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。据介绍，前苏联宇航员在宇宙飞行中所用的生活用水都是用膜法分离净化回收重复利用的。例如，宇航员在舱中出的汗，用膜法净化回收水。甚至小便也用膜分离净化应用，同时将净化后的水经电解以获取氢气和氧气，氧气供宇航员呼吸用。前苏联在60年代初期建立了高分子聚合膜生产基地，70年代中期进入广泛的工业应用阶段，80年代初期高分子聚合膜进入工业化规模生产。

在1983年左右，美国主要天化学公司都在积极准备，以争先占领膜分离技术这一领域。1985年美国膜技术的生意额为7亿美元。当时美国密执安州一位科学顾问认为，未来膜拉术将在取代现有加工方法、开发某些新的加土方法方面，占有象微型集成电路、·碳纤维以及激光一样的重要位置。虽然美国掌握了膜的开发窍门，但其他国家也在竞相研制。西德的C址儿七公司新近开发一种反渗透体系，用于制超纯水，以漂洗瑞士手表厂的集成电路

我国发展情况：根据国家科委1991年的统计资料，七五期间我国开发了氯碱工业用全氟离子膜、气体分离膜、水处理膜等，达到国际80年代水平的成果有10项，国内领先的有33项，获专利2项，完成了工业用膜和分离装置的研制，建立了生产膜材料和各种膜组件10个中试线，建立了膜分离技术示范工程6个，每年获取直接经济效益4000万元，间接经济效益约500万元，部分产品已开始出口。说明了膜分离技术的工业开发在我国已奠定了坚实的基础，今后的任务是开发新品和扩大应用。

近年来，我国的膜技术取得了突飞猛进的发展，膜应用领域也在不断扩大，膜材料的研究开发和制造技术取得了重大进展，膜技术在水污染治理领域的应用已日益广泛，已成为污水处理与污水回用的优选技术。十几年前，我国的膜材料、膜组件还基本是依靠进口，昂贵的销售价格，使膜技术的应用范围仅仅局限在工业纯水制造和化工、医药、轻工、食品等少数工业生产领域的物料分离。近十年

的发展，目前我国的膜制造产业已初具规模，并涌现出一批膜材料制造骨干企业，其产品种类涵盖了反渗透、纳滤、超滤和微滤等各类膜材料和各种膜组件和膜组器。其中，超滤膜和微滤膜在国内市场的占有率已过半。膜技术的应用范围也越来越广，不仅已广泛应用于城镇污水和工业废水回用的处理，而且更多地应用于难生物降解有机污染物和重金属污染物的分离处理，并且已成为工业废水零排放或低排放的基本手段。同时，膜生物反应器技术也得到长足进步，兼氧型膜生物反应器技术已经达到国际先进水平，成为生活污水和工业废水处理的可靠方法。国内外无机膜的发展：

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: 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。90年代初期，已开发了四代无机膜产品，第一代是均质管式膜和平板膜，第二代是非对称均质管式膜，第三代是非对称螺旋卷式复合膜，第四代是大型非对称复合膜。当时，无机膜的加工工艺已比较完整，其产品除各种玻璃外均已商品化，而且其应用范围正向各个领域不断扩大。开发第五代的无机膜产品正在进行。现阶段世界上已经开发的无机膜有陶瓷膜、金属膜、玻璃膜、石墨膜和无机复合膜。金属和陶瓷结合的膜具有更大的发展潜力，它不仅具有耐热、耐烧，而且具有绝缘能力强，又有一定的韧性，又能耐磨，既有导电能力，又有传热能力。有些反应是高分子有机膜无法忍受的。若采用无机膜处理，可以直接在高温下进行气体分离火回收。当时就有学者提到，在今后的发展中，无机膜在整个国际膜市场上将占有突出的地位，尽管有机合成膜可以截留某些组分，但对于特殊要求的物质分离仍期望于无机膜的开发。

我国在高分子膜的研究和生产方面已有坚实的基础，但在分离气体和无机刚性膜的开发生产与科学研究试验方面还没有赶上技术发展的形势。上个世纪90年代,我们国家对无机膜的研究投入了大量的精力。1993年，国家自然科学基金