膜的分类

膜的分类
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膜的分类
环境与资源学院0８级3
班
（一）膜的定义
所谓的膜,是指在一种流体相内或是在两种流体相之间有一层薄的凝聚相，它把流体相分隔为互不相通的两部分，并能使这两部分之间产生传质作用。

近年来，膜分离过程已逐渐成为化学工业、食品加工、废水处理、医药技术等方面的重要分离过程。

已经工业化的有微孔过滤、超滤、反渗透、电渗析和气体分离等,渗透汽化也在最近几年中速成了工业规模的装置。

膜分离与反应结合的过程，各种膜反应器的研究和应用也发展较快。

其他非
分离膜过程,如控制释放技术,医用人造膜和膜传感器等种类也不少,有的发展速度将超过膜分离过程。

(二)膜的特性
◆ 不管膜多薄, 它一定有两个界面。

这两个界面分别与两侧的流体相接触
◆ 膜传质有选择性,它可以使流体相中的一种或几种物质透过,而不允许其它物质透过。

（三)膜的分类方法
膜种类和功能繁多，分类方法有多种，大致可按膜的材料、结构、形状、分离机理、分离过程、孔径大小进行分类。

3．１ 按材料分类 无机膜和有机膜
(1) 有机膜
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
材料：有机膜、无机膜
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。

通过膜对油滴及悬浮粒子的有效截留，而达到油水分离的目的。

具有出水水质好、操作方便、占地面积小、不产生新的污泥等优点。

膜
渗透汽化有机膜电镜图
（2)无机膜
◆无机膜是固态膜的一种，它是由无机材料,如金属、金属氧化物、陶瓷、
沸石、无机高分子材料等制成的半透膜。

◆无机分离膜可以分为致密膜和多孔膜两类
◆按IUＰAＣ制定的标准·,多孔无机膜按孔
径范围可分为三大类，目前已经工业化的
无机膜均为粗孔膜和过滤膜
孔径>50 nm 粗孔膜
孔径2~50nm 过滤膜
孔径<2nm 微孔膜陶瓷膜净水器金属膜电阻
膜材料种类
高分子
有机膜
纤维素衍生物类
聚砜类
聚酰胺类
聚酰亚胺类
聚酯类
聚烯烃类
乙烯类聚合物
含硅聚合物
含氟聚合物
甲壳素类
无机膜
致密膜
多孔膜
致密的金属膜
致密的固体电解质膜
致密的”液体充实固体化“动态原位形成的致密膜
Pd膜及Pd合金膜
Ag膜及Ag合金膜
氧化锆膜
复合固体氧化膜
多孔负载膜
多孔金属膜，多孔不锈钢膜
多孔Ni膜，多孔Ag膜，多孔Pd膜，多孔Ti膜
多孔陶瓷膜，包括Al
2
O
3
膜，SiO
2
膜，ZrO
2
膜，TiO
2
膜
（多孔玻璃膜，分子筛膜，包括碳分子筛）
具体分类
◆目前,实用的有机高分子膜材料有：纤维素酯类、聚砜类、聚酰胺类及其他材料。

从品种来说，已有成百种以上的膜被制备出来，其中约4０多种已被用于工业和实验室中。

以日本为例,纤维素酯类膜占53％，聚砜膜占３3.3％，聚酰胺膜占11．7％,其他材料的膜占2％,可见纤维素酯类材料在膜材料中占主要地位。

３.２、按结构分类:对称膜(微孔膜、均质膜）、非对称膜、复合膜
(1）对称膜
膜的化学结构、物理结构在各个方向上是一致的，在所有方向上的孔隙率都相似，亦称各向同性
膜(ｉｓotｒｏｐｉc meｍbrａｎe)。

对称膜虽是各向同性的,但由于膜结构中对称元素的存在,也可以是
各向异性的，如中空纤维的径向各向异性膜,其他构型的横向各向异性膜和双皮层中空纤维膜都是对称
膜
（2)非对膜
当前使用最多的膜具有精密的非对称结构。

这种膜具有物质分离最基本的两种性质,即高传质速率和良好的机械强度。

它有很薄的表层（０.1~1μm)和多孔支撑层(100～200μm），
这非常薄的表层为活性膜,其孔径和表皮的性质决定了分离特性,而厚度主要决定传递速度。

多孔的支撑层只起支撑作用,对分离特性和传递速度影响很小，非对称膜除了高透过速度外，还有另一优点,即被脱除的物质大都在其表面，易于清除,
（3)复合膜
◆复合膜或称“薄膜复合”的膜（ｔｈin—film ｃomposiｔe memｂrane),是当前发展快、研究最多的膜。

它最早用于反渗透过程;现已用于气体分离、渗透汽化等膜分离过程。

这种膜的选择性膜层（或称活性膜层)沉积于具有微孔的底膜（支撑层)表面上，就像非对称性膜的连续性表皮，只是表层与底层是不同的材料,而非对称膜是同一种材料。

◆复合膜的性能不仅取决于有选择性的表面薄层，而且受微孔支撑材料、结构、孔径、孔分布和多孔率的影响；多孔膜结构的孔隙率愈高愈好，可使膜表层与支撑层接触部分最小,而有利于物质传递。

3.３按形状分类
（１）平板膜
ﻫ
(2）管式膜
３.3中空纤维式膜
平板膜片
•平板膜主要的工作领域在平板膜组件•平板膜组件特点：较管式组件比表面积大得多，易于更换
膜，适于微滤、超滤
◆管式膜主要应用于管式膜组件 ◆管式膜组件结构简单、适应性强、
压力损失小、透过量大，清洗、 安装方便、可耐高压，适宜处理高 粘度及稠厚液体。

但比表面积小， 适于微滤和超滤。

（3）中空纤维膜
ﻩ外形像纤维状,具有自主支撑作用的膜。

它是非对称膜的一种,其致密层可位于纤维的外表面,如反渗透膜,也可位于纤维的内表面（如微滤膜和超滤膜)。

对气体分离膜来说，致密层位于内表面或外表面均可。

4．按分离机理分类
4.1扩散性膜
扩散性膜亦称“分离膜”。

一种具有微细多孔结构的金
属膜片。

微孔可限制普通气
流，而容许扩散流通过，因此
可以利用质量差异来进行同
位素分离。

它的研制是气体扩
散厂的主要技术关键。

４.2离子交换膜
•◆离子交换膜主要用于荷电物质（通常指电解质）的分离。

基本原理是利用阴、阳离子交换膜的选择透过性来分离或浓缩溶液中的电解质。

•◆按离子选择性分:
阳离子交换膜:R-SO3H，在水中电离后,呈负电性
•阴离子交换膜:R－CH2 N(CH3）3OＨ，电离后，呈正电性
4．３选择性膜
选择性透过膜是具有活性的生物膜,它对物质的通过既具有半透膜的物理性质,还具有主动的选择性,如细胞膜。

因此，具有选择透过性的膜必然具有半透性,而具有半透性的膜不一定具有选择性透过，活性的生物膜才具有选择透过性
5.按分离过程分类ﻫ５．1反渗透膜
定义:反渗透过程所用的半透膜，只能透过水分子,不能透过
盐分子。

反渗透技术原理是在高于溶液渗透压的作用下,依据其他物质
不能透过半透膜而将这些物质和水分离开来。

反渗透膜的膜孔径
非常小,因此能够有效地去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、有
机物等。

系统具有水质好、耗能低、无污染、工艺简单、操作简
便等优点。

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6.按孔径大小分类：微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜
6.１纳滤膜
纳滤（N Ｆ) 是介于超滤与反渗透之间的一种膜分离技术， 孔径为几纳米,因此称纳滤。

基于纳滤分离技术的优越特性，其在制药、生物化工、 食品工业等诸多领域显示出广阔的应用前景。

纳滤技术最早也是应用于海水及苦咸水的淡化方面。

在食品行业中，纳滤膜可用于果汁生产,大大节省能源；在医药行业可用于氨基酸生产、抗生素回收等方面
６．2超滤膜
超滤(U Ｆ) 是介于微滤和纳滤之间的一种膜过程，膜孔径在0．0５ｕm 至1００0ｕm 分子量之间。

超滤是一种能够将溶液进行净化、分离、浓缩的膜分离技术,超滤过程通常可以理解成与膜孔径大小相关的筛分过程。

以膜两侧的压力差为驱动力，当水流过膜表面时,只允许水及比膜孔径小的小分子物质通过，达到溶液的净化、分离、浓缩的目的。

渗透过程示意图
聚氨酯在分离膜中的应用
超膜系统在污水处理中的应用
超滤通常截留分子量范围在100０~３00000,故超滤膜能对大分子有机物(如蛋白质、细菌)、胶体、悬浮固体等进行分离,广泛应用于料液的澄清、大分子有机物的分离纯化、除热源。

6.3微滤膜
一般来说，微滤膜是指一种孔径为0.1-1０μm，高度均匀，具有筛分过滤作用的特征的多孔固体连续介质。

依据微孔形态不同,微滤膜可分为两类:弯曲孔膜和柱状孔膜。

弯曲孔膜的孔膜结构为交错连接的曲折孔道的网络,而柱状孔膜的微孔结构为几乎平行的贯穿膜壁的圆柱状毛细孔结构
6.4反渗透膜
◆反渗透膜的分类,按驱动力可分为高压、低压和超低压膜；按膜的形状分为平板膜、中空纤维
膜和管式膜；根据制膜方式可分为相转化膜和复合膜。

另外,还可根据制膜材料及应用对象等进行分类。

◆反渗透型膜构造上在表层有一很薄的致密层（0．１-1．0μm）,即脱盐层或活化层，在表层
下部是多孔支撑层,厚度为1００~２00μm，活化层基本上决定了膜的分离性能,支撑层只是起着活化层的载体作用，基本上不影响膜的分离性能。

四.总结
◆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。