膜评价

超滤膜性能评价
在膜分离过程如微滤、超滤、反渗透、电渗析及气体膜分离中，超滤应用最为广泛，也最为成熟。

故本文以超滤膜为例，简单总结了膜性能评价的相关知识。

超滤膜是由高分子材料制成的均匀连续体，纯物理方法过滤，物质在分离过程中不发生质的变化。

并且在使用过程中不会有任何杂质脱落，保证超滤液的纯净。

1膜评价内容及其必要性
针对一个超滤膜性能，如何评价它，是我们要关注的问题。

有很多的技术指标从不同的角度来衡量和评价一个超滤系统中超滤膜的性能，现选取部分定义如下。

1.1 泡点测试（Bubble point test，BP）
泡点是用来测试监控膜性能及膜组件完整性的一种常用方法，泡点是指膜完全浸润并浸泡在液体中，从膜的一边加以一定压力的气体，从膜的另一边开始出现连续气泡时的最低压力。

泡点测试也常常被用来检测膜的最大孔径。

1.2 错流过滤（cross-flow filtration）
指进水平行膜表面流动，透水垂直于进水流动方向透过膜，被截留物质富集于剩余水中，沿进水流动方向排出组件，返回进水箱，与原水合并循环返回超滤系统。

循环水量越大，错流切速越高，膜表面截留物质覆盖层越薄，膜的污堵越轻。

1.3 死端（全流）过滤（Dead-end filtration）
指原料以垂直膜表面的方式透过膜流动，并全部透过膜得产水，水中的污染物被膜截留而沉积于膜表面。

1.4 原水feed
进入超滤系统的液体，还没有透过超滤膜。

1.5 超滤（Ultra-filtration，UF）
液体通过超滤膜将其中的固体颗粒以及不同粒径的物质截留分离的过程。

1.6 透量/通量（Flux），一般用来表示水等液体透过膜的速率，通常表示为每平米膜过滤面积每小时透过水等液体的体积。

1.7 污染（Fouling）
被膜截留而沉积在膜表面的固体物质。

污染常常导致膜透量的衰减。

通常需要采用化学清洗的方法清除膜表面的污染物，恢复膜的透量。

1.8 疏水性（憎水性）（Hydrophobic）
膜材料的对水的排斥特性，疏水性膜材料具有很低的吸水性能，因此在表面水常成颗粒状。

1.9 亲水性（Hydrophilic）
亲水性膜材料对水有较强的吸引力，它们的表面很自然的具有润湿的化学特性。

1.10 跨（透）膜压差（Trans-membrane Pressure，TMP）
表示水透过膜的实际所需的驱动压力，计算为原水侧的平均压力与产水侧平均压力的差，即：跨膜压差=（P进+P浓）/2-P产。

1.11 透膜流量（Trans-membrane flow，TMF）
证明膜流量特性的单位。

定义为液体在一定时间内透过膜的初始体积，与膜的过滤面积和跨膜压差相关，一般表述单位为：ml/min cm2 bar
1.12 切割分子量（Molecular Weight Cut Off）
超滤膜的孔径通常用它截留物质的分子量大小来定义，将能截留90%的物质的分子量为膜的切割分子量。

通常用典型的已知分子量的球形分子如葡萄糖、蔗糖、杆菌肽、肌红蛋白、胃蛋白酶、球蛋白等作基准物进行此种测定。

1.13 反洗（Back flush）
将超滤透过液从膜丝外侧（产水侧）在一定压力作用下流向膜丝内侧（原水侧）
1.14 浓差极化（Concentration Polarization）
引起被截留的悬浮物在膜表面聚集的现象。

通常提高膜丝表面液体的切向流速可以有效降低浓差极化的现象。

2测试方法
2.1水通量测试
在常温(15℃)和0.05 MPa下，用自制超滤系统和去离子水测定膜的水通量。

F=V/At
式中，F为水通量，m3/(m2·h)；V为去离子水透过量，m3；A为膜面积，m2；t为透过时间，h。

2.2聚乙二醇含量测试
聚乙二醇与Dragengoff试剂可以生成桔红色的络合物，用分光光度法测试溶液中聚乙二醇含量。

将已知分子量的聚乙二醇加入水中，使其通过超滤膜，测试超滤前后聚乙二醇溶液浓度变化，计算出超滤膜对该种分子量聚乙二醇的截留率。

2.3膜分离性能（截留率）测试
在不同浓度的氯化钠水溶液、1.6 MPa及25℃的条件下测试膜的分离性能，取3组平均值．脱盐率(R)和水通量(J w)分别按下式计算:
R=［1－(w P/w F)］×100% (1)
J w=V P/tS (2)
式中，w P，w F分别为透过液和进料液中NaCl的质量分数；V P为透过液体积(L)；t为时间(h)；S为膜面积(m2)。

2.4膜耐氯性能测试
将大小相同的膜片分别浸入活性氯浓度为1000，1500，2000，3000，5000，8000 mg/L的NaClO溶液中，浸泡1 h后取出，并用纯净水漂洗干净，再在2000 mg/L的氯化钠水溶液、1.6 MPa及25℃的条件下测试膜的脱盐率(R)和水通量(J w)。

2.5化学结构表征
采用扫描电子显微镜（SEM）表征膜表面和断面结构；用全反射傅里叶变换红外光谱仪(ATR-FTIR)和X射线光电子能谱仪(XPS)表征膜活性层化学结构。