膜分离技术的发展趋势

膜分离技术的发展趋势

膜分离过程作为一门新型的高效分离、浓缩提纯及净化技术，已成为解决当代能源、资源和环境污染问题的重要高新技术及可持续发展技术的基础。膜分离技术的发展趋势可由以下两个方面说明。一、技术上的发展趋势

从技术上看，虽然膜分离已经获得了巨大的进展，但多数膜分离过程还处在探索和发展阶段，具体可概括为下列四点。

（1）新的膜材料和膜工艺的研究开发

为了进一步提高膜分离技术的经济效益，增加竞争能力，扩大应用范围，要求降低膜成本，提高膜性能，具有更好的耐热、耐压、耐酸、耐碱、耐有机溶剂、抗污染、易清洗等特点，这些要求推动了膜材料和膜工艺的研究开发。

①高聚物膜在今后相当长的一段时间内，高聚物仍将是分离膜的主要材料。其发展趋向是开发新型高性能的高聚物膜材料，加强研究使膜皮层"超薄"和"活化"的技术，具体包括四个方面。

a.适合各种膜分离过程的需要，合成各种分子结构的新型高聚物膜并定量地研究膜材料的分子结构与膜的分离性能之间的关系。

开发新型高聚物膜的另一种途径是制造出高聚物"合金"膜材料，将两种或两种以上已有的高聚物混合起来作为膜材料。这样，此分离

膜就会具有两种或两种以上高聚物的功能特性。这种制膜方法比合成法更经济、更迅速。

c. 对制成的高聚物膜进行表面改性，针对不同的分离过程引入不同的活化基团，使膜表面达到"活化"。

d. 高性能的膜材料确定后，同样重要的是要找到一个能使其形成合适形态结构的制膜工艺。进一步开发出制造超薄、高度均匀、无缺陷的非对称膜皮层的工艺。

②无机膜由于存在不可塑、受冲击易破碎、成型差以及价格较贵等缺点，一直发展较慢。无机膜今后的发展方向是研究新材料和新的制膜工艺。

③生物膜与高聚物膜在分子结构上存在巨大差异。高聚物膜以长链状大分子为基础;生物膜的基本组成为脂质、蛋白质和少量碳氢化合物。生物膜具有最好的天然传递性能，具有高选择性、高渗透性的特点。但近几年来研究的合成生物膜都不稳定，寿命很短，今后的发展趋势是制造出真正能在工业上实际应用的生物膜。

（2）开发集成膜过程和杂化过程

所谓"集成"是指几种膜分离过程组合来用。"杂化"是指将膜分离过程与其他分离技术组合起来使用。原因是∶单一的膜分离技术有它的局限性，不是什么条件下都适用的。在处理一些复杂的分离过程时，为了获得最佳的效益，应考虑采用集成膜过程或杂化过程。近年来膜技术与其他技术的联合应用已得到了一定的发展，如∶反渗透与超滤

技术联合浓缩牛奶;膜法与吸附法联合将空气分离成氧气和氮气;反渗透与蒸发技术联合浓缩2%CuSO水溶液等。

（3）开发膜分离与传统分离技术相结合的新型膜分离过程将两种分离技术结合开发出新的膜处理过程，使之具有原来的两种技术的优势，并克服原分离方法的某些缺点。例如∶膜蒸馏是一种膜技术与蒸发过程相结合的新型膜分离过程，它可以在常压和50～60℃下操作，而避免了反渗透的高压操作和蒸发的高温操作;又如膜萃取是将膜分离技术与液液萃取技术相结合的一种新型膜分离技术;亲和膜分离是膜分离与色谱技术相结合的一种新型膜分离过程;促进传递是膜技术与抽提过程相结合的新型膜分离过程;液膜电渗析是电渗析技术与液膜分离技术相结合的新型膜分离技术等。这些新型膜分离过程除个别的过程已有小型商品装置外，绝大多数尚处在实验室或中试阶段，都有一些关键技术需要突破和完善。

（4）开发膜分离与反应过程相结合的膜反应过程

膜反应过程中被采用的膜反应器主要有惰性膜反应器和催化膜反应器两种类型。膜材料有有机膜和无机膜两种。惰性膜反应器是在进料侧含有催化剂，利用惰性膜在反应过程中对产物的选择透过性，不断从反应区移走产物，促使正反应过程的进行;催化膜反应器是指膜既具有催化性又具有选择透过性，可让反应物从膜的一侧或两侧进入反应器，与膜接触发生反应并分离出产物。膜反应器与一般反应器相

比，具有如下优点∶

①对受平衡限制的反应，膜反应器能够移动化学平衡，大大提高反应的转化率;

②膜反应器可能较大地提高反应的选择性;

③可在较低温度下进行反应;

④有可能使反应物净化、化学反应及产物分离等几个操作过程在一个膜反应器内进行，节省整个过程的投资费用。目前，膜反应过程的研究、开发和应用虽已取得一定的进展，但是，膜反应过程本身具有的特性以及由此而产生的巨大应用潜力还远没有被开发出来。

二、应用上的发展趋势

目前，虽然膜分离技术已经在许多领域得到应用，但是在各行各业的应用还有很多方面有待开发。例如∶膜技术在人工器官中的应用、在传感器上的应用、在生物反应器上的应用等。即使是比较成熟的应用领域（如食品工业）也能开发出新的应用。表9-7即为在食品工业中膜技术有可能应用的范围。

表9-7 膜技术在食品工业中可能应用的范围

总之，膜技术的前景十分广阔，但需要通过不懈的努力才能使之迅速成长起来。