膜的分类

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1、膜的分类 环境与资源学院08级3班 周子雄 史小辉 赵丽芳 呼吉乐（一）膜的定义所谓的膜，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。近年来，膜分离过程已逐渐成为化学工业、食品加工、废水处理、医药技术等方面的重要分离过程。已经工业化的有微孔过滤、超滤、反渗透、电渗析和气体分离等，渗透汽化也在最近几年中速成了工业规模的装置。膜分离与反应结合的过程，各种膜反应器的研究和应用也发展较快。其他非分离膜过程，如控制释放技术，医用人造膜和膜传感器等种类也不少，有的发展速度将超过膜分离过程。（二）膜的特性 不管膜多薄, 它一定有两

2、个界面。这两个界面分别与两侧的流体相接触 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。（三）膜的分类方法膜种类和功能繁多，分类方法有多种，大致可按膜的材料、结构、形状、分离机理、分离过程、孔径大小进行分类。膜材料：有机膜、无机膜结构：对称膜（微孔膜、均质膜）、非对称膜、 复合膜形状：平板膜、管式膜、中空纤维膜、卷式分离机理： 扩散性膜 、离子交换膜、选 择性膜、非选择性膜分离过程：反渗透膜、渗透膜、气体分离膜、电渗 析膜、渗析膜、渗透蒸发膜孔径大小：微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜31 按材料分类 无机膜和有机膜(1) 有机膜有机膜是由高分子材料做成的，如醋酸纤

3、维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等等。通过膜对油滴及悬浮粒子的有效截留，而达到油水分离的目的。具有出水水质好、操作方便、占地面积小、不产生新的污泥等优点。渗透汽化有机膜电镜图（2）无机膜无机膜是固态膜的一种，它是由无机材料，如金属、金属氧化物、陶瓷、孔径 50 nm 粗孔膜孔径 250nm 过滤膜孔径 2nm 微孔膜 沸石、无机高分子材料等制成的半透膜。无机分离膜可以分为致密膜和多孔膜两类按IUPAC制定的标准，多孔无机膜按孔 径范围可分为三大类, 目前已经工业化的 无机膜均为粗孔膜和过滤膜金属膜电阻陶瓷膜净水器 目前，实用的有机高分子膜材料有：纤维素酯类、聚砜类、聚酰胺类及其他材料。从

4、品种来说，已有成百种以上的膜被制备出来，其中约40多种已被用于工业和实验室中。以日本为例，纤维素酯类膜占53，聚砜膜占33.3，聚酰胺膜占11.7，其他材料的膜占2，可见纤维素酯类材料在膜材料中占主要地位。3.2、按结构分类：对称膜（微孔膜、均质膜）、非对称膜、 复合膜（1） 对称膜膜的化学结构、物理结构在各个方向上是一致的，在所有方向上的孔隙率都相似，亦称各向同性膜(isotropic membrane)。对称膜虽是各向同性的，但由于膜结构中对称元素的存在，也可以是各向异性的，如中空纤维的径向各向异性膜，其他构型的横向各向异性膜和双皮层中空纤维膜都是对称膜（2）非对膜当前使用最多的膜具有精密

5、的非对称结构。这种膜具有物质分离最基本的两种性质，即高传质速率和良好的机械强度。它有很薄的表层(0.11m)和多孔支撑层(100200m) ，这非常薄的表层为活性膜，其孔径和表皮的性质决定了分离特性，而厚度主要决定传递速度。多孔的支撑层只起支撑作用，对分离特性和传递速度影响很小，非对称膜除了高透过速度外，还有另一优点，即被脱除的物质大都在其表面，易于清除，（3） 复合膜复合膜或称“薄膜复合”的膜(thinfilm composite membrane)，是当前发展快、研究最多的膜。它最早用于反渗透过程；现已用于气体分离、渗透汽化等膜分离过程。这种膜的选择性膜层（或称活性膜层）沉积于具有微孔的底

6、膜(支撑层)表面上，就像非对称性膜的连续性表皮，只是表层与底层是不同的材料，而非对称膜是同一种材料。复合膜的性能不仅取决于有选择性的表面薄层，而且受微孔支撑材料、结构、孔径、孔分布和多孔率的影响；多孔膜结构的孔隙率愈高愈好，可使膜表层与支撑层接触部分最小，而有利于物质传递。3.3按形状分类（1）平板膜平板膜片 （2）管式膜管式膜主要应用于管式膜组件管式膜组件结构简单、适应性强、压力损失小、透过量大，清洗、安装方便、可耐高压，适宜处理高粘度及稠厚液体。但比表面积小，适于微滤和超滤。3.3中空纤维式膜（3）中空纤维膜 外形像纤维状，具有自主支撑作用的膜。它是非对称膜的一种，其致密层可位于纤维的外表

7、面，如反渗透膜，也可位于纤维的内表面(如微滤膜和超滤膜)。对气体分离膜来说，致密层位于内表面或外表面均可。4.按分离机理分类4.1扩散性膜扩散性膜亦称“分离膜”。一种具有微细多孔结构的金属膜片。微孔可限制普通气流，而容许扩散流通过，因此可以利用质量差异来进行同位素分离。它的研制是气体扩散厂的主要技术关键。 4.2离子交换膜 离子交换膜主要用于荷电物质（通常指电解质）的分离。基本原理是利用阴、阳离子交换膜的选择透过性来分离或浓缩溶液中的电解质。 按离子选择性分： 阳离子交换膜：RSO3H，在水中电离后，呈负电性 阴离子交换膜：RCH2 N（CH3）3OH，电离后，呈正电性4.3选择性膜选择性透过

8、膜是具有活性的生物膜，它对物质的通过既具有半透膜的物理性质，还具有主动的选择性，如细胞膜。因此，具有选择透过性的膜必然具有半透性，而具有半透性的膜不一定具有选择性透过，活性的生物膜才具有选择透过性5.按分离过程分类5.1反渗透膜定义：反渗透过程所用的半透膜，只能透过 水分子，不能透过盐分子。反渗透技术原理是在高于溶液渗透压的作用下，依据其他物质不能透过半透膜 而将这些物质和水分离开来。反渗透膜的膜孔径非常小，因此能够有效地去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物等。系统具有水质好、耗能低、无污染、工艺简单、操作简便等优点。渗透过程示意图聚氨酯在分离膜中的应用6.按孔径大小分类：微滤膜、超滤膜、

9、纳滤膜和反渗透膜6.1纳滤膜纳滤（NF） 是介于超滤与反渗透之间的一种膜分离技术， 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。 纳滤技术最早也是应用于海水及苦咸水的淡化方面。在食品行业中，纳滤膜可用于果汁生产，大大节省能源；在医药行业可用于氨基酸生产、抗生素回收等方面6.2超滤膜超滤（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，当水流过膜表面时，只允

10、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。 超膜系统在污水处理中的应用超滤通常截留分子量范围在1000300000，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。6.3微滤膜一般来说，微滤膜是指一种孔径为0.1-10m，高度均匀，具有筛分过滤作用的特征的多孔固体连续介质。依据微孔形态不同，微滤膜可分为两类：弯曲孔膜和柱状孔膜。弯曲孔膜的孔膜结构为交错连接的曲折孔道的网络，而柱状孔膜的微孔结构为几乎平行的贯穿膜壁的圆柱状毛细孔结构6.4反渗透膜反渗透膜的分类，按驱动力可分为高压、低压和超低压膜

11、；按膜的形状分为平板膜、中空纤维膜和管式膜；根据制膜方式可分为相转化膜和复合膜。另外，还可根据制膜材料及应用对象等进行分类。 反渗透型膜构造上在表层有一很薄的致密层（0.1-1.0m），即脱盐层或活化层，在表层下部是多孔支撑层，厚度为100200m，活化层基本上决定了膜的分离性能，支撑层只是起着活化层的载体作用，基本上不影响膜的分离性能。四.总结分离膜由高分子、金属、陶瓷等材料制造，以高分子材料居多，按其物态又可分为固膜、液膜与气膜三类。气膜分离尚处于实验研究中，液膜已有中试规模的工业应用，主要用于废水处理中。目前大规模工业应用的多为固膜，固膜主要以高分子合成膜为主，高分子膜可制成致密的或多孔的、对称的或不对称的。近年来，无机陶瓷膜材料发展迅猛并进入工业应用，尤其是在微滤、超滤及膜催化反应及高温气体分离中的应用，充分展示了其化学性质稳定、耐高温、机械强度高等优点。陶瓷膜和金属膜亦可以是对称或不对称的，但制备方法完全不同。