超滤的种类、生产方法、应用(yòng)领域
超滤膜的制备材料大體(tǐ)可(kě)分(fēn)為(wèi)有(yǒu)机高分(fēn)子材料和无机材料两大类。有(yǒu)机高分(fēn)子材料由于具有(yǒu)品种多(duō)、韧性好、成本低等点,而且,制膜工艺简单,膜结构形态易于控制,因而成為(wèi)超滤膜制造工业中应用(yòng)最為(wèi)广泛的材料。无机超滤膜进入工业领域较晚,研发时间短,市场应用(yòng)较少。
1.1无机膜的制备方法
无机膜的制备方法主要有(yǒu)固态粒子烧结法和溶胶-凝胶法。
1.1.1固态粒子烧结法 固态粒子烧结法主要用(yòng)于制备微孔陶瓷膜或陶瓷膜载體(tǐ),也适合制备微孔金属膜。它是将无机材料的超细颗粒分(fēn)散在溶剂中,加入适合的无机粘结剂形成稳定的悬浮液,制成坯,后经干燥,然后再在高温下烧结处理(lǐ)得到。
1.1.2溶胶-凝胶法 溶胶-凝胶法是合成无机膜的重要方法,氧化物(wù)薄膜的制备多(duō)采用(yòng)此类方法。它是将无机盐或金属有(yǒu)机化合物(wù)溶于溶剂中,使之发生水解-缩聚反应,生成物(wù)缩合聚集形成溶胶,后经蒸发干燥转变為(wèi)凝胶。这种工艺可(kě)以制备单组分(fēn)和多(duō)组分(fēn)金属氧化物(wù)陶瓷膜且制备的膜孔径较小(xiǎo)。
1.2高分(fēn)子膜的制备方法 主要有(yǒu)烧结法、拉伸法、径迹蚀刻法、相转化法,其中最多(duō)的是相转化法。
1.2.1烧结法 烧结法是最简单的制备多(duō)孔膜的方法,它是将高分(fēn)子粉状颗粒物(wù)压实并在高温下均匀加热,使粉粒熔融但未全熔化,这样便形成一定的孔隙,从而可(kě)以制备出膜。
1.2.2拉伸法 拉伸法适用(yòng)于部分(fēn)在室温下无溶剂的膜材料,主要用(yòng)于聚烯烃平板膜和中空纤维膜的制备,扩宽了膜材料的使用(yòng)范围。它的原理(lǐ)是将薄膜在室温下拉伸,在拉伸方向上便出现狭缝状的细孔,再在较高温度下定型,得到对称性多(duō)孔膜。
1.2.3径迹蚀刻法 径迹蚀刻法是使膜材料接受垂直的高能(néng)粒子辐射,使聚合物(wù)材料受损形成残缺径迹,此后将薄膜浸入刻蚀试剂中,便形成孔,其特点是形成的孔分(fēn)布较為(wèi)均匀。此种方法采用(yòng)的是物(wù)理(lǐ)和化學(xué)双重作用(yòng)来制备膜。相转化法,是按比例配置一定组成的聚合物(wù)均相溶液组成铸膜液,并通过一定的物(wù)理(lǐ)方法改变其热力學(xué)状态,使均相的聚合物(wù)溶液发生相分(fēn)离,它是通过控制相转变来控制膜形态的。相转化法可(kě)以制备出各种结构的膜,是工业上最常用(yòng)的制膜方法,也是制备非对称性膜的主要方法。
1.2.4相转化法 相转化法主要包括浸没沉淀法和热致相分(fēn)离法,常用(yòng)的是浸没沉淀法,其制膜步骤為(wèi):
(1)将高分(fēn)子材料和添加剂溶于溶剂,配制铸膜液;
(2)根据需要流延成平板膜,或通过纺丝法制成中空纤维膜;
(3)物(wù)理(lǐ)方法使膜中的溶剂部分(fēn)蒸发;
(4)将膜浸渍在非溶剂凝固浴中,凝固成型;
(5)热处理(lǐ);
(6)对膜进行预压处理(lǐ)。
超滤膜的工业应用(yòng)十分(fēn)广泛,已成為(wèi)新(xīn)型化工单元操作之一。用(yòng)于分(fēn)离、浓缩、纯化生物(wù)制品、医药制品以及食品工业中;还用(yòng)于血液处理(lǐ)、废水处理(lǐ)和超纯水制备中的终端处理(lǐ)装置。在我國(guó)已成功地利用(yòng)超滤膜进行了中草(cǎo)药的浓缩提纯。
超滤膜随着技术的进步,其筛选功能(néng)必将得到改进和加强,对人类社会的贡献也将越来越大。本文(wén)主要介绍超滤膜在水处理(lǐ),食品工业,医药工业和环境工程中的应用(yòng)。
2.1在水处理(lǐ)中的应用(yòng)
与传统水处理(lǐ)工艺相比,超滤工艺可(kě)以有(yǒu)效地将原水中的大分(fēn)子、胶體(tǐ)、蛋白质、微粒等去除,且当不使用(yòng)化學(xué)或紫外消毒时超滤对病毒仍有(yǒu)很(hěn)好的去除效果,从而降低后续消毒加氯量,减少消毒副产物(wù)的生成量。也就是说,超滤技术不仅是保障饮用(yòng)水微生物(wù)安全性的最有(yǒu)效技术,其还在很(hěn)大程度上提高了饮用(yòng)水化學(xué)安全性。同时其具有(yǒu)使用(yòng)的压力低、产水量大,更便于操作的优点,故超滤技术被称之為(wèi)第三代饮用(yòng)水技术倍受水处理(lǐ)研究者的关注。
2.2在食品工业应用(yòng)
当今社会,食品的质量安全越来越受到人们的关注,膜分(fēn)离技术拥有(yǒu)无毒、无害、无污染的优点,在食品等行业得到广泛的应用(yòng)。例如,在果汁生产中,超滤技术可(kě)以用(yòng)于果汁的澄清过滤。运用(yòng)超滤技术澄清果汁时,可(kě)确保果汁的色度、透光率等,也能(néng)解决了持续化作业的难题。 乳制品行业也经常用(yòng)到超滤膜技术,主要是乳蛋白的回收、脱盐和牛乳的浓缩。目前超滤法已作為(wèi)乳清蛋白回收的标准技术,广泛应用(yòng)于各國(guó)的乳品工业中。超滤法可(kě)去除牛乳中大部分(fēn)的水,简化工艺。对脱脂乳进行浓缩时,超滤法可(kě)以得到蛋白质含量 80%的脱脂浓乳。利用(yòng)超滤膜的选择性,酱油中的氨基酸、盐、等小(xiǎo)分(fēn)子风味物(wù)质透过膜而细菌等大分(fēn)子物(wù)质被截留,可(kě)以获得高澄清度优质酱油。用(yòng)超滤膜能(néng)除去酒及饮料中残留的酵母、细菌保持酒的澄清。
2.3在医药方面的应用(yòng)
以超滤膜技术在中药方面的应用(yòng)来说明[。超滤技术应用(yòng)于中药制剂的精制过程,与传统的醇沉法相比,具有(yǒu)明显的优越性。首先,超滤為(wèi)物(wù)理(lǐ)过程,不加入化學(xué)试剂,对药物(wù)有(yǒu)效成分(fēn)影响小(xiǎo),同时能(néng)减轻环境污染。其次,超滤方法操作简单,可(kě)缩短生产周期,节约成本。由于膜分(fēn)离技术能(néng)最大限度地除去高相对分(fēn)子质量非药效成分(fēn)或低药效成分(fēn),因而是降低中药制剂服用(yòng)剂量、改善制剂的口感和成品质量的有(yǒu)效方法。同时通过滤除在溶液中不稳定的胶团、大分(fēn)子等杂质、热原、鞣质,提高了液體(tǐ)制剂(如注射液、口服液)的澄明度,提高了注射液的安全性。且超滤时无相变,有(yǒu)利于保存中药的生理(lǐ)活性及理(lǐ)化稳定性。近年来,超滤技术在中药领域已有(yǒu)较多(duō)的成功范例。
2.4在环境工程中的应用(yòng)
随着社会经济和工业化的发展,世界各國(guó)都面临着严重的环境问题。作為(wèi)近年来高速发展的一项新(xīn)技术,膜分(fēn)离技术得到了迅猛的发展。其在环境工程中的应用(yòng)主要為(wèi)各种工业过程的污水处理(lǐ)、城市生活污水处理(lǐ)及城市垃圾滤液的处理(lǐ),在含油废水、造纸废水、重金属离子废水中的应用(yòng)较多(duō)。 利用(yòng)超滤膜处理(lǐ)電(diàn)泳废水在我國(guó)汽車(chē)、電(diàn)器工业得到了广泛应用(yòng),通过超滤膜可(kě)将大量金属离子从废水中回收出来重新(xīn)利用(yòng) [21] 。 含油废水的处理(lǐ)乳化油中含有(yǒu)表面活性剂和起有(yǒu)机物(wù),油分(fēn)是以微米大小(xiǎo)的离子存在水中的,重力分(fēn)离和粗粒化法都起不了作用(yòng),而采用(yòng)超滤膜技术,使水和低分(fēn)子有(yǒu)机物(wù)透过膜,除油的同时去除COD(废水中能(néng)被强氧化剂氧化的物(wù)质)及BOD(生化需氧量),从而实现油水分(fēn)离。
在國(guó)外,超滤主要应用(yòng)于饮用(yòng)水处理(lǐ),我國(guó)则主要用(yòng)于工业领域的废水回用(yòng),作為(wèi)反渗透的预处理(lǐ)。在國(guó)内水工业市场,超滤技术已在電(diàn)力、钢铁、化工等工业废水处理(lǐ)领域得到较多(duō)应用(yòng)。
随着经济社会发展,大规模废水处理(lǐ)工程将越来越多(duō),為(wèi)超滤膜技术开辟了广阔的市场空间。在國(guó)外,已经有(yǒu)很(hěn)多(duō)自来水厂应用(yòng)超滤技术生产自来水,在國(guó)内,由于资金等问题还没有(yǒu)应用(yòng)开来。但是随着國(guó)家和地方饮用(yòng)水标准的修订以及新(xīn)规范的出台,超滤技术必将被越来越多(duō)的自来水厂所采用(yòng)。水质污染也逐渐成為(wèi)我國(guó)城市安全供水的最大障碍。城市生活污水处理(lǐ)和中水回用(yòng)将成為(wèi)解决未来城市水资源危机的有(yǒu)效途径之一。因此超滤膜在未来市政污水处理(lǐ)市场将会具有(yǒu)广阔的市场空间。
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