超濾膜
(1) 超濾原理 超濾是一種分離技術(shù)，能夠將溶液凈化、分離或者濃縮。超濾是介于微濾和納濾之間的一種膜過(guò)程，膜孔徑范圍為0.5μm（接近微濾）~1nm（接近納濾）。超濾的典型應用是從溶液中分離大分子物質(zhì)（如細菌）和膠體，通常認為，所能分離的溶質(zhì)相對分子質(zhì)量下限為幾千。超濾膜可視為多孔膜，其截留取決于膜的過(guò)濾孔徑和溶質(zhì)的大小、形狀。溶劑的傳遞正比于操作壓力。
(2) 超濾膜的類(lèi)型 超濾膜是多孔的，但與微濾膜相比，其結構更具有不對稱(chēng)性，這種不對稱(chēng)膜包括一個(gè)很薄的皮層（一般＜1μm）和一個(gè)多孔亞層。所以超濾膜的表征主要是皮層表征即厚度?？讖椒植己捅砻婵紫堵?，超濾膜皮層典型的孔徑在2~100nm范圍內。
按制膜材料分類(lèi)，超濾膜可分為有機膜和無(wú)機膜。
按膜的外形特征可將超濾膜分為：平板膜、管式超濾膜，內徑＞10nm、毛細管式超濾膜，內徑0.5~10.0nm、中空纖維超濾膜，內徑＜0.5nm、多孔超濾膜。
(3)制膜材料 可用于制造超濾膜的材料很多，分為有機高分子材料和無(wú)機材料兩大類(lèi)。
①有機高分子材料
纖維素酯類(lèi)：主要有二醋酸纖維素（CA），三醋酸纖維素（CTA），混合纖維素（CACN）等。這類(lèi)材料制造的超濾膜親水性好、成孔性好，材料來(lái)源廣泛、穩定，成本較低。但這種材料耐酸堿性能差。
聚砜類(lèi)如聚砜（PS）和磺化聚砜（SPS）和聚醚砜（PES）等；用這種材料制膜，易成型，膜機械強度好，耐熱、耐化學(xué)性能也較好。是目前用得較多的材料。
聚烯烴類(lèi)：主要是聚丙烯（PP）和聚丙烯腈（PAN）。同聚砜相似。它的機械和化學(xué)性能較好。PAN的腈基是強極性基因，但PAN并不十分親水，通常引入另一種共聚單體（如醋酸乙烯酯或甲基丙烯酸甲酯），以增加鏈的柔韌性和親水性，從而改變其加工性。
氟材料：目前主要用的是聚偏氟乙烯（PVDF）和聚四氟乙烯（PTEE），這種材料的超濾膜具有極優(yōu)良的機械強度和耐高溫、耐化學(xué)侵蝕性性能，使用溫度40~260℃，可在強酸、強堿和多種有機溶劑條件下使用，但成本很高。
聚氯乙烯（PVC）：這種材料制造的超濾膜具有優(yōu)良的機械強度和極佳的化學(xué)侵蝕性性能，材料來(lái)源廣泛、穩定，成本適中，可以制造出優(yōu)良的超濾膜，尤其是可以制造出在跨膜壓差很低的條件下，單位膜面積產(chǎn)水量卻很高的超濾膜。
其他材料：除上述材料外，還有聚砜酰胺、聚醚酮、聚脂肪酰胺、聚酰亞胺、聚醚酰亞胺等。
② 無(wú)機材料：這是近幾年來(lái)開(kāi)發(fā)的新型制膜材料，主要有陶瓷、玻璃、氧化鋁（Al2O3）、氧化鋅（ZnO2）和金屬，目前國內還處于實(shí)驗室研究階段，尚未商品化生產(chǎn)，這種材質(zhì)的超濾膜最突出的優(yōu)點(diǎn)是耐高溫，耐有機溶劑性能好，不易老化，可再生性強，適用于特種分離。
(3) 超濾膜的保存方法 膜制成成品后，需要對其進(jìn)行保存，膜保存的方法有濕態(tài)和干態(tài)兩種，其目的是為防止膜水解、微生物侵蝕、凍結及收縮變型、膜失效等。
① 膜的濕態(tài)保存方法：保存濕態(tài)膜最主要的一點(diǎn)就是始終讓膜呈現濕潤狀態(tài)。一般常用膜保存液的配方為：
水﹕甘油﹕亞硫酸氫鈉=79.1﹕20﹕0.9
保存液溫度在5~40℃.亞硫酸氫鈉的作用是防止微生物在膜表面繁殖及侵蝕膜。甘油的目的為了降低保存液的冰點(diǎn)。防止因結冰而損壞膜，配方中的亞硫酸氫鈉可用戊二醛、硫酸銅等其他對膜無(wú)傷害的抑菌劑代替。
對醋酸纖維素膜，pH值在4.5~5，可降低膜的水解速度，一般在抽真空的條件下，保存液的有效期為1年。
濕態(tài)膜會(huì )由于脫水產(chǎn)生收縮變形現象，使膜孔大幅度縮小，或使膜結構遭到破壞，同時(shí)使膜的質(zhì)地變脆，甚至使膜的過(guò)濾作用完全失效。
② 干態(tài)膜的保存方法 目前商品化的超濾膜，基本上都是干態(tài)膜的形式。因為這不僅有利于存放和運輸，而且也是制作膜組件所必需的（封膠時(shí)要求膜是干態(tài)）。
制備干態(tài)膜，普遍采用脫水劑，Van Oss等, 用50%的甘油水溶液或0.1%的十二烷基磺酸鈉（SDS）水溶液浸漬醋酸纖維素超濾膜1h，然后進(jìn)行干燥處理，使用前需洗凈浸漬液。
現在常用的干化處理液的配方為：
水﹕甘油﹕SDS=97.2﹕20﹕0.2
膜置于其中浸漬5～6天后在一定的溫度環(huán)境中干燥。
(5)超濾膜的結構特點(diǎn) 目前商品化的超濾膜都是不對稱(chēng)膜，由致密的表皮層和多孔的支撐層構成。皮層的厚度約為0.1～0.25μm，多孔支撐層的厚度約為100～250μm，而多孔支撐層在靠近皮層部分是具有微細孔結構的過(guò)渡層，最下層是具有較大孔徑的支持層。
(6)超濾膜的表征 膜的特征分為外觀(guān)表征及性能表征。外觀(guān)表征是指膜的厚度、皮層結構等，性能表征是指膜的理化性能和分離透過(guò)性能。膜的理化性能主要包括膜的結構強度、耐化學(xué)性、耐熱溫度范圍和適用pH值范圍，分離透過(guò)性能主要是指透水速率和截留分子量、截留率等。
① 厚度：在其他表征相同的條件下，其厚度越小，通量越大，壓損越小，支撐層的厚度的大小，取決于膜的強度和剛性。
② 膜內徑：對管式膜而言，膜的內徑與厚度的比值直接影響了膜的強度和剛性，它的大小也是區分管式膜、毛細管膜及中空纖維膜的主要依據，也是決定單位體積內膜充填密度的主要因素。
③ 支撐層結構：一般有兩種類(lèi)型，指狀孔結構和海綿狀結構，指狀孔結構阻力小，海綿狀結構強度高。
④ 膜孔徑：超濾膜孔徑一般為0.05μm～1nm。
⑤ 截留能力：通常用截留分子量（90% 能被膜截留的分子量）來(lái)表示，膜的截留值通常以絕對方式給出。（某膜的截留分子量為10000萬(wàn)，即為分子量大于10000萬(wàn)的所有物質(zhì)90% 以上被截留）。當分子量一定時(shí)，剛性分子較之柔性分子、球形和側鏈分子較直線(xiàn)型分子有更大的截留值。
⑥ 孔徑分布：孔徑分布的范圍是表征膜孔徑是否均勻的一種方法，孔徑分布越窄，分離效果和抗污染性越好。
⑦ 空隙率：對于非對稱(chēng)膜而言，存在著(zhù)兩種空隙率，分離層空隙率和整體空隙率，目前測定的方法，所測定的結果實(shí)際上是整體空隙率，而影響分離效果的是分離層空隙率。
⑧ 過(guò)濾速率：一般超濾膜的透過(guò)能力，以純水的透過(guò)速率表示，并標明測定條件，實(shí)際應用中膜的過(guò)濾速率比它小得多，其原因是濃差極化和膜污染，增加了過(guò)濾時(shí)的流體阻力，水流速度、壓力、溫度、原水預處理程度均影響超濾的速率。
⑨ 抗污染能力：膜的抗污染能力決定于膜材料的物理和化學(xué)特性和分離體等物化特性之間的關(guān)系。對于水溶液體系來(lái)說(shuō)，親水性膜的抗污染性比疏水性膜好。
(7) 密封 中空纖維及毛細管膜器件的密封主要在它們之間端頭環(huán)氧密封及端頭環(huán)氧與外殼間的密封，可采用通常的橡膠密封墊圈等方法密封。
(8) 外殼 常用的膜過(guò)濾器可分為兩種：衛生過(guò)濾用外殼和工業(yè)過(guò)濾用外殼。外殼要求能承受工作壓力，一定的防碰撞能力。常用的外殼材料有：不銹鋼、ABC、UPVC、玻璃鋼等。
(9) 外接口與連接 膜組件與應用工程中的工藝管線(xiàn)，配套設備的接口以及與自控儀表閥門(mén)等相連接的部位叫外接口。大部分的超濾膜組件都有三個(gè)外接口，即原水入口、出水口和濃水出口，其連接方式視具體情況而定。一般可分為可拆卸連接和不可拆卸連接?？刹鹦兜倪B接有螺紋連接、快裝連接、活接等，不可拆卸的連接有焊接、粘接等。
(10) 超濾膜的清洗 超濾膜在使用一段時(shí)間后，由于被截留物對膜表面的污染會(huì )使膜的產(chǎn)水量下降，為了維持膜通量的穩定，必須定期對膜進(jìn)行清洗，每次30秒～60秒?；瘜W(xué)清洗間隔時(shí)間相對物理清洗時(shí)間長(cháng)。一般最短的間隔為1天，最長(cháng)的間隔時(shí)間為6個(gè)月。對有機物的清洗一般采用堿液清洗，蛋白質(zhì)采用酶劑, 細菌、微生物, 藻類(lèi)采用過(guò)氧化氫、次氯酸鈉等氧化劑進(jìn)行清洗。
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