安之源超滤膜技术.doc

安之源超滤膜分离技术一、安之源超滤膜分离技术1.1超滤膜过滤原理超滤是一种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，当原液流过膜表面时，超滤膜表面密布的许多细小的微孔只允许水及小分子物质通过而成为透过液，而原液中体积大于膜表面微孔径的物质则被截留在膜的进液侧，成为浓缩液因而实现对原液的净化、分离和浓缩的目的，参见图1-1。1：超滤膜过滤原理1.2超滤膜材料及特性目前制造中空纤维超滤膜的重要材料有聚丙烯腈（PAN）、聚砜（PSF）、聚醚砜（PES）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚氯乙烯（PVC）等。a)PVC膜-具有优良的化学稳定性，有耐酸、耐碱以及耐水解的性能，能广泛应用于各种领域；-膜丝具有很好的强度和柔韧性，不容易断裂；-膜丝内外表面平整、光滑，有光泽，膜丝不易污染；-PVC膜材料是国内的食品级材料，并且通过亲水改性，具有很强的抗污染性。b)PVDF膜-耐紫外线和γ射线辐射，有优良的耐污染和化学侵蚀性能；-耐热温度可以达成140℃，可采用超高温的蒸汽和环氧乙烷杀菌消毒；-能在较宽的PH（1-13）范围内使用，可以在强酸和强碱和各种有机溶剂条件下使用。c)合金PAN膜比传统的PVC、PVDF、PES、PSF膜更好寿命长、是其他膜的1倍以上；滤精度高、100%的过滤细菌和病毒；通水量比其他膜高于正常流量等；保存时间长，以干膜的形式储藏等优点1.3膜材料的改性通过改性，可以使膜材料达成预期的某种性能规定，如提高机械强度，改善亲水性和改变荷电性等。常见的改性方法重要有接枝改性和共混改性，使用PAN共混改性后制成的超滤膜通常称之为改性PAN或合金PAN膜1.4膜的亲水性和疏水性一般而言，膜的分离体系均为水相体系。亲水性的膜表面与水形成氢键，使之处在有序结构，当疏水溶质要接近膜表面，必须打破这种有序结构，显然不易进行，所以膜面不易被污染。而疏水膜表面上的水无氢键作用，疏水溶质接近膜表面是个增熵自发过程，则膜易被疏水溶质污染。膜的亲水性和疏水性可用表面接触角来量度，接触角小，表白其亲水性好。1.5超滤膜的性能表征超滤膜的性能通常是指膜的物化性能和分离透过性能，物化性能重要涉及膜的机械强度、耐化学药品、耐热温度范围和合用pH值范围等。分离透过性能重要指膜的水通量和切割分子量及截留率。1.5.1超滤膜的水通量：a)纯水通量：反映了超滤膜的透水性能，通常是指在25℃水温和0.1MPa水压下，单位时间内、单位膜面积所透过纯水的体积。（单位：升/小时.平方米.0.1MPa）b)设计产水量：指单支超滤膜组件在标准的操作条件下的稳定产水量，通常由超滤膜厂商提供应工程公司进行超滤系统工程设计参考，设计产水量涉及了进水水质、水温、操作压力、进出水流量、pH值、耐相关化学物质等各种因素对超滤膜水通量的影响。此外，超滤膜的水通量还与膜材料、膜丝结构、切割分子量、孔隙率、孔径分布等许多因素有关，水通量指标重要依靠超滤膜厂家的生产工艺来控制。1.5.2超滤膜丝结构：超滤膜属非对称膜，其膜的断面结构重要有三层：a)多孔致密层：超滤膜起重要分离作用的就是多孔致密层，致密层的厚度直接影响膜的水通量，致密层越薄相应的水通量越大，但太薄会影响膜丝的机械强度。致密层上孔径大（切割分子量大），孔径分布带宽则水通量也大，但其透过的物质体积也大，在相同切割分子量的情况下，单位膜面积上的微孔数量多即孔隙率大则水通量也大。b)多孔支撑层：多孔支撑层起支撑作用，其结构和所用的膜材质性能对水通量有一定影响。c)过渡层：过渡层处在多孔支撑层与致密层之间，重要由海绵状的小孔组成，其直径约为0.2-0.4um之间，在超滤膜使用过程中被压密而影响膜的水通量，过渡层厚度越薄则对水通量的影响则越小。合理的超滤膜层结构不仅可以提高水通量，并且不易污染，膜性能恢复性好，目前常用的中空纤维超滤膜结构按致密层位置不同重要分为内单皮层、外单皮层和双皮层三种：图1-2超滤膜丝的断面结构内单皮层结构的超滤膜丝是自内向外渗透，外单皮层结构的膜丝渗透方向相反，双皮层结构的超滤膜丝其渗透方向可以是自外向内，也可以是自膜丝内向外渗透，双皮层结构超滤膜丝机械强度好，可以使用顺冲法和反冲法进行清洗。1.5.3过滤精度：超滤过程中起分离作用的是膜丝上的多孔的致密皮层决定的，一般以致密皮层上微孔径大小和孔径的分布来衡量膜的分离透过性能：a)截留率（R0）与切割分子量（MWCO）：膜丝上微孔的形状和大小并非完全一致的，常使用截留率和切割分子量两个参数共同来衡量，截留率是指溶液中被截留的特定溶质的量所占溶液中特定溶质总量的比率。当90%的溶质被膜截留时，在截留曲线所相应当类溶质的最小分子量即为该膜的切割分子量。超滤膜的孔径大约在0.002至0.1微米之间，其相应的切割分子量约为1，000—