无机膜与有机膜的一些性能比较
膜的分类及应用
膜的分类及应用一、引言膜是一种具有特殊功能的材料，广泛应用于水处理、食品加工、医药等领域。
本文将介绍膜的分类及应用。
二、膜的分类（一）按材料分类1. 有机膜：包括聚酯薄膜、聚酰胺薄膜等。
2. 无机膜：包括陶瓷膜、金属氧化物薄膜等。
（二）按制备方法分类1. 蒸发凝固法：通过溶液的挥发使溶质在基底上沉积形成薄膜。
2. 溶液浸渍法：将基底浸泡在含有溶质的溶液中，使其吸附在基底表面形成薄膜。
3. 化学气相沉积法：通过化学反应使气体中的原子或分子在基底表面沉积形成晶体或非晶体结构的固态材料。
（三）按应用分类1. 超滤器：用于分离悬浮物和胶体颗粒。
2. 反渗透器：用于海水淡化和饮用水处理。
3. 气体分离膜：用于制氢、制氧等。
4. 生物反应器：用于生物发酵过程中的分离和浓缩。
三、膜的应用（一）水处理领域1. 反渗透膜：用于海水淡化和饮用水处理，能够有效去除水中的盐分和污染物。
2. 纳滤膜：用于处理工业废水和生活污水，能够有效去除有机物、微生物等。
（二）食品加工领域1. 超滤器：用于乳品加工、果汁澄清等，能够有效去除悬浮物和胶体颗粒。
2. 纳滤膜：用于酒类加工、果汁浓缩等，能够有效去除有机物、色素等。
（三）医药领域1. 超滤器：用于血液透析和血液净化，能够有效去除尿素等代谢产物。
2. 纳滤膜：用于药品纯化和生产过程中的分离和浓缩。
（四）其他应用领域1. 气体分离膜：用于制氢、制氧等，能够有效分离不同的气体。
2. 生物反应器：用于生物发酵过程中的分离和浓缩，能够有效提高生产效率。
四、结论膜作为一种具有特殊功能的材料，在水处理、食品加工、医药等领域有着广泛的应用。
通过对膜的分类及应用进行了解，可以更好地选择适合自己领域的膜材料，并且能够提高生产效率和产品质量。
mbr膜工作原理
mbr膜工作原理MBR膜工作原理概述MBR膜（Membrane Bioreactor）是一种利用微孔膜过滤技术和生物反应器处理废水的技术。
它将传统的活性污泥法和微孔膜过滤技术相结合，使得废水处理效果更好、更稳定。
一、MBR膜的组成和分类MBR膜主要由微孔膜、支撑材料和气体分配系统组成。
根据不同的材料，MBR膜可以分为有机膜和无机膜两种类型。
无机膜主要由陶瓷、玻璃纤维等材料制成，具有较高的耐化学性能和抗污染能力；有机膜则主要由聚酰胺、聚乙烯等材料制成，具有较高的通透性。
二、MBR膜工作原理1. 生物反应器阶段废水首先进入生物反应器，其中含有大量的微生物。
这些微生物通过吞噬有机废物来进行代谢，并将其转化为二氧化碳和水等无害物质。
在此过程中，微生物会产生大量的胞外多聚物（EPS），这些物质会附着在微孔膜的表面上，形成一层生物膜。
2. 微孔膜阶段废水经过生物反应器后，进入微孔膜阶段。
此时，废水中的悬浮颗粒和胞外多聚物等杂质会被微孔膜过滤掉，而水分子和溶解性有机物则可以通过微孔膜进入下一步处理。
由于微孔膜具有较高的通透性，因此可以有效地去除废水中的悬浮颗粒和胞外多聚物等杂质。
3. 清洗阶段当微孔膜表面积累了足够多的污垢时，需要进行清洗。
清洗方式主要有化学清洗、气体冲洗、超声波清洗等方法。
其中，化学清洗是最常用的方法之一，其原理是利用酸碱溶液等化学试剂将污垢分解并溶解掉。
三、MBR膜的优缺点1. 优点：（1）去除效果好：MBR膜能够有效地去除废水中的悬浮颗粒和胞外多聚物等杂质，使得出水质量更好。
（2）占地面积小：由于MBR膜的处理效果优秀，因此可以大大减少废水处理厂的占地面积。
（3）运行稳定：MBR膜的生物反应器和微孔膜阶段相结合，使得废水处理过程更加稳定。
2. 缺点：（1）成本较高：MBR膜的制造和维护成本较高，需要投入大量资金。
（2）易受污染：由于MBR膜表面附着有生物膜，因此容易受到污染和堵塞。
四、MBR膜在实际应用中的案例目前，MBR膜已经广泛应用于城市污水处理、工业废水处理、海水淡化等领域。
有机-无机杂化膜
有机-无机杂化膜的研究进展1.简介传统的有机膜具有柔韧性良好、透气性高、密度低的优点，但是它们的耐溶剂性、耐腐蚀、耐温度性都较差，而单纯的无机膜虽然强度高、耐腐蚀、耐溶剂、耐高温，但比较脆，不易加工，因而制备一种兼具有两者优点的膜是目前研究的热点。
有机-无机杂化膜在有机网络中引入无机质点，改善网络结构，增强了膜的机械性能，提高了热稳定性，改善和修饰膜的孔结构和分布，提高膜的渗透性和分离选择性。
2.有机-无机杂化膜的结构有机-无机杂化膜按结构可分为3大类：（1）有机相和无机相间以共价键结合的杂化膜，图1;（2）有机相和无机相间以范德华力或氢键结合的杂化膜，图2，膜从结构上可以分为在有机基质内分散着无机纳米微粒和在无机基质中添加纳米高分子微粒;（3）有机改性的陶瓷膜，图3。
3.有机-无机杂化膜的制备方法制备有机-无机杂化膜的方法包括：溶液-凝胶法、纳米微粒与高分子直接共混法、原位聚合法等。
这里重点介绍前两种方法。
（1）溶胶-凝胶法（sol-gel）溶胶-凝胶法是将无机前驱体溶于水或有机溶剂中形成均匀的溶液，通过水解、缩合反应生成粒子粒径为纳米级的溶胶，再经干燥转变为凝胶。
用溶胶-凝胶法制备的杂化膜内部有机和无机相易发生分离，不易得到均质膜。
当无机组分均匀的分散在有机网络中，且两者间存在一定的相互作用时，易得到透明均质膜。
这种相互作用可以是氢键也可以是化学键，组分间的化学键可以是M-C、M-O-Si-C或M-L（L为有机配体如多羟基配体，有机羧酸等）。
引入化学键有两者方法：一是选用包含有功能性基团的烷氧基硅氧烷单体作为无机前驱体；二是加入偶联剂对有机高聚物进行改性，选用三官能团的硅氧烷，更易得到均质膜。
（2）共混法该方法是高分子可以以溶液形式、乳业形式、熔融形式等与纳米无机微粒共混。
共混法操作方便、工艺简单。
用此方法得到的杂化膜中，纳米微粒空间分布参数难以确定，纳米微粒分布不均匀，易团聚，通过对纳米微粒做表面改性或加入增溶剂进行改性。
无机陶瓷膜浓缩设备与有机膜浓缩设备对比
无机陶瓷膜浓缩设备与有机膜浓缩设备对比
2020.05.06
无机陶瓷膜浓缩设备与有机膜浓缩设备对比
有机膜浓缩设备虽然其制备成本相对较低，但本身具有一定的局限性，如耐腐蚀和耐氧化能力较差、机械强度较低、不易清洗和使用寿命较短等，限制了有机膜浓缩设备在浓缩液较为苛刻条件下的长期稳定运行，也制约了其与各种预处理工艺的组合使用。
与有机膜浓缩设备相比，无机陶瓷膜浓缩设备具有显著的材料性能优势，但受制于较高的制备成本，陶瓷膜技术的应用研究仍主要集中在特种分离行业。
无机陶瓷膜浓缩设备与有机膜浓缩设备对比
无机陶瓷膜主要由氧化铝、氧化锆和二氧化钛等传统陶瓷材料，以及新兴的堇青石、碳化硅和氮化硅等无机材料制备而成。
根据孔径大小的不同，压力驱动膜可分为陶瓷微滤膜、陶瓷超滤膜、陶瓷纳滤膜。
根据外观形状的不同，陶瓷膜可分为单通道管式膜、多通道管式膜、平板膜和中空纤维膜。
其中，多通道管式陶瓷膜具有优良的机械特性和密封性，是目前应用最为广泛的陶瓷膜类型。
根据微观结构的不同，陶瓷膜可分为对称陶瓷膜和非对称陶瓷膜。
一般一些孔径较小的微滤膜、以及陶瓷超滤膜和陶瓷纳滤膜均属于非对称结构。
无机膜
第二节 无机膜的制备方法
一、多孔无机膜的制备
2. 阳极氧化法 阳极氧化法是目前制备多孔A12O3功能薄膜的重要方法之一。 该法制得的膜孔径均一、同向、且几乎互相平行并垂直于膜表面， 这是其他方法难以达到的。 3. 相分离—沥滤法 4. 热分解法 5. 水热法 6. 其他方法 （1）放射粒子径迹刻蚀法 （2）聚合法
第二节 无机膜的制备方法
三、溶胶—凝胶法制备多孔无机陶瓷膜
溶胶—凝胶法操作简单,过程易于控制,是制备无机陶瓷膜最常 使用的方法, 已经广泛应用于Al2O3 、SiO2 、TiO2 、ZrO2 及其复合 膜等无机陶瓷膜的制备中,并取得了一系列的成果。但是溶胶—凝胶 法制备无机陶瓷膜多以有机醇盐为先驱体,存在着成本较高的问题; 另外制得的膜较脆,因而提高其韧性是另一个需要解决的问题。随着 科学技术的发展,相信这些问题会逐步得到解决的。 就溶胶—凝胶法而言,进一步探索新的成膜工艺,从结构设计角 度出发,用同样的材料研制出更薄、孔径更小、孔径分布更窄的高效 分离膜是其发展的一个重要方向。另外,应用有机模板技术的自身特 点比如有机模板的种类很多,可以根据不同的性能要求选择不同的模 板,因而同样值得关注。
第一节 概述
二、无机膜的分类
无机膜就其表层结构可分 为多孔膜和致密膜两大类。 见表13-1。
无机膜 多孔金属膜 致密膜 致密金属膜 Pd及Pd合金膜 Ag及Ag合金膜 氧化锆膜 致密的固体电解质膜 复合固体氧化物膜 致密的"液体充实固定化"多孔载体膜 动态原位形成的致密膜 多孔不锈钢膜 多孔Ti膜，Ni膜 多孔Ag膜，Pd膜 Al2 O3膜 多孔膜 多孔陶瓷膜 SiO2膜 多孔玻璃膜 ZrO2膜 TiO2膜 分子筛膜（包括碳分子筛膜）
第二节 无机膜的制备方法
无机陶瓷膜与有机膜的区别
无机陶瓷膜的研究始于20世纪 40年代，80年代后期的研究取得了突破性的进展。
我国无机陶瓷膜和分离技术的研究起步较晚，但发展速度较快。
由于具有效率高，耐高温，运行可靠和化学稳定性好等一些列等优点，无机陶瓷膜技术的前景十分广阔。
无机陶瓷膜与高分子有机膜比较具有以下特点：a、无机陶瓷膜孔径分布窄，其分布呈正态分布，误差±10%内的孔径占80%以上，如0.05μm膜，0.049μm-0.051μm之间的膜孔径占所有膜孔径总数的80%，保证了所用膜处理效果的稳定性；这一点与有机膜有较大区别，有机膜一般是以截留分子量来表征膜孔径的，其孔径分布也一般以平均分布为主。
b、无机陶瓷膜的孔隙率高，达35%-40%，保证了高的膜通量；c、无机陶瓷膜分离层结构更合理，分离层及支撑层共4层，孔径分别为5-10、1.0、0.6、0.2μm，形成了真正意义上的梯度膜或称不对称膜，提高了膜的抗污染能力，起分离作用的分离层更薄，为20μm厚，膜清洗也更简单方便；而有机膜一般均为对称膜，抗污染能力差，进膜需经过严格的预处理；d、无机陶瓷膜的强度大，膜层最高可耐压16bar，支撑体最高可耐压30bar，不易损坏，保证了使用膜处理时的效果及处理质量的稳定性；e、无机陶瓷膜高绝缘性能；f、无机陶瓷膜的使用寿命长，一般在5年以上，而有机膜的一般使用寿命为3~6个月；g、无机陶瓷膜的化学稳定性（pH使用范围为0~14）和热稳定性（最高可达400℃）均优于有机膜，可使用强酸、强碱和强氧化剂作为清洗剂，清洗再生更方便容易；并可直接进行蒸气杀菌。
而有机膜一般均不能在高温、强碱或强酸、强氧化剂条件下运行。
从国内外文献表明，在造纸废液处理过程中使用膜均要使用强氧化剂双氧水或次氯酸钠进行清洗，而有机膜最怕的就是与强氧化剂接触，而且一般要求在停机24小时以上时要将有机膜浸泡在1%亚硫酸氢钠溶液（还原剂）中保存，以防止空气氧化；同时陶瓷膜的亲水性也强于大多数的有机膜，这就保证了陶瓷膜在处理水时比有机膜更高的透水性能与单位面积的渗透通量。
水处理中常用的膜分离材料技术说明
水处理中常用的膜分离材料技术说明一、概述膜材料对于膜的分离性能及适用范围具有十分重要的影响。
用于制备膜的材料很多，主要分为有机膜材料与无机膜材料两类。
常用的有机膜材料有纤维素酯类、聚砜类、聚烯类、聚砜（PS）、聚醚砜（PES）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）等材料。
无机膜材料主要包括Al2O3、ZrO2、TiO2等金属氧化物以及Ag、Ni、Pb 等金属。
在对膜材料进行选择过程中，一般要具备以下几个方面的性能∶①化学稳定性好：所选用的膜材料应能耐酸、碱、有机溶剂等化学物质，在使用过程中不会与处理的对象发生化学反应，导致其结构的破坏，从而影响处理效果。
②高力学强度：膜材料应具有较高的力学强度和良好的韧性，能够承受一定的操作压力，能够满足膜反冲洗的需要。
③抗污染性能强：在运行过程中，膜材料本身应具有一定的抗污染性能，不易发生结垢、微生物侵蚀、微生物膜生长等膜污染现象。
④制造简单、成本低廉：膜材料的加工制造过程应易于实现工业化应用，并且生产的原料充足、生产成本低廉。
二、有机膜材料在水处理领域，常用的有机膜材料如表3-2所示。
（1）纤维素酯类纤维素材料广泛应用于超滤膜、纳滤膜、反渗透膜等膜的制造。
纤维素是资源丰富的天然高分子材料，由于材料本身分子量较大，不易加工，因此必须对其进行化学改性。
其中最常用的纤维素衍生物有纤维素酯类，包括二醋酸纤维素（CA）、三醋酸纤维素（CTA）、硝酸纤维素（CN）、混合纤维素（CN-CA）和乙基纤维素（EC）等。
此类材料具有亲水性强、成孔性好、来源广泛、价格低廉等优点。
醋酸纤维素一般由纤维素与醋酸酐、醋酸的乙酰化反应制得，其来源广泛、价格便宜，耐游离氯，耐污性能好，热稳定性也较好，耐热温度为75℃，耐热压灭菌（180℃），但其pH适用范围窄，一般为3～7。
该类型膜材料适用于烃类过滤和低级醇类过滤等，主要用于无菌过滤及检验分析等。
硝酸纤维素（CN）是由纤维素经硝化制得，可与醋酸纤维素混合使用以增强其强度。
膜材料有哪些
膜材料有哪些膜材料是一种在化工、医药、食品、环保等领域广泛应用的材料，其种类繁多，具有不同的特性和用途。
在工业生产和科研实验中，选择合适的膜材料对于提高生产效率和实验准确性至关重要。
下面将介绍一些常见的膜材料及其特点。
一、聚合物膜材料。
聚合物膜材料是指由聚合物化合物制成的薄膜材料，具有良好的柔韧性和化学稳定性。
常见的聚合物膜材料包括聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚氯乙烯膜等。
这些膜材料具有良好的隔离性能，可用于水处理、气体分离、电池隔膜等领域。
二、无机膜材料。
无机膜材料是指以无机物质为主要成分制成的薄膜材料，具有优异的热稳定性和机械强度。
常见的无机膜材料包括氧化铝膜、氧化硅膜、氧化锆膜等。
这些膜材料具有良好的高温耐受性和化学稳定性，可用于高温气体分离、催化反应载体等领域。
三、复合膜材料。
复合膜材料是指由两种或两种以上不同材料组成的复合薄膜材料，具有多种材料的优点。
常见的复合膜材料包括聚酰胺薄膜、聚醚薄膜、聚酯薄膜等。
这些膜材料具有良好的物理性能和化学性能，可用于食品包装、医用敷料、电子产品等领域。
四、生物膜材料。
生物膜材料是指以天然生物高分子物质为原料制成的薄膜材料，具有良好的生物相容性和可降解性。
常见的生物膜材料包括明胶膜、壳聚糖膜、蛋白质膜等。
这些膜材料具有良好的生物相容性，可用于药物缓释、组织工程、医用敷料等领域。
综上所述，膜材料种类繁多，每种膜材料都具有独特的特性和用途。
在实际应用中，需要根据具体的需求选择合适的膜材料，以发挥其最大的作用。
随着科技的不断进步，相信膜材料在未来会有更广阔的应用前景。
有机膜和无机膜处理含硫采出水对比试验研究
第29卷第2期长春大学学报Vol．29No．22019年2月JOUＲNAL OF CHANGCHUN UNIVEＲSITY Feb．2019收稿日期：2018－12－20作者简介：王庆吉（1982－），男，黑龙江大庆人，高级工程师，硕士，主要从事油田水处理及固废处理与设计方面研究。
有机膜和无机膜处理含硫采出水对比试验研究王庆吉（大庆油田建设设计研究院，黑龙江大庆163712）摘要：针对某油田外围特低渗透区块，进行了含油污水有机膜和无机膜的现场试验，从处理效果、通量衰减、再生周期等方面进行了对比分析，结果表明：当来水油含量＜132mg /L ，悬浮固体含量＜34．7mg /L ，硫化物含量＜32．8mg /L 时，经过“预处理—PVC 中空纤维有机膜”处理后（投加10 40mg /L 药剂），出水含油量平均值＜0．6mg /L 以下，悬浮固体含量平均值＜0．9mg /L ，粒径中值平均值＜0．9μm ，硫化物含量＜1．2mg /L ，运行平稳达标。
关键词：油田低渗透区块；有机膜；无机膜；现场试验中图分类号：TQ028．8文献标志码：A 文章编号：1009－3907（2019）02－0013－05目前，油田主要采用粒状颗粒滤料进行油水沉降分离后剩余含油和悬浮固体的去除［1］，以便达到油田要求的不同渗透率油层的回注水水质控制指标，但是，外围特低渗透油田依靠粒状颗粒滤料过滤的出水水质［2］，无法达到油田要求的特低渗透率油层回注水水质控制指标（Q /SY DQ 0605—2000特低渗透油层要求：含油量≤5mg /L ，悬浮固体≤1mg /L ，粒径中值≤1．0μm ）［3］。
因此，需要优选适合油田采出水处理精细过滤技术，即膜处理技术，以确保处理后的水质能够达到特低渗透率油层要求回注水水质控制指标［4-5］。
1特低渗透区块水质特性分析油田外围某区块每年的4 10月份，由于压裂作业返排废水、钻关泄压废水等作业废水的加入，使得急需处理的含油污水水量变大且水质变差，主要表现为含硫量高且悬浮固体增加，尤其是絮状物及细小颗粒增加，此时含油量为185．6 406．7mg /l ；悬浮固体为22．87 42．93mg /l ；硫化物为30．9 44．2mg /l ，总铁含量为0．52 1．75mg /l ；矿化度为4063 6041mg /l ，具体水质情况如表1所示。
有机膜与无机膜的比较
有机膜与无机膜的比较有机膜与无机膜的比较人们习惯根据膜元件的材质将人工合成的膜产品分为高分子聚合物膜——有机膜，和无机材料膜——无机膜。
有机膜的材质非常广泛，有纤维素衍生物类、聚砜类、聚酰胺类、聚酰亚胺类、聚酯类聚稀烃类、含硅聚合物、含氟聚合物等等。
无机膜分为多孔膜和致密膜两大类。
致密膜主要用于气相分离，多孔膜的孔径从5微米到2纳米甚至2纳米以下。
无机膜按照制膜材料区分又可分为金属膜、合金膜、陶瓷膜、高分子技术配合膜、分子筛复合膜、沸石膜、玻璃膜等，目前应用最广泛的是陶瓷膜。
有机膜以其取材广泛、单位膜面积制造成本低廉、膜组件装填密度大等等的优势，已经获得了非常广泛的应用，目前约占膜市场的85%左右。
由于材料关系陶瓷膜的缺点是膜元件和装置的造价较高，陶瓷材料脆性大，部分过程装置运行能耗相对较高。
但陶瓷膜同时具有耐高温、耐化学腐蚀、机械强度高、抗微生物能力强、渗透量大、恢复性能好、孔径分布窄和使用寿命长等技术特点。
尽管有机膜的制造成本比无机膜低，但无机膜在一些特定的应用场合仍有较大的竞争优势，主要表现在：<1>陶瓷膜的孔径分布窄，因而分离精度高，耐污染能力强，清洗恢复容易。
<2>陶瓷膜的机械强度高，热稳定性好，耐温耐压，能够更方便地引进辅助工艺如反冲、超声波和表面湍流强化等。
<3>陶瓷膜具有很好的化学稳定性，耐酸、耐碱性好，使用寿命长，在化工、能源、食品、生物工程和医药行业具有相当的优势。
<4>陶瓷膜大规模组件的负面放大效应很小，同时组件设计时材料的选择面更宽，在对材质很敏感的应用体系中有更好的适应性。
膜材料以及膜装备的选择一般从使用的综合成本上考虑。
膜分离仅是整个工艺流程中的一个单元，需要紧密结合流程特点，从整体上对相关单元的综合技术经济指标进行分析，才能做出正确的评价和选择。
膜是具有选择性分离功能的材料
膜是具有选择性分离功能的材料膜是具有选择性分离功能的材料。
利⽤膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程称作膜分离。
它与传统过滤的不同在于膜可以在分⼦范围内进⾏分离。
膜的孔径⼀般为微⽶级，依据其孔径的不同，可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜。
根据材料的不同可分为⽆机膜和有机膜：⽆机膜主要还只有微滤级别的膜，主要是陶瓷膜和⾦属膜。
有机膜是由⾼分⼦材料做成的，如醋酸纤维素、芳⾹族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等等。
膜技术在⽇常⽣活中也⽇益显⽰出它的重要作⽤和光明前景。
以饮⽤⽔为例，⾃从⼈们发现⾃来⽔含有三卤甲烷、农药、洗涤剂以及⾃来⽔管、⽔塔的⼆次污染后，就开始⽤反渗透膜制备纯净⽔。
但是由于纯净⽔制作成本较⾼，⽽且在去除⽔中有害物质的同时，也把对⼈体有益的⽆机盐剔除掉了。
于是，⼈们⼜⽤纯膜装置⽣产出具有矿泉⽔和纯净⽔两者优点的、具有⽣物活性的、可直接⽣饮的过滤⽔。
超滤膜技术既可除去⽔中病菌、病毒、热源、胶体、COD等有害物质，⼜可透析对⼈体有益的⽆机盐，已⼴泛应⽤于⽜奶脱脂、果汁浓缩、黄酒纯化、⽩酒陈化、啤酒除菌、味精提纯、蔗糠脱⾊、氨基酸浓缩、酱油除菌等⽣产中，⽽且还⼴泛应⽤于医疗针剂⽔、输液⽔、洗瓶⽔、外科⼿术洗洁⽔的制备。
因其克服了蒸馏⽔中含有细菌⼫体的缺点，且具有⽣物活性，所以更有利于病⼈恢复健康⽽备受医学界推崇。
富氧膜以其分离⽓体的特殊功能，产⽣富氧空⽓，⽬前⼴泛应⽤于医院、养鱼场、⼯业发酵与氧化等场所，尤其在⾼⼭缺氧地区特别需要。
膜技术正在把我们的⽣活带⼊⼀个更新的时代。
膜技术应⽤点1.电⼒；2.电⼦，贵重⾦属回收；3.化⼯医药，精制纯化；4.轻⼯；5.⽣物；6.⾷品饮料，浓缩纯化回收；7.市政，景观⼯程；8.环保等⾏业。
膜技术的应⽤范围⼴、产业关联度⼤。
有机玻璃、无机玻璃和钢化玻璃的区别
1、有机玻璃1927年，德国罗姆－哈斯公司的化学家在两块玻璃板之间将丙烯酸酯加热，丙烯酸酯发生聚合反应，生成了粘性的橡胶状夹层，可用作防破碎的安全玻璃。
当他们用同样的方法使甲基丙烯酸甲酯聚合时，得到了透明度既好，其他性能也良好的有机玻璃板，它就是聚甲基丙烯酸甲酯。
有机玻璃的特性①高度透明性。
有机玻璃是目前最优良的高分子透明材料，透光率达到92％，比玻璃的透光度高。
称为人造小太阳的太阳灯的灯管是石英做的，这是因为石英能完全透过紫外线。
普通玻璃只能透过0.6％的紫外线，但有机玻璃却能透过73％。
②机械强度高。
有机玻璃的相对分子质量大约为200万，是长链的高分子化合物，而且形成分子的链很柔软，因此，有机玻璃的强度比较高，抗拉伸和抗冲击的能力比普通玻璃高7～18倍。
有一种经过加热和拉伸处理过的有机玻璃，其中的分子链段排列得非常有次序，使材料的韧性有显著提高。
用钉子钉进这种有机玻璃，即使钉子穿透了，有机玻璃上也不产生裂纹。
这种有机玻璃被子弹击穿后同样不会破成碎片。
因此，拉伸处理的有机玻璃可用作防弹玻璃，也用作军用飞机上的座舱盖。
③重量轻。
有机玻璃的密度为1.18kg/dm3，同样大小的材料，其重量只有普通玻璃的一半，金属铝（属于轻金属）的43％。
④易于加工。
有机玻璃不但能用车床进行切削，钻床进行钻孔，而且能用丙酮、氯仿等粘结成各种形状的器具，也能用吹塑、注射、挤出等塑料成型的方法加工成大到飞机座舱盖，小到假牙和牙托等形形色色的制品。
2、普通玻璃玻璃是经熔融、冷却、固化而得到的非结晶硅酸盐类非金属材料。
它的结构在原子、分子范围内有一定规则(近程有序)，但在宏观范围却又没有规则(远程无序)。
性脆，透光性好，化学稳定性好，易加工成各种器皿、平板、艺术品等。
广泛应用在建筑、化工及日常生活中。
3、钢化玻璃钢化玻璃是将普通退火玻璃先切割成要求尺寸，然后加热到接近的软化点，再进行快速均匀的冷却而得到。
钢化处理后玻璃表面形成均匀压应力，而内部则形成张应力，使玻璃的抗弯和抗冲击强度得以提高。
无机膜与有机膜分离技术应用特性比较研究
1972 难溶解、难生物降解的大分子污染物质
污水处理（工业规模）
8 无机膜气体分离(GS) 美国
1979
较大的杂质成分及物质组分
氢气回收（工业规模）
9 无机超滤、微滤膜 欧美国家 1980 分离难降解大分子物质及物料提纯、浓缩 水质处理及食品业（工业规模）
10 无机膜催化反应
美国
1980 催化降解水中有机物，脱氢、加氢和氧化反应等
气体混合物分离（工业规模）
4
渗析（D）
荷兰
1950 ＞0.02 μm 截留，血液渗析中（＞0.05 μm）
人工肾（实验室规模）
5
电渗析（ED）
美国
1955
透过组分中的大离子和水
脱盐（工业规模）
6
反渗透（RO）
美国
1960
0.1~1 nm 小分子无机盐
海水淡化（工业规模）
7 膜生物反应器(MBR) 美国
合物等成膜材料。无机膜（inorganic membrane）是指以 金属、金属氧化物、陶瓷、沸石、多孔玻璃等无机材料为 分离介质制成的半透膜，常用材料包括 Al2O3、ZrO2、 TiO2、SiO2、SiC 等[6]。 1.2 技术背景与起源
有机膜与无机膜
膜技术的发展与应用摘要：分离技术的发展与人类的生产实践密切相关, 伴随着生产力的发展, 科学技术的进步, 分离的方法也从简到繁, 从低级到高级, 工艺从一种方法到多种联用。
已由过去简单的蒸馏分离技术发展到现在复杂的超临界萃取技术, 膜分离技术等。
膜分离技术作为新型高科技分离技术之一, 倍受众多工业的关注。
目前已广泛应用于化学工业，水处理，食品及生化工业，纺织及制革工业，造纸工业，医药工业等多个领域。
本通过查阅了大量文献，本文先总述了，国内外膜的发展情况。
然后叙述无机膜在国内外的发展情况，并将有机膜与无机膜多方面的性能，特点进行比较，着重讨论了无机膜的发展与应用。
关键词：膜分离，发展，应用，性能，特点，比较，展望。
膜发展史：膜分离现象的揭示可以追溯到200多年以前。
1748年阿培诺来发现动物膀胧里充满酒精，然后浸入水中，膀耽就逐渐胀大，甚至破裂。
相反，膀脱中充满水，再把它浸入酒精中，则情况相反，膀肤中的水会向外渗透，膀胧约缩。
还发现，凡是和膀脱同类性质的薄膜，都具有这种渗透功能。
又经过100多年，于1886年范托夫从现象提高到理论，归纳了渗透第一定律和渗透第二定律。
但膜分离技术在工业上获得重要应用并取得高速发展却是近四、五十年的事。
膜分离的关键是膜材料。
根据成膜材料不同，膜技术可分为有机膜和无机膜两大类，其中，有机膜也称为高分子分离膜。
膜分离技术发展大致可分为3 个阶段：——50 年代, 奠定基础的阶段；——60 年代～80 年代, 发展阶段；——90 年代～至今, 发展深化阶段：国外发展情况：前苏联研究膜工艺起始于60年代，大量的研究报告发表于70年代，当时已经具有相当规模。
推算起来，起步与我国差不多时候，但科研进展比较快，结合实际，应用面宽，见效快。
在工业生产中它已应用于食品、医药、生物工程、炼油、化工、冶金、半导体、宇航等部门的气体和液体的净化、提纯、分离与浓缩，用于核电站处理放射性同位素废液。
膜反应与膜反应器
膜反应与膜反应器陈冬冬 61、膜及无机膜简介膜是能起分隔和透过双重作用的一道障碍物。
膜的最大特点是它的渗透选择性, 能够选择性地透过混合物中的一些组分, 或者至少是改变流体的组成。
渗透的驱动力可以是压力, 浓度或电势差。
自从六十年代膜分离技术工业化以来, 膜在海水淡化, 食品加工, 气体分离, 采矿,电镀, 纸浆工业废水处理, 碳氢化合物分离及生化等重要过程中一直担当主角。
膜分离技术与其它工艺相比, 拥有许多优点。
它一般不涉及相变, 节省能量, 具有高分离性能等。
随着膜技术的不断开拓与发展, 人们发现在许多科学技术领域, 膜的应用都有很大的潜在市场。
有机膜的热稳定性, 化学稳定性和刚性的不足限制了它在苛刻条件下的应用。
目前, 无机膜在膜领域的市场份额正在逐年增加, 有很多前沿性的问题等待着人们去研究, 很多高新技术等待着人们去开发推广, 这是一个有着广阔发展前景的领域。
无机膜的研究和应用始于20世纪40年代，其发展可分为3个阶段：20世纪40年代至70年代，主要是用于核原料铀同位素的分离，在核工业上的应用阶段；20世纪80年代至90年代，主要用于水质处理、乳制品、饮料等工业的液体分离应用阶段，特别是80年代中期溶胶一凝胶技术的出现，将无机膜的研究与应用推向一个新的高潮；20世纪90年代以后，无机膜的研究与应用进入了第三个阶段，即以气体分离应用为主和陶瓷膜分离器一反应器组合构件的研究阶段，是以膜催化反应为核心的全面发展时期。
2、无机膜反应器无机膜除了可以如前所述用于纯粹的分离以外, 还可以与催化反应结合起来, 组成催化无机膜反应器。
这是一个新的研究领域, 已经引起很多研究者的兴趣。
膜反应器是反应—分离一体化的新型反应器,由于它具有比常规反应器高得多的生产效率,所以自它出现以来就受到技术界高度重视,并被认为是常规反应器最有希望的换代技术。
膜反应器是膜分离与催化技术结合而成的新型反应器。
它特别适合于平衡转化率低的可逆反应，当生成物的一部分或者全部通过分离膜除去后,有利于平衡向生成物的方向移动,从而提高反应的转化率。
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膜生物反应器的材料分为有机膜和无机膜两种。
膜生物反应器曾遍采用有机膜，常用的膜材料为聚乙烯、聚丙烯等。
分离式膜生物反应器通常采用超滤膜组件，截留分子量一般在230万。
膜生物反应器截留分子量越大，初始膜通量越大，但长期运行膜通量未必越大。
当膜选定后，其物化性质也就确定了，因此，操作方式就成为影响膜生物反应器膜污染的主要因素。
不仅污泥浓度、混合液粘度等影响膜通量，混合液本身的过滤性能，如活性污泥性状、生物相也影响膜生物反应器膜通量的衰减。
有研究表明：粉末活性炭（PAC）与絮凝剂的加入有助于改善泥水分离性能，形成体积更大、粘性更小的污泥絮体，减少了膜堵塞的机会。
但絮凝剂的过量加人会造成污泥活性受到限制，影响反应器的处理能力和处理效果。
改善膜面附近料液的流体力学条件，如提高流体的进水流速，减少浓差极化，使被截留的溶质及时被带走。
分离式膜生物反应器中，一般均采用错流过滤的方式；而一体式膜生物反应器实质上是一种死端过滤方式。
与死端过滤相比，错流过滤更有助于防止膜面沉积污染。
因此设计合理的流道结构，提高膜间液体上升流速，使较大的暖气量起到了冲刷膜表面的错流过滤效果对于淹没式膜生物反应器显得尤为重要。
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超滤法的分离原理
超滤法的分离原理超滤法是一种常用的膜分离技术，主要基于膜的分子筛选作用实现物质的分离。
其分离原理可以概括为：根据溶质分子或粒子在膜上的尺寸大小和形状的不同，通过超滤膜的筛选作用，使得溶质分子或粒子与溶剂分子分离。
超滤膜是由一系列多孔性材料构成的，可以分为有机膜和无机膜两种。
有机膜一般是由聚酯、聚酰胺、聚砜等材料制成，具有良好的生物相容性和化学稳定性；无机膜则是由陶瓷、金属等材料制成，具有较高的机械强度和耐温性能。
超滤过程中，通过施加一定的压力，将溶液或悬浮液从膜的一侧通过，而使分子量较大的溶质和悬浮物截留在膜上，而较小的溶质和溶剂则通过膜孔径进入膜的另一侧，从而实现了溶质的分离。
超滤膜的孔径一般在0.001μm至0.1μm之间，能够截留分子量较大的溶质、胶体颗粒和微生物等，保留分子量较小的物质。
超滤法的分离效果主要受到以下几个因素的影响：1.膜的孔径：膜的孔径决定了溶质的分离能力，孔径越小，分离效果越好。
因此，选择合适的膜孔径对于实现特定溶质的有效分离至关重要。
2.施加的压力：超滤过程中施加的压力越大，溶质通过膜的速率越快，但压力也不能过大，以免对膜造成损害。
因此，需要根据不同的分离物质和膜材料选择适宜的压力条件。
3.溶液的浓度：溶液中的溶质浓度越高，溶质分子间的相互作用力越大，对膜的渗透作用也越大。
因此，在超滤过程中需要控制好溶液的浓度，以保证分离效果。
4.操作条件：超滤过程中的操作条件，如温度、PH值等也会影响分离效果。
一般情况下，较高的温度和适宜的PH值有助于提高分离效果。
超滤法的分离原理使其在许多领域中得到广泛应用。
例如，在食品工业中，可以利用超滤法去除乳制品中的脂肪和蛋白质，得到低脂或去脂的乳制品；在环保领域中，可以通过超滤法处理废水，去除其中的悬浮物和有机物，实现水的净化和回收利用；在制药领域中，可以利用超滤法从发酵液中分离和纯化目标产物。
超滤法是一种简单有效的分离技术，基于膜的筛选作用实现物质的分离。
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8、其他性能比较
• 在装填密度和占地面积大小方面，有机膜具有较 为显著的优势，尤其是常见的平板式膜、卷式膜、 中空纤维膜等，装填密度范围可达到500~30000 m2/m3。但无机膜在这方面就逊色了。对于已达到 使用寿命或失去分离功能的离子交换膜、反渗透 膜等有机膜元件，国内已有研究者在废弃膜材料 回用或高等级膜的低端化应用方面进行研发和市 场开拓。关于废弃无机膜的回用尚未见到相关报 道。
（3）膜组件及流道设计和优化
• 通过改变进料液的流动状态形成良好的操 作条件、改善膜分离效率和减小膜过程污 染，常采用自然对流、紊流、脉冲流、螺 旋流等流动状态部分有机膜类型（如板式 膜、中空纤维膜）在设计动态膜结构、改 变流道形状和加设激湍构件时存在困难， 而管式陶瓷膜却非常适合组件和流道方面 的优化设计。
• 综合起来，我国膜技术发展的趋势应该往 以下3方面发展： • (1)开发新型高通量无机膜(如金属膜); • (2)进行有机膜的改性,以提高通量及抗污 损性能; • (3)制造有机-无机混合膜,使之兼具有机膜 及无机膜的长处。
2、应用领域
• 膜分离技术广泛应用于石油化工生物医药食 品加工和环保工程等众多领域，但由于膜特性的 区别，有机膜适用范围往往局限于浓度较低或微 污染等相对简单的反应体系中当原料体系具有强 酸强碱强腐蚀性高温及高浓度有机溶剂的污染特 征时，有机膜易发生膜孔堵塞且难以恢复，与高 腐蚀性物料通过化学反应会大幅度缩减使用寿命， 溶于有机废液后还将引入二次污染问题。
• 膜分离的关键是膜材料。根据成膜材料不 同，膜技术可分为有机膜和无机膜两大类， 其中，有机膜也称为高分子分离膜。 • 国际上无机膜的研制起始于20世纪40年代， 在上世纪上半叶，高分子膜和电渗析膜的 研发应用占据很大比重，而无机膜主要用 于早期核工业燃料铀的浓缩工艺。至上世 纪80年代才由于其独特性能得以在更广泛 的领域发展起来。
7、膜再生和清洗方法比较
• 膜的使用寿命不仅指膜的微观形貌和机械构造保 持完好，更重要的是指膜的有效过滤时间。膜再 生和清洗方法基本可分为物理清洗和化学清洗两 大类，前者包括正反双向清洗、气液混洗、脉冲 清洗、静置浸泡、机械刮除等，后者涉及的清洗 剂包括强酸、强碱、有机酸、表面活性剂、强氧 化剂、配位剂和酶清洗剂等，不同种类的清洗剂 具有相应的去除机理和作用效果。无机膜在强化 学清洗的条件下通常可以达到70%~90%的再生效率， 而有机膜需根据膜材料的耐受能力选择适当强度 的清洗剂和清洗方式。
• 反观无机膜分离技术，无机膜系统具有较 高的膜渗透通量及分离效率，在受到高浓 度物料污染后可采用多种化学清洗剂进行 正向清洗和反向脉冲在线清洗，或进行高 温消毒清除生物型污染物，同时具备回收 酸碱高腐蚀性物料表面活性剂重金属离子 以及热能的功能特点，可显著降低资源和 能源消耗。
3、过滤方式
• 膜工艺过滤方式基本可分为死端过滤和错 流过滤。 • 由于错流过滤操作比膜过滤消耗更多的单 位滤液能耗，较高的膜面流速会在一定程 度上消减膜污染程度，且无机膜往往具备 更高的过滤操作压力和反冲洗压力，所以 无机膜过滤效果会好一点。
• 1、材质特点
• 根据相似相容原理，一般的有机膜材料与大多数 有机溶剂有机污染物等均具有非极性或弱极性特 点，这就造成未经改性处理的有机膜易受到有机 料液和化学试剂吸附侵蚀甚至溶解，影响到膜抗 污能力分离效果和适用范围，降低使用寿命 。虽 然随着有机膜制备技术的不断改进，多种工程高 分子膜表现出非疏水性或亲水性，对反应体系污 染程度和pH值等具有较宽的适应范围。但是，仍 无法比拟无机膜。
6、膜污染控制方法比较
• （1）原料液预处理 • 无机膜对原料液进行预处理的目的在于去 除大粒径悬浮物和硬性颗粒，使微小悬浮 物和溶解性污染物生成易碎而无黏聚力的 絮凝物，而有机膜预防污染的特殊性在于 防止膜的生物性劣化防止料液温度和pH值 超出适当范围等。
（2）膜面改性与修饰
• 通过采取各种方法形成亲水性的聚合物表面，削 弱膜表面结构对蛋白质、油类、菌体等污染物的 吸附作用。在无机膜领域，一方面选用TiO2、 ZrO2等具有催化活性和亲水特质的成膜改性材料 提高膜分离性能，另一方面无机膜表面的官能团 可与其他官能团、高分子链接或反应而得到修饰； 与无机膜面改性不同的是，高能射线辐射接枝可 通过紫外光、等离子体使有机膜分子发生氧化、 刻蚀、裂解、交联等作用，在不改变截流率的条 件下增加膜透水性和耐污染性能。
• 与有机膜相比，无机膜的材质特点及优良性能主 要体现在： • （1）优良的化学稳定性；（2）温度适用范围广； （3）耐污染能力强，由于无机材料具有较强极性， 使油类蛋白等非极性污染物对膜表面与膜孔内部 的粘附功较小；（4）机械强度高，更适用于高黏 度高固含量含硬性颗粒的复杂流体物料的分离， 对物料的预处理要求相对较低；（5）分离效率高， 孔径分布窄和非对称膜结构可显著提高对特征污 染物或特定分子量范围溶质的去除率；（6）易于 实现膜再生，无机膜元件使用寿命长达有机高分 子膜的3~5倍以上。
• 在膜清洗操作条件方面，两大类膜有所区别并由 此导致对膜清洗效果产生不同程度的影响。无机 膜的高机械强度使其可采用较高的跨膜压差（TMP） 进行膜清洗，有研究表明，TMP在一定范围内升高 会使膜通量随之增加，但过高的TMP使得膜面污染 层受渗透曳力压缩而致密，继而造成渗透通量下 降。有机膜清洗应在较低的操作压力（0.1 MPa左 右）下进行，以免引起膜丝断裂等膜结构损坏。 作为无机膜清洗独特的方法之一，热清洗（可达 130 ℃ ）甚至高温灼烧（可耐250 ℃ ）可以对膜 面附着的细菌、蛋白等生物质型污染物进行彻底 消毒和清除，但应考虑膜组件密封材料的耐热性 能和受热形变匹配等问题。
• 解体前的苏联十分重视无机刚性膜的开发 与研究，它有着广阔的开发前景。当时有 学者预言，虽然它的制造成本要比目前常 用的高分子膜贵2~4倍，但未来的无机膜将 取代大部分有机高分子聚合膜。这是膜材 料的发展趋势。也可以称无机膜为“未来 膜”，这是因为无机膜具有有高分子膜无 法比拟的优点。
Байду номын сангаас
二、无机膜与有机膜的一些性能比较
三、小结
• 由以上的比较可知，无机膜有它更多有机 膜不具备的特点。目前，国际上的无机膜 技术产业已初具规模，随着无机膜在新的 领域（如燃料电池膜催化反应器）中的应 用，市场份额必然会有所增加。世界各国 都对无机膜的研究及应用技术开发给予了 很大的重视，将其作为一门新兴的高技术 前沿学科进行研究。
• 随着催化、生物技术在解决全球经济可持续发展中发挥着 越来越重要的作用，尤其是对环境生态保护、高效能源与 资源优化利用及改善人类健康与生活质量的重大作用，无 机膜技术的研究将会受到更广泛的重视,并在更多领域得 到应用。当然随着膜技术的发展，高分子有机膜有它可观 的一面，如在水处理领域的应用也越来越广泛。但是有时 单一高分子聚合物物制成的膜材料往往难以满足分离的要 求，需要对聚合物进行改性处理，使所制备膜材料具有优 良的性能。可以通过无机共混改性，有机与无机材料优势 互补，来提高改性膜的性能，提高膜的机械强度等，通过 有机共混改性，使两相体系（部分相容）共混物的性能有 可能超出（甚至大大超出）各组分单独存在时的性能共混 对化学稳定性的影响，通过加入有机物进行共混改性以提 高稳定性等性能。
无机膜与有机膜
杨彬彬
一、膜的发展史
• 膜分离现象的揭示可以追溯到200多年以前。 1748年阿培诺来发现动物膀胱里充满酒精，然后 浸入水中，膀胱就逐渐胀大，甚至破裂。相反， 膀胱中充满水，再把它浸入酒精中，则情况相反， 膀胱中的水会向外渗透，膀胱收缩。还发现，凡 是和膀胱同类性质的薄膜，都具有这种渗透功能。 又经过100多年，于1886年范特荷甫从现象提高到 理论，归纳了范特荷甫渗透定律（对稀溶液来说， 渗透压与溶液的浓度和温度成正比，它的比例常 数就是气体状态方程式中的常数R ）。但膜分离 技术在工业上获得重要应用并取得高速发展却是 近四、五十年的事。
5、膜的保存条件
• 保存条件是影响膜元件使用寿命的重要因素之一， 无机膜和有机膜在保养方法上存在较大差异。无 机陶瓷膜管应进行干态保存，放置在阴凉干燥通 风的环境中，在保存及运输过程中应防止碰撞有 机膜可进行湿法保存和干法保存，主要目的是防 止膜水解、微生物滋生及膜收缩变形等。相比较 而言，无机膜保存方式较为简便，不会受到膜体 水解微生物侵蚀等危害，而有机膜对存储温度、 相对湿度、pH值以及湿膜转为干法保存的处理方 法均具有较严格的要求。
• 经过50多年的发展，我国膜产业已经步入 快速成长期。超滤、微滤、反渗透等膜技 术在能源电力、有色冶金、海水淡化、给 水处理、污水回用及医药食品等领域的工 程应用规模迅速扩大，多个具有标志性意 义的大型膜法给水工程、污水回用工程及 海水淡化工程已经相继建成。我国膜产业 总产值已经从1994年2亿元上升到2011年近 400亿元。
4、经济成本
• 从投资成本来看，相同处理规模的国产无机膜比 国产有机膜造价偏高，但考虑到无机膜在苛刻处 理条件下的广泛适用性及更长的使用寿命，故国 产无机膜在投资成本方面与国产有机膜相差不多。 对于膜系统运行成本，由于错流过滤操作比死端 过滤消耗更多的单位滤液能耗，较高的膜面流速 会在一定程度上消减膜污染程度，且无机膜往往 具备更高的过滤操作压力和反冲洗压力，因此， 无机膜系统的单位处理成本一般不低于或略高于 有机膜分离系统。