，膜分离技术才应用在工业上。
1861年Schmidt首先提出超过滤的概念，他指出，当溶液用比滤纸孔径更小的棉胶膜或赛璐玢膜过滤时，如果对接触膜的溶液施加压力并使膜两侧产生压力差，那么它可以过滤分离溶液中如细菌、蛋白质、胶体那样的微小粒子，这种过滤精度要比通常的滤纸过滤高的多，因此称这种膜过滤法为超过滤。
在截留分子量级重要概念提出后，关于截留各种不同分子量的超过滤膜，是Machaelis等用各种比例的酸性和碱性高分子电解质混合物，以水-丙酮-溴化钠为溶剂首先制成的。此后，一些国家又相继用各种高分子材料研制了具有不同用途的超过滤膜，并由美国Amicon公司首先进行了商品化生产。将各种形状的大面积的超过滤膜放在耐压装置中的膜组件中，随着反渗透组件的研制而发展起来的。
几种主要膜技术发展近况大致如下：
微滤在20世纪30年代硝酸纤维素微滤膜商品化，60年代主要开发新品种。虽然早在100多年前已在实验室制造微孔滤膜，但是直到1918年才由Zsigmondy提出商品微孔过滤膜的制造法，并报道了在分离和富集微生物、微粒方面的应用。1925年在德国建立世界上第一个微孔滤膜公司“Sartorius”，专门经销和生产微孔滤膜。第二次世界大战后，美国对微孔滤膜的制造技术和应用技术进行了广泛的研究研究微孔滤膜主要是发展新品种，扩大应用范围。使用温度在－100～260℃。
超滤从20世纪70年代进入工业化应用后发展迅速，已成为应用领域最广的技术。日本开发出孔径为5～50nm的陶瓷超滤膜，截留分子量为2万，并开发成功直径为1～2mm，壁厚200～400um的陶瓷中空纤维超滤膜，特别适合于生物制品的分离提纯。
离子交换膜和电渗析技术主要用于苦咸水脱盐，引起氯碱工业的深刻变化。离子膜法比传统的隔膜法节约总能耗30%，节约投资20%。90年世界上已有34个国家近140套离子膜电解装置投产，到2000年全世界将1/3氯碱生产转向膜法。
20世纪60年代Loeb与Sourirajan发明了第一代高性能的非对称性醋酸纤维素膜，把反渗透首次用于海波及苦咸水淡化。70年代开发成功高效芳香聚酰胺中空纤维反渗透膜，使RO膜性能进一步提高。90年代出现低压反渗透复合膜，为第三代RO膜，膜性能大幅度提高，为RO技术发展开辟了广阔的前景。超纯水制造、锅炉水软化，食品、医药的浓缩，城市污水处理，化工废液中有用物质回收。
1979年Monsanto公司用于H2/N2分离的Prism系统的建立，将气体分离推向工业化应用。1985年Dow化学公司向市场提供以富N2为目的空气分离器“Generon”气体分离用于石油、化工、天然气生产等领域，大大提高了过程的经济效益。
20世纪80年代后期进入工业应用的膜分离技术是用渗透汽化进行醇类等恒沸物脱水，由于该过程的能耗仅为恒沸精馏的1/3～1/2，且不使用苯等挟带剂，在取代恒沸精馏及其它脱水技术上具有很大的经济优势。德国GFT公司是率先开发成功唯一商品GFT膜的公司。90年代初向巴西、德、法、美、英等国出售了100多套生产装置，其中最大的为年产4万吨无水乙醇的工业装置，建于法国。除此之外，用PV法进行水中少量有机物脱除及某些有机/有机混合物分离，例如水中微量含氯有机物分离，MTBE/甲醇分离，我国膜科学技术的发展是从1958年研究离子交换膜开始的。60年代进入开创阶段。1965年着手反渗透的探索，1967年开始的全国海水淡化会战，大大促进了我国膜科技的发展。70年代进入开发阶段。这时期，微滤、电渗析、反渗透和超滤等各种膜和组器件都相继研究开发出来，80年代跨入了推广应用阶段。80年代又是气体分离和其他新膜开发阶段。 随着我国膜科学技术的发展，相应的学术、技术团体也相继成立。她们的成立为规范膜行业的标准、促进膜行业的发展起着举足轻重的作用。半个世纪以来，膜分离完成了从实验室到大规模工业应用的转变，成为一项高效节能的新型分离技术。1925年以来，差不多每十年就有一项新的膜过程在工业上得到应用。
由于膜分离技术本身具有的优越性能，产业界和科技界把膜过程视为二十一世纪工业技术改造中的一项极为重要的新技术。曾有专家指出：谁掌握了膜技术谁就掌握了化学工业的明天。
80年代以来我国膜技术跨入应用阶段，同时也是新膜过程的开发阶段。在这一时期，膜技术在食品加工、海水淡化、纯水、超纯水制备、医药、生物、环保等领域得到了较大规模的开发和应用。并且，在这一时期，国家重点科技攻关项目和自然科学基金中也都有了膜的课题。
为众多的企业带来了较为显著的经济效益、社会效益和环境效益。

『贰』 滤膜的种类

过滤膜以截留原水颗粒的大小分类，膜孔从粗到细分为微滤膜(MF)，超滤膜(UF)，纳诺滤膜(NF)和反渗透膜(RO)。MF膜孔径0.05um以上，或为1000以上分子量，以去除胶体、高分子有机物为对象。NF膜孔径为100～1000分子量。它去除的物质在UF与RO之间，以去除三卤甲烷、异味、色度、农药、可溶性有机物、Ca、Mg等。RO分离粒径为数十分子量，以去除食盐类和无机盐为对象。RO渗透水的压力比其渗透压力要多1～2倍。除以上四种以外，还有离子交换膜和气体渗透膜。MF、UF、NF和RO以压力驱动使固液分离。离子交换膜则以电力驱动使盐类分子分离，促成海水淡化等。气体渗透膜是研究出来通过气体的新型膜，能使乙醇浓缩和海水淡化。
超滤膜、微孔滤膜、纳滤膜、微滤膜、中空纤维超滤膜、赛尔滤膜等。而目前超滤膜应用最广泛，按滤膜形式，主要分为卷式，板框式，管式和中空纤维式滤膜等。

『叁』 超滤膜的分类方法

按膜的材料分类
天然膜：生物膜、天然物质改性或再生制成的膜分类
合成膜：无机膜、高分子聚合物膜
按膜的结构分类：
多孔膜：微孔介质、大孔膜
非多孔膜：无机膜、高分子聚合物膜
液膜：无固相支撑型又称乳化液膜；有固相支撑型又称固定膜、液膜
按膜的功能分类
分离功能膜：气体分离膜、液体分离膜、离子交换膜、化学功能膜
能量转化功能膜：浓差能量转化膜、光能转化膜、机械能转化膜、分类转化膜、导电膜
生物功能膜：探感膜、生物反应器、医用膜
按膜的用途分类
气-相系统用膜：伴有表面流动的分子流动、气体扩散、聚合物膜解扩散流动、在溶剂化聚合物膜中扩散流动
气-液系统用膜：大孔结构
（移去气流中的雾沫夹带或将气体引相）、微孔结构制成超细孔过滤器）、聚合物（气体扩散进入液体或从液体中移去某种气体）
液-液系统用膜：气体从一种
液相进入另一液相、溶质或溶剂从液相渗透到另一液相
气-固系统用膜：用膜除去气体中的颗粒
液-固系统用膜：大孔介质过滤淤浆、生物废料处理、破乳
固-固系统用膜：基于颗粒大小的固体筛分
按膜的作用机理分类
吸附性膜：多孔膜（多孔石英玻璃、活性炭、硅胶等）、反应膜（膜有能与渗透过来的物质发生反应的物质）
扩散性膜：
聚合物膜扩散性的溶解流动）、金属膜（原子状态扩散）、玻璃膜（分子状态的扩散）
离子交换膜：阳离子交换树脂膜、阴离子交换树脂膜
选择渗透膜：渗透膜、反渗透膜、电渗析膜
非选择性膜：加热处理的微孔玻璃、过滤型的微孔膜

『肆』 市场过滤膜常规品种有那几种

品种和规格
（1） 纤维素酯类 如二醋酸纤维素（CA）；三醋酸纤维素（CTA）；硝化纤维素（CN）；乙基纤维素（EC）；混合纤维素（CN-CA）等。其中混合纤维素制成的膜，是一种标准的常用滤膜。由于成孔性能良好，亲水性好，材料易得且成本较低，因此，该膜的孔径规格分级最多，从0.05～8um，约有近十个孔径型号。该膜使用温度范围较广。可耐稀酸。不适用酮类、酯类、强酸和碱类等液体的过滤。
（2） 聚酰胺类 如尼龙6（PA-6）和尼龙（PA-66）微孔膜。该种也具有亲水性能。较耐碱而不耐酸。在酮、酚、醚及高分子量醇类中，不易被腐蚀。孔径型号也较多。适用于电子工业光刻胶、显影液等的净化。
（3） 聚砜类 如聚砜（PS）和聚醚砜（PES）微滤膜。该类膜具有良好的化学性和热稳定性，耐辐射，机械强度较高，应用面也较广。
（4） 含氟材料类 如聚偏氟乙烯（PVDF）和聚四氟乙烯膜（PTFE）。这类微滤膜，都有极好的化学稳定性，适合在高温下使用。特别是PTFE膜，其使用温度为－40～260℃可耐强酸、强碱和各种有机溶剂。由于具有疏水性，可用于过滤蒸气及各种腐蚀性液体。
（5） 聚碳酸酯和聚酯类 主要用于制核孔微孔膜。核孔膜孔径非常均匀，一般厚度为5～15um。此膜的孔隙率只有百分之十几，因膜薄所以其流体的过滤速度与前叙的几种膜相当。但制作工艺较为复杂，膜价格高，应用受到限制。目前该核膜已能制成多种孔径价格。
（6） 聚烯烃类 如聚丙烯（PP）拉伸式微孔膜和聚丙烯（PP）纤维式深层过滤膜。该类微孔膜具有良好的化学稳定性，可耐酸、耐碱和各种有机溶剂。价格便宜。但该类膜孔径分布宽。目前的商品膜有平板式和中空钎维式多种构型。并具有多种孔径规格。
（7） 无机材料 如陶瓷微孔膜、玻璃微孔膜，各类金属微孔膜等。这是近几年来倍受重视的新的一族微孔膜。无机膜具有耐高温、耐有机溶剂、耐生物降解等优点。特别在高温气体分离和膜催化反应器及食品加工等行业中，有良好的应用前景。

『伍』 膜分离的基本原理是什么

把膜当作过滤器来理解就行了。分离的结果，需要滤液的称为过滤，需要过滤后的料液的称为浓缩。根据料液的性质不同，以及一些物理特性和所需要的物料结果，膜可以有多种形式的结构。比如，平板膜、板框膜、卷式膜、陶瓷膜、中空纤维膜。
按照通过的孔径的大小，可以分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜、RO膜、离子交换膜、电极隔离膜等。

『陆』 离子交换膜的类型

材料：有机膜、无机膜

结构：对称膜(微孔膜、均质膜)、非对称膜、复合膜

形状：平板膜、管式膜、中空纤维膜、卷式

分离机理： 扩散性膜 、离子交换膜、选择性膜、非选择性膜

分离过程：反渗透膜、渗透膜、气体分离膜、电渗析膜、渗析膜、渗透蒸发膜

孔径大小：微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜
分离膜由高分子、金属、陶瓷等材料制造，以高分子材料居多，按其物态又可分为固膜、液膜与气膜三类。气膜分离尚处于实验研究中，液膜已有中试规模的工业应用，主要用于废水处理中。

目前大规模工业应用的多为固膜，固膜主要以高分子合成膜为主，高分子膜可制成致密的或多孔的、对称的或不对称的。

近年来，无机陶瓷膜材料发展迅猛并进入工业应用，尤其是在微滤、超滤及膜催化反应及高温气体分离中的应用，充分展示了其化学性质稳定、耐高温、机械强度高等优点。陶瓷膜和金属膜亦可以是对称或不对称的，但制备方法完全不同。

『柒』 不同膜分离技术存在哪些不同的原理

在生物化工过程中常用的膜分离技术有微滤(MF)、超滤(UF)、反渗透(RO)、纳滤(NF)、电渗析(ED)、液膜(LM)等。
微滤
微滤是以多孔细小的薄膜作为过滤的介质，以筛分原理为根据的薄膜过滤。在压力作为推动力的作用下，溶剂、水、盐类及大分子物质均能透过薄膜，而微细颗粒和超大分子等颗粒直径大于膜孔径的物质均被滞留下来，以达到分离的目的，进一步使溶液净化。微滤是目前膜分离技术中应用最广且经济价值最大的技术，主要应用于生物化工中的制药行业。
超滤
超滤是根据筛分原理，以一定的压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的操作。同微滤过程相比，超滤过程受膜表面孔的化学性质影响较大，在一定的压力差下溶剂或小分子量的物质可以透过膜孔，而大分子物质及微细颗粒却被截留，以达到分离目的。超滤膜通常为不对称膜，膜孔径的大小和膜表面的性质分别起着不同的截留作用。超滤主要应用于浓缩大分子溶液的净化等.在生物化工过程中应用最广。
反渗透
反渗透过程主要是根据溶液的溶解、扩散原理，以压力差为推动力的膜分离过程。它与自然的渗透过程刚好相反。渗透和反渗透均是通过半透膜来完成的。在浓溶液一侧，当施加压力高于自然渗透压力时，就会迫使溶液中溶剂反向透过膜层，流向稀溶液一侧，从而达到分离提纯的目的。反渗透过程主要应用于低分子量组分的浓缩，如氨基酸浓缩(甘氨酸HGB
3075—79)、乙醇浓缩(GB 679-65)等。其渗透压的大小与膜的种类无关，而与溶液的性质有关。
纳滤
纳滤也是根据吸附、扩散原理，以压力差为推动力的膜分离过程。它除了有本身的工作原理外，还具有反渗透和超滤的工作原理。纳滤又可以称为低压反渗透，是一种新型的膜分离技术，这种膜过程，拓宽了液相膜分离的应用，分离性能介于超滤和反渗透之间，其截断分子量约为200～2000。纳米膜属于复合膜，允许一些无机盐和某些溶剂透过膜。纳滤过程所需压力比反渗透低得多，具有节约动力的优点。它能截断易透过超滤膜的那部分溶质，同时又可能被反渗透膜所截断的溶质透过，其特有功能是反渗透和超滤无法取代的。纳滤膜具有良好的热稳定性、pH
稳定性和对有机溶剂的稳定性，因此现已广泛应用于各个工业领域，尤其是医药、生物化工行业的分离提纯过程。纳滤膜是现今最先进的膜分离技术。微滤、超滤、反渗透、纳滤4种分离技术没有太明显的分界线，均是以压力作为推动力，被截断的溶质的直径大小在某些范围内相互重叠。
电渗析
电渗析是以电位差为推动力，在直流电作用下利用离子交换膜的选择透过性，把电解质从溶液中分离出来，从而实现溶液的淡化、精制或纯化目的。
液膜
液膜是悬浮在液体中的一层乳液微粒，形成液相膜。依据溶解、扩散原理，通过这层液相膜可以将两个组成不同而又互溶的溶液分开，并通过渗透的现象起到分离、提纯的效果，它克服了固体膜存在的选择性低和通量小的特点。液膜一般由溶剂、表面活性剂和添加剂构成。

『捌』 污水处理膜有几种

生物滤池法

生物滤池法的基本流程是由初沉池、生物滤池和二沉池三部分组成的。主要成分包括：

1、塔式生物滤池。比传统的生物滤池的负荷更高，层次更分明、堵塞可能性更小，占地面积面积小等优点。

2、有高负荷生物滤池。处理效果更好好，去除率可达90%以上，其出水可降到25mg/L以下，且出水水质非常稳定。其缺点是占地面积过大，容易堵塞，影响环境卫生。

移动床生物膜反应器

移动床生物膜反应器是一种新的生物膜污水处理技术，它介于生物接触氧化法与生物流化床法之间。能够解决生物接触氧化法中滤料堵塞的问题。此方法的特点：微生物浓度高、食物链长，对进水的流量和浓度变化有很强的适应能力。移动床生物膜的结构紧密，因此具有占地面积小，能源消耗低的特点，很明显的降低了投资运行维护费用，由于这些优点该技术被广泛的应用。

生物流化床

生物流化床技术是利用气体或液体，使附着微生物的固体颗粒状滤料呈流态化，对污水进行净化的技术。生物流化床法充分利用了微生物不同生命活动阶段的特征，根据微生物的生长特点将处理阶段划分为固定床阶段、流化床阶段、液体输送阶段三个阶段。

生物流化床的主要优点：

1、容积负荷高，抗冲击能力强。由于生物流化床的载体是采用小粒径固体颗粒，且载体成流态化，所以生物流化床的单位体积表面积要比其他生物膜法的大很多且抗击能力要较其他生物处理法高。

2、净化效果好。由于载体颗粒一直处于剧烈的运动状态，从而导致界面的不断更新，这样不仅有利于微生物对污染物的吸附和降解，更能加快生化反应速率，进而使净化效果得到提高。

3、微生物的活性较强。由于生物颗粒不断地相互碰撞与摩擦，使生物膜的厚度较薄且均匀。对于同类污水而言，在同等的处理条件下，生物膜不仅反应速率快且呼吸率也非常快，所以微生物的活性较强。

生物膜在污水处理中的应用优势

1、对进出水的水质和水量的适应性极强。

2、生物膜法管理便捷、运费低廉。

3、生物法对环境的温度的要求很高，如果气温过高或过低会影响膜运行的活力，导致膜的损坏。

4、此载体的比表面积对生物膜处理的效果影响很大。

5、能够克服活性污泥法中污泥丝状膨胀的缺点，使剩余污泥量明显的减少。

6、生物膜法属于消耗品，膜需要定期的更新，避免引起滤料的破损和堵塞，降低出水水质。

EPP

EPP聚丙烯发泡粒子作为新型的污水生物处理填料，相对于国内的传统填料，有着更卓越的处理性能，仅在日本、韩国的生活污水处理中有应用事例。

在日本、韩国除了已在使用的聚丙烯发泡粒子，还在开发其他的以聚丙烯为主要原材料的具有优异性能的填料。

EPP的显著性能：

1) 吸附能力含有活性炭，对污水中的有机物具有较强吸附能力，以及具有多孔性，使滤料具有增大的表面积等技术效果。

2) 耐油性，耐药性材质稳定，耐酸、耐碱、耐老化，使用寿命达15年，长期不需更换，产品耐生物降解。

3) 轻质，浮性

极其轻质，比重为水的1/33(30kg/?），具有耐冲击，高韧性以及漂浮的性质

4) 环保性

生产中不使用氟利昂作为发泡剂，燃烧时也不会产生有毒，有害气体，是一种环境友好材料。

5) 寿命长

可以循环使用15年以上不需更换填料，大大节约了净水设备的运营成本。多孔质EPP填料，这种填料的每一粒泡沫念珠都带有孔，而且在发泡过程当中添加了一定比例的活性炭，一方面大大增加了填料与污水的接触面积，另一方面大大提升了对污浊物的吸附能力。

『玖』 超滤膜分类的方法

按膜的材料分类
天然膜：生物膜、天然物质改性或再生制成的膜分类
合成膜：无机膜、高分子聚合物膜
按膜的结构分类：
多孔膜：微孔介质、大孔膜
非多孔膜：无机膜、高分子聚合物膜
液膜：无固相支撑型又称乳化液膜；有固相支撑型又称固定膜、液膜
按膜的功能分类
分离功能膜：气体分离膜、液体分离膜、离子交换膜、化学功能膜
能量转化功能膜：浓差能量转化膜、光能转化膜、机械能转化膜、分类转化膜、导电膜
生物功能膜：探感膜、生物反应器、医用膜
按膜的用途分类
www.water0.cn
气-相系统用膜：伴有表面流动的分子流动、气体扩散、聚合物膜解扩散流动、在溶剂化聚合物膜中扩散流动
气-液系统用膜：大孔结构 （移去气流中的雾沫夹带或将气体引相）、微孔结构制成超细孔过滤器）、聚合物（气体扩散进入液体或从液体中移去某种气体）
液-液系统用膜：气体从一种 液相进入另一液相、溶质或溶剂从液相渗透到另一液相
气-固系统用膜：用膜除去气体中的颗粒
液-固系统用膜：大孔介质过滤淤浆、生物废料处理、破乳
固-固系统用膜：基于颗粒大小的固体筛分
按膜的作用机理分类
吸附性膜：多孔膜（多孔石英玻璃、活性炭、硅胶等）、反应膜（膜有能与渗透过来的物质发生反应的物质）
扩散性膜： 聚合物膜扩散性的溶解流动）、金属膜（原子状态扩散）、玻璃膜（分子状态的扩散）
离子交换膜：阳离子交换树脂膜、阴离子交换树脂膜
选择渗透膜：渗透膜、反渗透膜、电渗析膜
非选择性膜：加热处理的微孔玻璃、过滤型的微孔膜