膜分离技术在环境及生活中的应用Word格式文档下载.docx

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2016年6月23

选题

结构

表达

格式

综合

总分

5.膜分离技术的发展前景6

参考文献8

膜分离技术在环境及生活中的应用

摘要：

膜分离技术（MembraneSeparationTechnologies）被公认为20世纪末至21世纪中期最有发展前途的高新技术之一。

随着膜设备和技术的不断发展和成熟，其在各行业中有着广泛的应用。

并以使海水淡化、烧碱生成、乳品加工等多种传统的工艺生产面貌发生了根本性的改变。

本文基于一系列文献基础上简单介绍了膜分离技术的特性以及它在环境如大气、水、废液、有机物处理和生活等方面的应用。

关键词：

膜分离技术；

环境；

生活；

应用

前言：

膜分离技术是指用天然或人工合成的具有选择透过性膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和浓缩的边缘学科高新技术[1]。

由于膜分离技术具有节能、高效、简单、造价低、无相变、可在常温下连续操作等优点，而且特别适合热敏性物质的处理的特点，其应用已渗透到人们生活和生产的各个方面，现已被广泛应用于化工、环保、生物工程、医药和保健、食品和生化工程等行业[2]。

虽然膜分离技术的应用在许多方面离产业化要求还有很长的距离，但是随着新型膜材料的不断开发、高效的强化膜过程分离技术研究的不断深入,膜分离技术应将得到更加广泛的应用，其在未来是世界各国研究的热点，它将在各个领域发挥更引人注目的作用。

现本文对膜分离技术的一些特点及其环境与生活方面的应用现状进行综述，并且提出了膜分离技术的发展前景。

1、膜分离技术

1.1膜的基本概念

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。

膜的厚度在0.5mm以下，否则，就不称为膜。

1.2膜的基本特性

（1）不管膜多薄,它必须有两个界面，这两个界面分别与两侧的流体相接触。

（2）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。

1.3膜分离的基本原理

现代膜分离技术分离的根本原理在于膜具有选择透过性。

膜分离法是用天然或人工合成的高分子薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法，可用于液相和气相。

对于液相分离，可用于水溶液体系、非水溶液体系、水溶胶体系以及含有其他微粒的水溶液体系。

例如以选择性膜为分离介质，通过在膜两边施加一个推动力（如浓度差、压力差或电位差等）时，使原料侧组分选择性地透过膜，以达到分离提纯的目的。

通常膜原料侧称为膜上游，透过侧称为膜下游。

2、膜分离法的分类

膜分离法通常可以分为：

电渗析、反渗透、超滤、微滤、纳滤、萃取。

3、膜分离技术的发展及特点

3.1膜分离技术的发展[3]

（1）50年代初，为从海水或苦咸水中获取淡水，开始了反渗透膜的研究。

真正意义上的分离膜出现在20世纪60年代。

1961年，米切利斯（A.S.Michealis）等人用各种比例的酸性和碱性的高分子电介质混合物以水-丙酮-溴化钠为溶剂，制成了可截留不同分子量的膜，这种膜是真正的超过滤膜。

美国Amicon公司首先将这种膜商品化。

（2）1967年，DuPont公司研制成功了以尼龙-66为主要组分的中空纤维反渗透膜组件。

同一时期，丹麦DDS公司研制成功平板式反渗透膜组件。

反渗透膜开始工业化。

（3）自上世纪60年代中期以来，膜分离技术真正实现了工业化。

首先出现的分离膜是超过滤膜（简称UF膜）、微孔过滤膜（简称MF膜）和反渗透膜（简称RO膜）。

以后又开发了许多其它类型的分离膜。

（4）在此期间，除上述三大膜外，其他类型的膜也获得很大的发展。

80年代气体分离膜的研制成功，使功能膜的地位又得到了进一步提高。

具有分离选择性的人造液膜是马丁（Martin）在60年代初研究反渗透时发现的，这种液膜是覆盖在固体膜之上的，为支撑液膜。

60年代中期，美籍华人黎念之博士发现含有表面活性剂的水和油能形成界面膜，从而发明了不带有固体膜支撑的新型液膜，并于1968年获得纯粹液膜的第一项专利。

70年代初，卡斯勒（Cussler）又研制成功含流动载体的液膜，使液膜分离技术具有更高的选择性。

3.2膜分离技术的特点

优点：

（1）在常温下进行

有效成分损失极少，特别适用于热敏性物质，如抗生素等医药、果汁、酶、蛋白的分离与浓缩

（2）无相态变化

保持原有的风味，能耗极低，其费用约为蒸发浓缩或冷冻浓缩的1/3-1/8

（3）无化学变化

典型的物理分离过程，不用化学试剂和添加剂，产品不受污染

（4）选择性好

可在分子级内进行物质分离，具有普遍滤材无法取代的卓越性能

（5）适应性强

处理规模可大可小，可以连续也可以间隙进行，工艺简单，操作方便，易于自动化

（6）能耗低

只需电能驱动，能耗极低，其费用约为蒸发浓缩或冷冻浓缩的1/3-1/8

缺点：

（1）膜面易发生污染，膜分离性能降低，故需采用与工艺相适应的膜面清洗方法；

（2）稳定性、耐药性、耐热性、耐溶剂能力有限，故使用范围有限；

（3）单独的膜分离技术功能有限，需与其他分离技术连用。

4、膜分离技术在环境及生活中的一些应用

4.1膜在环境上的应用

4.1.1膜在大气中的应用

（1）在汽车尾气[6]的排放时，在尾气的处理过程上可能会用到膜的分离技术进行限制尾气排放中的有害气体（CO2、SO2、CO、NO2）等气体及杂质的排放到空气中，导致环境的破坏。

而在汽车的尾气排气系统上进行膜的分离从而可以很好的保护环境，也能使燃料充分的燃烧，既节省资源又保护了环境。

（2）用膜分离技术进行采样，分离效果好并且起富集作用，以硅铜膜渗透采样法测空气中的SO2为例SO2通过渗透膜，被塑料中的四氯汞钠[4]吸收液吸收

，形成亚硫酸二氯化汞络合物，直接测定吸收液中SO2含量并以此求出周围空气中SO2浓度（mg/m3），这是一种实用价值较高的方法，该法设备简单且测定范围大（0.004—50mg/m3）。

以核膜孔作采样滤膜HNO3-H2O2浸洗，无焰原子吸收光谱法可同时测大气飘尘中的锰和铅，检出限分别为5.0x10和9.5X10克/米大气，此法的优点是：

①膜的吸收性小，采样前后无需在干燥器中长时间衡重。

②重复试验使用一次或数次的空白膜、锰、铅、镉、镍的本底值均为零。

③采样效率高：

两张滤膜叠放锰、铅的收集教率达100％。

④洗脱方便，混酸（1MHN03与3％H202按4：

1体积临时配制）浸洗30分钟，金属成分已浸洗完全。

⑤经浸洗冲净的滤膜，其性能不变，可继续使用。

故用此法，成本低，方法简单。

此外大气中微量SO2还可用电导全传感膜进行分离测定，它不受H2S或CH3SH的影响，重

现性好。

（3）在工业上的有害气体排入到大气中时，用膜的分离技术在工厂尾气的排放的排出口采用膜分离，这样可以将气体中的有害杂质和气体阻挡，使其不进入大气，从而也避免了空气受污染，这样也使得空气更新鲜环境更美好。

4.1.2膜在固体废物中的应用

随着经济的发展，生活水平的不断提高，工业发展的比较快速，有许多的含固体废物被到处乱排乱发放，导致了水体、空气及土壤含有重金属及不可降解的固体物。

在膜分离技术上存在含固体物时可以首先经过滤的方式先除去一些非金属及胶体类杂质，然后再用阳离子或者是阴离子交换膜除去其中的固体成分，这样也能在水体中通过膜的分离技术很好的使固体污染在水体中不存在，是水体的溶解平衡，水体没有固体污染，变得更加洁净。

4.1.3膜在废水中的应用

随着工业化的发展，大量的工业废水和生活废水排入水体中，严重影响了水质。

为了保护环境不受污染，并能回收一些有用物质，需对工业和生活污水进行处理，以达到排放标准要求。

废水处理中常采用超滤和纳滤技术[5]。

据研究采用纳滤技术处理城市污水，可有限地降低水的浊度、色度及有机物；

经超滤处理后的出水可用于循环冷却水、造纸用水等对水质要求不高的工业用水水源，这大大地提高了水的利用率，也保护了水资源的循环利用。

4.2、膜在生活中的应用

4.2.1膜在饮用水中的应用

近年来，膜分离技术在饮用水制取方面得到了广泛应用，而且处理规模也越来越大。

仅应用超滤工艺的水厂中净化规模每天在20×

104m3以上的已有数据，超滤水厂的总处理量已超过每天800×

104m3[9]。

还有许多厂家利用微滤工艺进行处理，可见，膜处理法已经成为饮用水制取最常见的方法。

微滤可以有效去除小颗粒有机物和悬浮固体，但天然和人工合成的有机物仅用微滤的方法是不能去除的，需要与其他方法相结合，微滤结合混凝、吸附预饮用水越来越引起人们的关注，赵鹏[10]等人用两个PAC结合微滤技术处理河水，在两个反应器中维持很高的出水通量达到167L/m2·

h，实验证明不同粒径的PAC，在高通量下都对有机物有很好的去除率。

韩国的Jeong-ikOh[10]等人研究微滤结合在线快速搅拌器加混凝剂生产饮用水，当加入混凝剂为1.1mg/L时，膜阻力最小，电势接近于零，此时具有很好的处理效果。

4.2.2在啤酒无菌过滤中的应用

啤酒的无菌过滤是啤酒生产过程中提高产品质量的重要环节，它直接关系着啤酒品质的稳定性、外观及口感。

曹义鸣等[7]采用无机陶瓷膜对啤酒进行除菌过滤，对膜孔径的选择、膜器结构优化、膜滤运行过程强化等方面进行了系统的试验研究，提出了一套新型高效的膜器结构与工艺设计的依据；

翁佩芳等[8]还采用膜错流过滤和新型的无菌灌装系统的消毒灭菌方法对无菌生啤酒的生产工艺进行设计，使整个生产工艺系统高效、优化运行，同时加强生产操作及卫生的管理，生产出色泽、品质优良、保质期长的无菌鲜啤酒。

4.2.3膜在除油烟上的应用

生活水平的提高，居住地比较密集。

家庭生活中排放的油烟中的PAHs对环境的危害非常大，对人体的皮肤也起到了很大的副作用，因此在厨房通常会装油烟机，但是只能部分的从室内将油烟搬运到室外，完全起不到除去的效果，所以说可以在抽风机上或者在风口出处应用亲和膜的技术及微孔过滤可以过滤出杂质及油烟，这样就可以使生活的质量更高，而且也能使环境的污染更小。

5、膜分离技术的发展前景

目前膜分离技术在许多方面得到广泛应用，而且在某些方面应用得还比较成熟。

在对产品质量要求不断提高、生产成本要求不断降低的今天，膜技术的优势越来越明显，其必将取代传统的低效分离技术。

但我们也应该清醒的认识到，膜分离技术的大量应用毕竟是近几十年开始的，许多方面还不成熟，还有待进一步深入的研究，笔者认为主要面临三个方面的主要问题，即选择性问题、通量稳定性问题和产值问题。

选择性问题应集中于膜材料的研究，继续开发功能高分子膜材料和无机膜材料。

对仿生膜、高效电解质膜、分子识别型膜的研究需要达到智能化、高效化和专一化目标。

膜通量的稳定性和产值比问题应集中于渗透时的防污染和膜过程强化的研究上。

无论采用那种类型的膜，都存在膜孔被堵塞、膜表面形成黏性附层等膜污染问题，这极大的影响了通量的稳定性和产值比。

因此应研究一种适用面广的强化膜过程分离技术，以减少膜污染、增大过滤通量、延长膜寿命。

这需要将许多因素结合起来综合考虑，如选择合适的膜材，合理的膜组件设计、具有针对性的清洗和防污染方法、以及周密的工艺流程设计等方面。

虽然膜分离技术的广泛成熟应用在许多方面离产业化要求还有很长的距离，但是随着新型膜材料的不断开发、高效的强化膜过程分离技术研究的不断深入，膜分离技术应将得到更加广泛的应用，其在未来是世界各国研究的热点，它将在各个领域发挥更引人注目的作用。

因此，目前膜分离技术已成为分离混合物的重要方法，越来越受到人们的重视，其应用前景必将更加广阔。

6、结论

虽然膜分离技术的广泛成熟应用在许多方面离产业化要求还有很长的距离，但是随着新型膜材的不断开发、高效的强化膜过程分离技术研究的不断深入，膜分离技术应将得到更加广泛的应用。

参考文献

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[3]丁明玉，第二版-现代分离方法与技术—北京：

化学工业出版社，2012.3（2014.5重印）

[4]任钟旗,郭玉海,刘君腾,张卫东.聚四氟乙烯（PTFE）微孔膜在大气除尘过程中的应用[A].第四届环境与发展中国（国际）论坛论文集[C].2008

[5]罗玉辉，隋明明.新型膜组件及超滤膜在焦化废水处理中的应用.煤气净化与化学产品加工（2015年02期）

[6]黄育新,廖雄铭,王少明,林超新,肖寅金.机动车尾气催化净化装置技术进展[J].资源节约与环保.2015（11）

[7]曹义鸣，徐恒永，王金渠.我国无机陶瓷膜发展现状及展望.专家论坛（2013年02期）

[8]翁佩芳,吴祖芳.18-19.微膜过滤法无菌鲜啤酒生产工艺设计研究[J].广州食品工业科

技,2002,18

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[9]韩宏大，吕晓龙，陈杰.超滤膜技术在水厂中的应用[J].供水技术，2007,（5）:

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[10]赵鹏，张世钰.HDPE双壁波纹管在市政排水工程中的应用[J],山西建筑，

2007,5（08）:

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