1.0 概述

1.1 膜和膜分离过程定义

        膜分离是一门新兴的跨学科的高新技术。膜的材料涉及无机化学和高分子化学；膜的制备、分离过程的特征、传递性质和传递机理属于物理化学和数学研究范畴；膜 分离过程中涉及的流体力学、传热、传质、化工动力学以及工艺过程的设计，主要属于化学工程研究范畴；从膜分离主要应用的领域来看，还涉及生物学、医学以及 与食品、石油化工、环境保护等行业相关的学科。

       膜分离过程已成为工业上气体分离、水溶液分离、化学品和生化产品的分离与纯化的重要过程。广泛应用于食品、饮料加工过程、工业污水处理、大规模空气分离、湿法冶金技术、气体和液体燃料的生产以及石油化工制品生产等。

       膜从广义上可以定义为两相之间的一个不连续区间。这个区间的三维量度中的一度和其余两度相比要小的多。膜一般很薄，厚度从几微米、几十微米至几百微米之间，而长度和宽度要以米来计量。

       膜可以是固相，液相，甚至是气相的。用各种天然或人工材料制造出来的膜品种繁多，在物理、化学和生物性质上呈现出多样的特性。膜可以对双组分或多组分体系进行分离，分级，提纯或浓缩。

        大部分的分离膜都是固体膜。目前，无论从产量、产值、品种、功能或应用对象来讲，固体膜都占99%以上，其中尤以有机高分子聚合物材质制成的膜及其分离过程为主。无机膜进来发展迅速。液膜也有其独特的优点，但仍有待发展。气体在理论上可以构成分离膜，但研究它的人很少。

      物质选择透过膜的能力可分为两类。一种是借助外界能量，物质发生由低位向高位的流动。另一种是以化学位差为推动力，物质发生由高位向地位的流动。

1.2 膜和膜分离过程的发展概况

1.3 膜

1.3.1 材料和分类

        具有分离功能的固体膜目前主要以有机高分子聚合物为膜材料。以无机物为膜材料的分离膜近年来发展迅速。

        膜的种类和功能繁多，比较通用的有以下四种分类方法。

1.3.1.1 按膜的材料分类

       天然膜：生物膜（生命膜），天然物质改性或再生而制成的膜

       合成膜：无机膜，高分子聚合物膜

1.3.1.2 按膜的结构分类

       多孔膜：微孔介质，大孔膜

       非多孔膜：无机膜，聚合物膜

       多孔膜和非多孔膜也可按晶型区分为结晶型和无定型。

       液膜：无固相支撑型（又称乳化液膜），有固相支撑型（又称固定膜或支撑液膜）

1.3.1.3 按膜的用途分类

       气相系统中的膜：伴有表面流动的分子流动，气体扩散，聚合物膜中溶解扩散流动，在溶剂化的聚合物膜中的扩散流动

       气-液系统中用膜：大孔结构（移去气流中的雾沫夹带或将气体引入液相），微孔结构（制成超细孔的过滤器），聚合物结构（气体扩散进入液体或从液体中移去某种气体，如血液氧化器中氧和二氧化碳的移动）

       液-液系统用膜：气体从一种液相进入另一种液相，溶质或溶剂渗透从一种液相进入另一液相液膜

       气-固系统用膜：过滤器中用膜以除去气体中的微粒

       液-固系统用膜：用大孔介质过滤污浆，生物废料的处理，破乳

       固-固系统用膜：基于颗粒大小的固体筛分

1.3.1.4 按膜的作用机理分类

       吸附性膜：多孔膜（多孔石英玻璃，活性炭，硅胶和压缩粉末等），反应膜（膜内含有能与渗透过来的组分起反应的物质）

       扩散性膜：聚合物膜（扩散性的溶解流动），金属膜（原子状态的扩散），玻璃膜（分子状态的扩散）

       离子交换膜：阳离子交换膜，阴离子交换膜

       选择渗透膜：渗透膜，反渗透膜，电渗析膜

       非选择性膜：加热处理的微孔玻璃，过滤型的微孔膜

1.3.2 主要制备方法

       分离膜的性能是由膜材料及其结构形态决定的，而后者取决于膜的制备方法。有不少性能优异的分离膜，膜材料早已公开，但仍只有掌握其制备技术的公司才能生产出来。因此，真正的分离膜的内涵应包括材料和制膜工艺两部分。

1.3.2.1 有机分离膜的制备

       由于有机聚合物性质不同，膜的结构和形状不同，膜的制备方法有很多种，如热压成型法、相转化法、浸涂法、辐照法、表面化学改性法、拉伸成型法、等离子聚合法、核径迹法、动力形成法等等。在膜分离过程中用的最多的是非对称膜，L-S沉浸凝胶法是最主要的制备非对称膜的方法。

1.4 膜分离过程

1.5 膜分离应用