膜分离技术研究进展+文献名称

膜分离技术研究进展

组员：吴佳曦、张雯辉、郭志新、李耀睿、刘汉飞、王伦、张振斌膜分离技术在近20年发展迅速，其应用已从早期的脱盐发展到化工、轻工、石油、冶金、电子、纺织、食品、医药等工业废水、废气的处理，原材料及产品的回收与分离和生产高纯水等，是适应当代新产业发展的重要高新技术。膜分离技术不但在工业领域得到广泛应用，同时正在成为解决能源、资源和环境污染问题的重要技术和可持续发展的技术基础。

膜分离是借助于膜，在某种推动力的作用下，利用流体中各组分对膜的渗透速率的差别而实现组分分离的过程。目前常见的膜分离过程可分为以下几种，电渗析(Electrodialysis，ED)、反渗透(Reverse osmosis，RO)、微滤(Microfiltration，MF)、超滤(Ultrafiltration，UF)、纳滤(Nanofiltration，UF)和液膜分离等。

膜技术具有分离效率高、能耗低、无相变、操作简便、无二次污染、分离产物易于回收、自动化程度高等优点，在水处理领域具有相当的技术优势，是现代分离技术中一种效率较高的分离手段。

在环境过程中膜分离技术以其独特的作用而被广泛用于水的净化与纯化过程中。下面分类介绍一下膜分离技术的研究现状。

1 电渗析技术研究现状（刘汉飞）

电渗析是在直流电场作用下，以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择渗透性(与膜电荷相反的离子透过膜，相同的离子则被膜截留)，使溶液中的离子作定向移动以达到脱除或富集电解质的膜分离操作。它可使电解质从溶液中分离出来，从而实现溶液的浓缩、淡化、精制和提纯。电渗析技术普遍应用于食品生化行业以及废水处理。下面分类对这几方面的应用现状做一介绍。

1.1 电渗透技术在食品行业中的应用

利用电渗析技术对酱油进行脱盐处理，可以制得低盐酱油并基本保持酱油原有风味，但要损失一部分作为酱油指标的氨基酸态氮和有机酸等有效成分，从而将酱油的含盐量降低。但国内尚无这方面的报导，刘贤杰等采用电渗析技术进行了酱油脱盐的研究。研究结果显示：原酱油食盐含量19.4%，经电渗析处理后，酱油含量降至约9%，食盐以外的有效成分也有一些被除去，比较明显的是作为酱油品质指标的氨基酸态氮，有约8%的损失。酱油风味大致不变，证明了电渗

析对酱油的脱盐是切实可行的分离方法。另外在竹笋、菊糖生产中也有应用。1.2 电渗析技术在生化行业中的研究应用

Xu TW [1]等使用由聚乙烯制成的偶极细胞膜来生产柠檬酸钠。这个过程是通过实验室里有效面积为20cm2的偶极薄膜来测试的。基于偶极阳离子薄膜的结构，在离子交换和离子转移的方面对不同的硫酸钠和柠檬酸钠浓缩物的表现进行比较和讨论。结果说明，在其操作中，从能量的消耗，效率和酸浓度的角度来看，硫酸钠和柠檬酸钠的最佳浓度分别为0.25-1.5 M和0.5-1.0 M。

1.3 电渗析技术在废水处理中的应用

叶微微等采用国产离子交换膜研究了采用电渗析法脱盐回收废液中的苹果酸，及其对苹果酸废液脱盐的工艺条件。将废液pH调至4.0，工作电流11A下循环脱盐2h，脱盐率达99%以上，含Na+11821mg/L的废液脱盐至含Na+42. 88mg/ L，其中L-苹果酸损失18.94%，基本达到分离要求，表明了电渗析对苹果酸废液的脱盐是切实可行的。

唐艳等采用电渗析法处理氨氮废水，对工艺条件进行了优化研究，在实验室条件下得到工艺参数。电渗析电压为55V，进水流量为24L/h，氨氮废水进水电导率为2920μs/cm，氨氮浓度为534. 59mg/L。出水室浓水和淡水各占19%和81%，浓水和淡水的电导率分别为14000μs/cm和11. 8μs/cm，氨氮含量分别为2700mg/L 和13mg/L。该电渗析装置处理后的氨氮废水达到排放标准，可以满足回用要求。

1.4 膜污染问题得研究

Christophe Casademont[2]等研究证明利用脉冲磁场在电渗析过程中防止离子交换膜的污染和提高电渗析效率的可行性。Christophe Casademont等测试一种新的细胞结构和研究脉冲磁场在防止污染时的效果和电渗析参数。结果表明，和别的方法比较，将脉冲磁场耦合到高浓度的分离料液中，可以提高去矿物质率，同时并没有发现膜的污染和失活。Christophe Casademont等的研究也表明了，将脉冲磁场结合到经典电渗析装置中，可以减少矿物污染，并且在酸性条件下还能降低蛋白污染。

2 反渗透膜技术研究现状（郭志新）

反渗透是利用反渗透膜选择性地透过溶剂(通常是水)而截留离子物质的性质，以膜两侧静压差为推动力，克服溶剂的渗透压，是溶剂通过反渗透膜而实现

对液体混合物进行分离的过程。目前对于反渗透膜的研究主要着重于增加膜水通量，膜的机理模拟研究，减轻膜污染，以及降低处理能耗。

2.1反渗透膜功能层研究

对于复合膜来说，渗透通量和截留率主要取决于其表面的一层超薄分离层，所以针对优化超薄分离层性能的研究一直以来就是热点，然而由于其厚度太小(通常小于200 nm)，很难对其进行热力学和动力学研究。目前，有学者另辟蹊径，利用石英微天平等仪器定量研究了水在这一超薄层中的溶解、吸附行为，以及水分子吸附时所带来的机械压力。他们发现超薄功能层具有相当大的自由体积对于水在其中的吸附和传输非常有利。Jeong[3]等研制的沸石-聚酰胺新型超薄复合反渗透膜在传统复合膜的基础上又具备了分子筛的独特功能(可控的亲水性、电荷密度和孔结构，优良的抗菌性能以及更高的化学、热力学和机械稳定性)，可以使水分子优先通过超亲水的分子筛纳米孔，同时截留率基本保持不变。Sanchuan Yu[4]等研究通过MPD和CFIC的界面聚合制成的薄膜复合材料尼龙-尿烷海水反

渗透膜的性能Sanchuan Yu等做了很多尝试，如利用混合的交联剂，选择不同MPD 溶解性和扩散性的有机溶剂，改变有机的CFIC的温度，改变固化条件和后处理等。导致膜的通水量和脱盐率是通过人工海水的渗透实验来确定的；化学成分和表层的亲水性是通过XPS（光电子能谱）和接触角得到的。Sanchuan Yu研究结果表明，在维持膜的选择性稳定或提高的同时，薄膜复合型膜的渗透性有效的增加了。改善后的膜的水通量在海水脱盐时明显变大了，同时维持很高的脱盐率。尼龙-尿烷海水反渗透膜的最优反渗透性能是在于拥有一个具有某一交联剂选择性的表层和一个相对疏水的表面。

2.2反渗透膜分离机理模拟

由于实验技术方面的困难，通常人们很难从原子水平上搞清楚其微观结构，以及水分子和离子渗透过膜的机理，这就使得聚合物单体化学结构的选择或是聚合过程的优化变得有些盲目，所以有学者将分子动力学模拟的方法应用到了反渗透膜的研究中。Harde r[5]等则通过一种新型的基于分子动力学的方法，模拟了间苯二胺和均苯三甲酰氯两种典型单体之间的界面聚合反应，以及水分子在所生成分离层中的渗透过程，最后得出的扩散系数和渗透通量的理论值与实验结果具有相同的数量级。