膜技术的分类及应用范围

膜技术的分类及应用范围
一、膜分离技术
    膜分离是在20世纪初出现，20世纪60年代后迅速崛起的一门分离新技术。膜分离技术由于兼有分离、浓缩、纯化和精制的功能，又有高效、节能、环保、分子级过滤及过滤过程简单、易于控制等特征，因此，目前已广泛应用于食品、医药、生物、环保、化工、冶金、能源、石油、水处理、电子、仿生等领域，产生了巨大的经济效益和社会效益，已成为当今分离科学中最重要的手段之一。
    膜可以是固相、液相、甚至是气相的。用各种天然或人工材料制造出来的膜品种繁多，在物理、化学、生物性质上呈现出各种各样的特性。
    大多数人会认为，膜离我们的生活非常遥远。其实不然，膜分离技术非常贴近我们的日常生活。如水、果汁、牛奶、保健品、中药、茶食品、饮料、调味品等我们随时可能接触到的，都会用到膜分离技术。
    随着国民经济的迅速发展，膜分离技术的应用领域不但会越来越广泛，而且其会被越来越多的人认识和接受。据初步统计，2001年全世界膜和膜组件的销售额已接近80亿美圆，成套设备和膜工程的市场则已达到数百亿美圆，而且每年还在以10%~20%的幅度递增，显示出这一新兴产业的广阔前景。
二、膜分离技术发展史、现状及展望（一）发展史
    膜在大自然中，特别是在生物体内是广泛存在的，但我们人类对它的认识、利用、模拟直至现在人工合成的历史过程却是漫长而曲折的。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。
（二）现状
    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，故膜过程现在已经得到世界各国的普遍重视。在能源紧张、资源短缺、生态环境恶化的今天，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。
    目前，这一潜力巨大的新兴行业正在以蓬勃的激情挑战市场，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。
（三）展望
    当前，膜分离技术已获得巨大的进展，但它毕竟还是处于上升发展阶段，还有许多工作要我们去做。21世纪的膜科学与技术将进一步改进、完善已有的膜过程，不断探索和开拓新的过程与材料，并不断扩充原有的应用领域，使膜技术发挥发挥更大的作用。
  展望之一：
我们要致力于将新兴的膜分离技术与传统的工艺技术有机的结合起来，不断将膜技术的研究成果从实验室推向产业化应用。
  展望之二：
我们要致力于研究新的膜材料，开发研究新的聚合膜材料。
  展望之三：
我们要致力于研究开发新的成膜工艺，进一步制备超薄、高度均匀、无缺陷的非对称膜皮层技术与工艺。
  展望之四：
我们要致力于将无机膜的发展推向前。无机膜由于拥有其他聚合物膜所无法具有的一些优点，如：无机膜具有耐酸、碱、耐有机溶剂，化学稳定性好，机械强度大，抗微生物污染能力强，耐高温，孔径分布窄，分离效率高等，而受到学术界和工业化应用越来越多的重视。在以后的发展过程中，研究无机膜的新材料、新工艺是必然的趋势。
  展望之五：
无论在学术上还是工业化应用当中，微滤、超滤、纳滤、反渗透、电渗析、气体分离、渗透汽化等课题的研究都将是重中之重。
三、膜分离技术特点
    膜分离过程是一个高效、环保的分离过程，它是多学科交*的高新技术，它在物理、化学和生物性质上可呈现出各种各样的特性，具有较多的优势。
与传统的分离技术如蒸馏、吸附、吸收、萃取、深冷分离等相比，膜分离技术具有以下特点。
※ 高效的分离过程
※ 低能耗
※ 接近室温的工作温度
※ 品质稳定性好
※ 连续化操作
※ 灵活性强
※ 纯物理过程
※ 环保
※ ……
四、膜分离过程的基本特性
    膜分离技术以其节能效果显著、设备简单、操作方便、容易控制而受到广大用户的普遍欢迎。选择适当的膜分离过程，可替代鼓式真空过滤、板框压滤、离子交换、离心分离、溶媒抽提、静电除尘、袋式过滤、吸附/再生、絮凝/共聚、倾析/沉淀、蒸发、结晶等多种传统的分离与过滤方法。
五、常用的膜分离过程（一）微滤
    鉴于微孔滤膜的分离特征，微孔滤膜的应用范围主要是从气相和液相中截留微粒、细菌以及其他污染物，以达到净化、分离、浓缩的目的。
具体涉及领域主要有：医药工业、食品工业（明胶、葡萄酒、白酒、果汁、牛奶等）、高纯水、城市污水、工业废水、饮用水、生物技术、生物发酵等。
（二）超滤
    早期的工业超滤应用于废水和污水处理。三十多年来，随着超滤技术的发展，如今超滤技术已经涉及食品加工、饮料工业、医药工业、生物制剂、中药制剂、临床医学、印染废水、食品工业废水处理、资源回收、环境工程等众多领域。
（三）纳滤               
    纳滤的主要应用领域涉及：食品工业、植物深加工、饮料工业、农产品深加工、生物医药、生物发酵、精细化工、环保工业……
（四）反渗透
    由于反渗透分离技术的先进、高效和节能的特点，在国民经济各个部门都得到了广泛的应用，主要应用于水处理和热敏感性物质的浓缩，主要应用领域包括以下：食品工业、牛奶工业、饮料工业、植物（农产品）深加工、生物医药、生物发酵、制备饮用水、纯水、超纯水、海水、苦咸水淡化、电力、电子、半导体工业用水、医药行业工艺用水、制剂用水、注射用水、无菌无热源纯水、食品饮料工业、化工及其它工业的工艺用水、锅炉用水、洗涤用水及冷却用水
（五）其他常用膜分离过程
    除了以上四种常用的膜分离过程，另外还有渗析、控制释放、膜传感器、膜法气体分离等。
六、无机膜专栏（一）无机膜概述及其特点
    无机膜的发展始于20世纪40年代，至今发展已经历三个阶段。由于无机膜的优异性能和无机材料科学的发展，无机膜的应用领域日益扩大，将无机膜与催化反应过程结合而构成的膜催化反应过程被认为是催化学科的未来三大发展方向之一。因此无机膜的应用成为当前膜技术领域的一个研究开发热点。
    我国的无机膜研究始于20世纪80年代末，通过国家自然科学基金及各部委的支持，我国已能在实验室制备出无机微滤膜、超滤膜以及金属钯膜。
    进入九十年代，国家科技部对无机陶瓷微滤膜的工业化技术组织了科技攻关，推进了陶瓷微滤膜的工业化进程。
    2002年第七届国际无机膜大会在中国召开，标志着我国无机膜的研究与工业化应用已经进到国际领先水平。
    无机膜是由无机材料加工而成，是一种固态膜，以无机材料科学为基础的无机膜具有聚合物分离膜所无法比拟的优点：
※ 孔径分布窄、分离效率高，过滤效果稳定。
※ 化学稳定性好，耐酸、碱、有机溶剂。
※ 耐高温，可用蒸气反冲再生和高温消毒灭菌。
※ 抗微生物污染能力强，适宜在生物医药领域应用。
※ 机械强度大，可高压反冲洗，再生能力强。
※ 无溶出物产生，不会产生二次污染，不会对分离物料产生负面影响。
※ 分离过程简单，能耗低，操作运转简便。
※ 膜使用寿命长。
※ ………………
（二）无机膜分类
  1、无机分离膜从表层结构上可以分为：致密膜和多孔膜两大类。应工业化生产的需要，目前，多孔陶瓷膜应用较为成熟和广泛。
  2、无机膜按照制膜材料，可以分为：陶瓷膜、金属膜、合金膜、高分子金属络和物膜、分子筛复合膜、沸石膜、玻璃膜等。
  3、无机膜按照结构特点，可以分为：非担载膜（主要在实验室和科研工作中居多）和担载膜（主要应用于工业化生产居多） 。
（三）无机膜结构
    工业上应用推广极为成功的无机多孔分离膜元件，主要由三层结构构成：多孔载体、过渡层和活性分离层。
（四）无机膜元件、膜组件
  1、无机膜元件
    无机膜元件从微观角度来看，有对称和非对称两种结构。由于非对称膜元件具有处理效果稳定、机械强度高、高渗透通量等优势，因而，是目前工业化应用的主要形式。
    从几何外形来看，商业无机膜有多种形式：多通道、管式、平板式、蜂窝体等。鉴于工业化生产需要较大的过滤面积，且多通道膜元件采用的是错流过滤方式，不同于其他膜过滤形式，况且其具有安装简便、机械强度高、适合于工业化大生产应用等优点，因而多通道无机膜成为工业生产应用的主要产品。
  2、无机膜组件
    为了保证无机膜元件的正常使用，我们是要求将膜元件和膜外壳配套使用的，因此膜组件应运而生了。通常膜组件的形式按照装填膜元件的支数命名，非常简单明了。
无机膜的具体应用在是在分离和反应过程中以膜组件形式出现。无机膜组件是由1根、3根、7根、19根、37根或者是更多的根数的膜元件组成，这就根据具体使用者实际生产或者实验的要求而定了。一台无机膜设备通常包括很多膜组件。
（五）无机膜分离系统过滤方式
    无机膜分离系统包括膜组件、原料输送系统、压力流量测量控制系统等等。采用的主要是错流过滤方式，与终端过滤不同的是，错流过滤存在着渗透液和循环流体两股液体。
（六）无机膜应用领域
    膜分离技术以其节能效果显著、操作维护简便、控制简易而受到广大用户的普遍欢迎。选择适当的膜分离过程，可替代真空过滤、板框压滤、离子交换多种传统的分离与过滤方法。
    无机膜的应用主要涉及液相分离与净化，气体分离与净化和膜反应器三个方面。无机膜的工业化应用主要集中于液相分离领域，无机膜在液体分离方面的应用主要是微滤和超滤，其中使用最多的是陶瓷膜，占据了80%的市场。食品饮料
  植（药）物深加工
  果汁、蔬菜汁
  乳品工业
  农产品深加工
  糖类
  食品添加剂、天然色素、调味品
  酒类等
生化医药
  生物发酵液
  蛋白、酶
  中药、保健品口服液
  动物血浆、血清
  医药及中间体
化学工业
  合成印染料及中间体
  精细化工
  化工原料及中间体
  合成及微生物农药
  催化剂颗粒回收利用
  有机化工原料的回收
  精制化工酸、碱液
环境工程
  饮料工业、食品工业等各类工艺用水的制备
  食品、生物发酵、染料等工艺废水处理
  制浆造纸、纺织工业、脱脂废水处理
  含油废水处理
空气过滤
    在气体分离领域应用主要包括气体（空气）的净化和气体组分的分离，但目前成功应用的仅是铀同位素的分离，其他气体净化与分离过程均处于研究开发过程中