膜是具有选择性分离功能的材料。利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程称作膜分离。它与传统过滤的不同在于膜可以在分子范围内进行分离，并且这过程是一种物理过程，不需发生相的变化和添加助剂。膜的孔径一般为微米级，依据其孔径的不同（或称为截留分子量），可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜，根据材料的不同可分为无机膜和有机膜，无机膜主要还只有微滤级别的膜，主要是陶瓷膜和金属膜。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。

膜技术简介

膜技术定义

膜技术分类与特点

电渗析(一、 原理 二、离子交换膜)

膜技术-膜

膜技术-超滤膜技术

膜技术--纳滤膜技术

膜技术-膜分离技术(微滤 超滤 纳滤 反渗透 膜分离的基本工艺原理 膜分离操作基本工艺流程)

膜技术的发展

膜技术的应用(场馆看台及娱乐空间 标志性小品 绿色漫步道 商业街 建筑入口及膜建筑屋顶 步行街 停车场 高速公路收费站 膜技术应用点)

膜技术简介

同时，膜技术在日常生活中也日益显示出它的重要作用和光明前景。以饮用水为例，自从人们发现自来水含有三卤甲烷、农药、洗涤剂以及自来水管、水塔的二次污染后，就开始用反渗透膜制备纯净水。但是由于纯净水制作成本较高，而且在去除水中有害物质的同时，也把对人体有益的无机盐剔除掉了。于是，人们又用纯膜装置生产出具有矿泉水和纯净水两者优点的、具有生物活性的、可直接生饮的过滤水。

超滤膜技术既可除去水中病菌、病毒、热源、胶体、COD等有害物质，又可透析对人体有益的无机盐，已广泛应用于牛奶脱脂、果汁浓缩、黄酒纯化、白酒陈化、啤酒除菌、味精提纯 、蔗糠脱色、氨基酸浓缩、酱油除菌等生产中，而且还广泛应用于医疗针剂水、输液水、洗瓶水、外科手术洗洁水的制备。因其克服了蒸馏水中含有细菌尸体的缺点，且具有生物活性，所以更有利于病人恢复健康而备受医学界推崇。

富氧膜以其分离气体的特殊功能，产生富氧空气，目前广泛应用于医院、养鱼场、工业发酵与氧化等场所，尤其在高山缺氧地区特别需要。

膜技术正在把我们的生活带入一个更新的时代。

膜技术定义

在某种推动力的作用下，利用某种隔膜特定的透过性能，使溶质或溶剂分离的方法称为膜分离。

分离溶质时一般叫渗析；分离溶剂时一般叫渗透。

膜技术分类与特点

根据推动力的不同，膜分离有下列几种：

浓度差：扩散渗析

电位差：电渗析

压力差：反渗透(RO, reverse osmosis)：MW<100, 0.2-0.3nm, 2 – 3 A0

纳滤(NF, nanofiltration)：MW: 100-1000, 0.5-5 nm

超滤(UF, ultrafiltration)：MW: 1000—百万, 5 nm-0.2mm

微滤(MF, microfiltration)：0.2-1 mm

(1A0=10-8 cm, 1m =10-4cm, 1nm=10-7cm)

膜分离的特点：

1、可在一般温度下操作，没有相变；

2、浓缩分离同时进行；

3、不需投加其他物质，不改变分离物质的性质；

4、适应性强，运行稳定。

电渗析

一、 原理

在直流电场作用下，利用阴、阳离子交换膜对溶液中的阴、阳离子的选择透过性，分离溶质和水。

阴膜只让阴离子通过；阳膜只让阳离子通过。

阴极：

还原反应：2H＋ ＋2e → H2↑

阴极室溶液呈碱性，结垢

阳极：

氧化反应：4OH－ → O2↑＋2H2O ＋4e

或 2Cl-→Cl2↑+2e

阳极室溶液呈酸性，腐蚀

特点：只能将电解质从溶液中分离出去。不能去除有机物等。

二、离子交换膜

离子交换树脂：树脂与离子之间发生交换反应

离子交换膜：对溶液中的离子具有选择透过的特性★按其结构分为：异相膜、均相膜。

异相膜：离子交换树脂磨成粉末，加入粘合剂，滚压在纤维网上。

均相膜：离子及交换树脂的母体材料制成连续的膜状物，作为底膜，然后在上面嵌接上活性基团。

按离子选择性分：

阳离子交换膜（一般为聚苯乙烯磺酸型）：R－SO3H，在水中电离后，呈负电性

阴离子交换膜（聚苯乙烯季胺型）：R－CH2 N（CH3）3OH，电离后，呈正电性

离子交换膜选择透过性主要是由于：

1）膜的孔隙结构；2）活性交换基团的作用。

离子交换膜是电渗析的关键部分，良好的电渗析应在于：

1）高的离子选择性；2）渗水性差；3）导电性好；4〕化学稳定性和机械强度。

膜技术-膜

膜是一种具有特殊选择性分离功能的无机或高分子材料，它能把流体分隔成不相通的两个部分，使其中的一种或几种物质能透过，而将其他物质分离出来。膜技术是环境保护和环境治理的首选技术。在食品工业中也正在发挥着重要的作用。

膜是膜技术的核心，膜材料的性质和化学结构对膜分离性能起着决定性的影响。

分类：

⑴ 按材料来源分：天然膜和合成膜，合成膜又分为有机膜与无机膜。

⑵ 按结构分有七类：

a.均质膜或致密膜，为结构均匀的致密膜。

b.对称微孔膜，平均孔径为0.02~10μm。按成膜方法不同，有三种类型的微孔膜，即核孔膜、控制拉伸膜和海绵状结构膜。

c.非对称膜。膜断面为不对称结构，是工业上应用最多的膜。

d.复合膜。在多孔膜表面加涂另一种材料的致密复合层。

e.离子交换膜。

f.荷电膜。

g.液膜。包括支撑液膜和乳状液膜。

⑶ 按形状分：平板膜、管式膜、中空纤维膜和卷式膜

膜技术在日常生活中也日益显示出它的重要作用和光明前景。自从人们发现自来水含有三卤甲烷、农药、洗涤剂以及自来水管、水塔的二次污染后，就开始用反渗透膜制备纯净水。但是由于纯净水制作成本较高，而且在去除水中有害物质的同时，也把对人体有益的无机盐剔除掉了。于是，人们又用纯膜装置生产出具有矿泉水和纯净水两者优点的、具有生物活性的、可直接生饮的过滤水。

膜技术-超滤膜技术

既可除去水中病菌、病毒、热源、胶体、COD等有害物质，又可透析对人体有益的无机盐，已广泛应用于牛奶脱脂、果汁浓缩、黄酒纯化、白酒陈化、啤酒除菌、味精提纯 、蔗糠脱色、氨基酸浓缩、酱油除菌等生产中，而且还广泛应用于医疗针剂水、输液水、洗瓶水、外科手术洗洁水的制备。因其克服了蒸馏水中含有细菌尸体的缺点，且具有生物活性，所以更有利于病人恢复健康而备受医学界推崇。

富氧膜以其分离气体的特殊功能，产生富氧空气，目前广泛应用于医院、养鱼场、工业发酵与氧化等场所，尤其在高山缺氧地区特别需要。膜技术正在把我们的生活带入一个更新的时代。

膜技术--纳滤膜技术

浓缩提纯技术---纳滤膜技术

浓缩提纯工艺上主要采用截留分子量在100---1000Dal的纳滤膜。纳滤膜对二价离子，功能性糖类，小分子色素，多肽，头孢菌素等物质的截留性高于98%，而对一些单价离子，小分子酸碱，醇等有30-50%的透过性能，常用于溶质的分级，溶液中低分子物质的洗脱和离子组分的调整，溶液体系的浓缩等流体物质的分离，精制，浓缩，脱盐等工艺过程中。比如结晶母液的回收，树脂解析液的浓缩，热敏性物质的浓缩纯化等。

纳滤膜分离技术常被用于取代传统的冷冻干燥，薄膜蒸发，离子交换除盐，树脂工艺浓缩，中和等工艺过程。

浓缩提出技术可采用的膜组件主要有：卷式膜，管式膜，中空纤维膜。

采用纳滤膜分离技术浓缩提纯的优点：

1. 浓缩纯化过程在常温下进行，无相变，无化学反应，不带入其他杂质及造成产品的分解变性，特别适合于热敏性物质。

2. 可脱除产品的盐分，减少产品灰分，提高产品纯度，相对于溶剂脱盐，不仅产品品质更好，且收率还能有所提高。

3. 工艺过程收率高，损失少4. 可回收溶液中的酸，碱，醇等有效物质，实现资源的循环利用

5. 设备结构简介紧凑，占地面积小，能耗低

6. 操作简便，可实现自动化作业，稳定性好，维护方便。

膜技术-膜分离技术

膜是一种起分子级分离过滤作用的介质，当溶液或混和气体与膜接触时，在压力下，或电场作用下，或温差作用下，某些物质可以透过膜，而另些物质则被选择性的拦截，从而使溶液中不同组分，或混和气体的不同组分被分离，它与传统过滤的不同在于，膜可以在分子范围内进行分离，并且这过程是一种物理过程，不需发生相的变化和添加助剂。膜的孔径一般为微米级，依据其孔径的不同（或称为截留分子量），可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜，根据材料的不同，可分为无机膜和有机膜，无机膜主要是陶瓷膜和金属膜，其过滤精度较低，选择性较小。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。错流膜工艺中各种膜的分离与截留性能以膜的孔径和截留分子量来加以区别，下图简单示意了四种不同的膜分离过程：（箭头反射表示该物质无法透过膜而被截留）：

微滤

微滤（MF） 又称微孔过滤，它属于精密过滤，其基本原理是筛孔分离过程。微滤膜的材质分为有机和无机两大类，有机聚合物有醋酸纤维素、聚丙稀、聚碳酸酯、聚砜、聚酰胺等。无机膜材料有陶瓷和金属等。鉴于微孔滤膜的分离特征，微孔滤膜的应用范围主要是从气相和液相中截留微粒、细菌以及其他污染物，以达到净化、分离、浓缩的目的。

对于微滤而言，膜的截留特性是以膜的孔径来表征，通常孔径范围在0.1～1微米，故微滤膜能对大直径的菌体、悬浮固体等进行分离。可作为一般料液的澄清、保安过滤、空气除菌。

超滤

超滤（UF） 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，以超滤膜为过滤介质，在一定的压力下，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。

对于超滤而言，膜的截留特性是以对标准有机物的截留分子量来表征，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。

纳滤

纳滤（NF） 是介于超滤与反渗透之间的一种膜分离技术， 其截留分子量在80～1000的范围内，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。

对于纳滤而言，膜的截留特性是以对标准NaCl、MgSO4、CaCl2溶液的截留率来表征，通常截留率范围在60～90%，相应截留分子量范围在100～1000，故纳滤膜能对小分子有机物等与水、无机盐进行分离，实现脱盐与浓缩的同时进行。

反渗透

反渗透（RO） 是利用反渗透膜只能透过溶剂（通常是水）而截留离子物质或小分子物质的选择透过性，以膜两侧静压为推动力，而实现的对液体混合物分离的膜过程。反渗透是膜分离技术的一个重要组成部分，因具有产水水质高、运行成本低、无污染、操作方便运行可靠等诸多优点 ，而成为海水和苦咸水淡化，以及纯水制备的最节能、最简便的技术.目前已广泛应用于医药、电子、化工、食品、海水淡化等诸多行业。反渗透技术已成为现代工业中首选的水处理技术。

反渗透的截留对象是所有的离子，仅让水透过膜，对NaCl的截留率在98%以上，出水为无离子水。反渗透法能够去除可溶性的金属盐、有机物、细菌、胶体粒子、发热物质，也即能截留所有的离子，在生产纯净水、软化水、无离子水、产品浓缩、废水处理方面反渗透膜已经应用广泛。

膜分离的基本工艺原理

膜分离的基本工艺原理是较为简单的（参见下图）。在过滤过程中料液通过泵的加压，料液以一定流速沿着滤膜的表面流过，大于膜截留分子量的物质分子不透过膜流回料罐，小于膜截留分子量的物质或分子透过膜，形成透析液。故膜系统都有两个出口，一是回流液（浓缩液）出口，另一是透析液出口。在单位时间（Hr）单位膜面积（m2）透析液流出的量（L）称为膜通量（LMH），即过滤速度。影响膜通量的因素有：温度、压力、固含量（TDS）、离子浓度、黏度等。

膜分离操作基本工艺流程

基本流程

由于膜分离过程是一种纯物理过程，具有无相变化，节能、体积小、可拆分等特点，使膜广泛应用在发酵、制药、植物提取、化工、水处理工艺过程及环保行业中。对不同组成的有机物，根据有机物的分子量，选择不同的膜，选择合适的膜工艺，从而达到最好的膜通量和截留率，进而提高生产收率、减少投资规模和运行成本。

膜技术的发展

水质直接影响着人们的健康。膜技术以其原理简单，操作方便，超强的净化效果被用于苦咸水淡化处理和软化水处理行业中。因此膜技术在水处理行业得到了广泛的应用和推崇。下面我们来了解一下膜技术的发展。

膜技术的发展：

1.低污染膜：

膜污染是反渗透膜技术应用中的最大危害。目前已有几种抗污染性能强、使用寿命长、清洗频度低且易清洗的低污染膜在膜技术领域问世。

2.超低压膜：

由于节省电耗和降低相关机械部件的压力等级引起材料费下降等优点，自1999年以来超低压膜在膜技术领域应用比重日益增大，这在以使用4英寸膜为主的小型装置中应用最为突出，大型装置中应用超低压膜也呈上升趋势。

3.带正电荷的反渗透膜：

现在广泛应用的低压、超低压复合膜的材质均为芳香族聚酸胺，其膜表面均带有负电荷，膜技术的发展带来了表面带正电荷的低压复合膜，这种膜目前主要应用于制备高电阻率的高纯水系统中。

4.耐高温、食品级、卫生级反渗透膜：

普通水处理膜技术采用反渗透膜的使用温度均为0-45℃，但在需要耐90℃高温杀菌的特殊场合，可使用耐高温、耐化学药品的反渗透膜。此外，各种有特殊膜元件结构的食品级或卫生级的反渗透膜技术也开始在国内应用。

膜技术的应用

随着膜技术的不断发展，膜技术在很多发面得到广泛的应用：

场馆看台及娱乐空间

近年来，随着建筑空间观念的日益深化以及科学手段的不断提高，“回归自然”、“沐浴自然之温馨”已是现代建筑环境学发展的主流。室内外的视线越来越模糊，出现了许多亦内亦外、相互渗透的不定空间，如：大厅装饰、天井、四季厅、动植物园、公园广场、观景台、舞台、体育场馆、体育看台、文化娱乐场所等。由于膜材的光透性，白天阳光可以透过膜材形成慢射光，使膜覆盖空间内达到和室外几乎一样的自然效果，因此膜结构能创造出与自然环境相媲美的空间形式。

标志性小品

一个城市的中心区反映一个城市的地理风貌和民族风情，同时，也是一个城市文化发展程度的标志。而景观设计要求其具有广泛的可读性、雅俗共赏，既有超凡脱俗的艺术价值，又能使大众喜闻乐见与大众息息相通。膜结构以其轻盈飘逸的造型、柔美并带有力量的曲线和大跨度和大空间的鲜明个性和标识性，应用于城市小品设计中。

绿色漫步道

近年来，在人口密集的大城市，在居住区周边配置绿色空间并有人行步道。居民可以在不受车辆的影响下，在居住区附近的街心地带轻松愉快地散步、休憩，而感到十分惬意。在绿色空间中构造一座膜小品或者走廊、亭台水榭、休憩遮阳伞等，不仅生动地美化了环境（如同广阔绿洲中的点点白帆），又有很强的功能性（人们可以在行走之暇小憩一会儿），而且增加了空间的参差感。

商业街

商业街在城市中占有相当大的比重。商业街的建筑与环境是城市文明的窗口，代表着物质文明和精神文明的水平，同时，也是景观环境的重要组成部分。膜结构轻巧别致极具现代化风格，且表现形式多样易于安装移动，在商业街设计中得以广泛应用。

建筑入口及膜建筑屋顶

建筑入口使城市公共空间与建筑空间相邻的界面，成为城市空间的组成部分。它是人们视觉最先接触的部分，因此，除了功能以外，还应有很强的标识性，并能体现建筑的个性，是建筑环境和城市景观的重要组成部分。由于膜结构自然的曲线美是其他结构类型无法比拟的，故成为近来建筑入口及屋顶经常采用的形式。

步行街

利用膜结构轻巧，别致的造型建造各种半封闭，全封闭的不行空间，使其形成全天候的建筑空间，提供防风雨，防日晒等人工环境，并有较好的广告标识效果，因此是步行街改造和新建的绝佳选择。

停车场

随着都市现代化步伐的加快 , 汽车成为任何一个都市不可缺少的交通工具。我国由于汽车工业高速发展，城市的汽车拥有量成倍上升，但城市建设规划没能尽快适应这一发展的要求，常常是车无停放之地。所以在建设群规划时就应充分考虑停车场的问题，把停车场的建设和规划当成现代城市建设规划的重要组成部分，变得越来越重要。同样，膜结构在停车场建设中也以其优美的造型和实在的功能担当重要角色。

高速公路收费站

在城市的入口处，设计拥有自己城市鲜明特色和文化韵味的建筑形式乃是每个城市发展的首选之作，而张拉膜以自己多变的特性，柔美的造型以及夜晚配合彩灯的照射所显示出特有的柔和的氛围更让过往着记忆深刻，同时极具现代感张拉膜又展现了一个城市的发展理念和思路。

膜技术应用点

1. 电力；

2.电子；

3.化工医药；

4.轻工；

5.生物；

6.食品饮料；

7.市政；

8.环保等行业。

它的应用范围广、产业关联度大。