一、概述

    膜分離是指借助膜的選擇滲透作用，在外界能量或化學位差的推動下對混合物中溶質(zhì)和溶劑進行分離、分級、提純和富集。與其他傳統(tǒng)的分離方法相比，膜分離具有過程簡單、經(jīng)濟性較好、往往沒有相變、分離系數(shù)較大、節(jié)能、、無二次污染、可在常溫下連續(xù)操作、可直接放大、可專一配膜等優(yōu)點。另外膜過程特別適用于熱敏性物質(zhì)的處理，所以在食品加工、醫(yī)藥、生化技術等領域具有*的適用性。膜分離技術被認為是20世紀末至21世紀中期zui有發(fā)展前途的高新技術之一。

    當今,膜產(chǎn)品的世界年銷售額已經(jīng)超過100億美元。而且年增長率在20％ 左右。膜分離技術作為一種新興的分離技術，現(xiàn)在已被廣泛應用于化工、環(huán)保、電子、輕工、紡織、石油、食品、醫(yī)藥、生物技術、能源工程等。國外有關專家甚至把膜分離技術的發(fā)展稱為“第三次工業(yè)革命”。

    目前我國研究所涉及的領域遍及膜科學與技術，從材料的應用到產(chǎn)品的開發(fā)等各方面。經(jīng)過20年的努力我國在膜分離技術的研究開發(fā)方面已涌現(xiàn)出一批具有應用價值，接近或達到先進水平的成果。如空氣中有機蒸氣的膜法脫除與回收技術；無機膜反應分離技術；集成分離技術等。但從總體上講，我國的膜分離技術和*水平相比還有不小的差距，還有待于進一步研究開發(fā)。

    二、膜分離的歷史

    人們對膜進行科學研究則是近幾十年來的事。其發(fā)展的歷史大致為：20世紀30年代微孔過濾；40年代透析；50年代電滲析；60年代反滲透；70年代超濾和液膜；80年代氣體分離；90年代滲透汽化。此外，以膜為基礎的其它新型分離過程，以及膜分離與其它分離過程結合的集成過程也日益得到重視和發(fā)展。

    我國的膜科學技術開始于1958年離子交換膜的研究，20世紀60年代研究反滲透膜，曾組織全國海水淡化會戰(zhàn)，大大地促進了我國膜科學技術的發(fā)展；70年代就已開發(fā)出反滲透、超濾、微濾和電滲析等器件設備，隨后投入工業(yè)應用；80年代繼續(xù)發(fā)展液體分離之外，氣體膜分離和滲透汽化等也進入開發(fā)和研究階段，有的已工業(yè)應用或建成中試裝置，其他新技術也在不斷研究開發(fā)之中。

    一、膜分離的現(xiàn)狀

    半個世紀以來，膜分離從實驗室到大規(guī)模工業(yè)應用的轉變以來，每10年就有一種新型的膜技術得到工業(yè)應用。

    1、微濾技術

    微濾是所有膜過程中應用zui普遍，總銷售額zui大的一項技術，主要用于制藥行業(yè)的過濾除菌；高純水的制備是目前微濾技術應用的第二大市場。近年來在食品工業(yè)的許多領域已實現(xiàn)工業(yè)化，可用于明膠和葡萄糖的澄清；替代傳統(tǒng)的硅藻土過濾果汁，效果與超濾相同；微濾在飲用水生產(chǎn)和城市污水處理等方面具有潛在的市場。此外，隨著生物技術工業(yè)的發(fā)展，用來濃縮和分離發(fā)酵液中的生物產(chǎn)品，微濾在這一領域的市場也將越來越大。

    2、超濾技術

    電子工業(yè)集成電路生產(chǎn)和醫(yī)藥工業(yè)用水過程已廣泛應用超濾技術，其主要采用中空纖維組件，膜滲透梳率大，能耗低。超濾還應用在食品和醫(yī)藥工業(yè)，乳清超濾回收其中的蛋白質(zhì)，是乳品工業(yè)中應用zui大的一個領域，牛奶經(jīng)超濾可增加奶酪得率，該工藝正逐步取代傳統(tǒng)工藝，將有很大經(jīng)濟效益。國外廣泛采用超濾技術澄清果汁，我國尚未普及。超濾具有能保持其生物活性及回收率高的優(yōu)點，在這一領域的應用將隨基因工程技術產(chǎn)業(yè)的增長而增長。

    3、反滲透技術

    反滲透技術已成為海水和苦咸水淡化、純水和超純水制備及物料預濃縮的手段，而且隨著性能優(yōu)良的反滲透膜及膜組件的工業(yè)化，反滲透技術的應用范圍從zui初的脫鹽放大到電子、化工、醫(yī)藥、食品、飲料、冶金和環(huán)保等領域。隨著該項技術的全面推廣，反滲透技術將成為21世紀解決缺水地區(qū)飲用水的主要手段。

    現(xiàn)正在開發(fā)反滲透技術在化工和石油化工工藝用水的生產(chǎn)和再利用，廢液處理，水、有機液體的分離，電鍍漂洗水再利用和金屬回收。食品工業(yè)正用反滲透技術開發(fā)奶品加工、糖液濃縮、果汁和乳品加工、廢水處理、生產(chǎn)低度酒和啤酒。

    4、納濾技術

    納濾是在反滲透基礎上發(fā)展起來的新型分離技術，雖然市場開拓的歷史僅有10 多年，但它在水軟化，抗生素、多糖、染料等的純化分離和濃縮領域得到了較好的應用，可替代或部分替代沉淀、蒸發(fā)和pH調(diào)節(jié)等工藝，成為生物制藥和精細化工的重要節(jié)能單元操作。納濾還可用于食品脫色、氨某酸分離、多肽的純化及濃縮。

    5、滲析和電滲析技術

    滲析也稱透析，是zui早被發(fā)現(xiàn)和研究的膜現(xiàn)象。滲析技術主要用于脫除溶液中的低分子組分，如從血清蛋白和疫苗中脫除鹽和其他小分子溶質(zhì)。雖然滲析技術一度由于超濾技術的發(fā)展而被取代，但近年來隨著人工腎的開發(fā)而得到廣泛的重用，成為醫(yī)療的重要手段之一，用于從腎衰竭或尿毒癥患者血液中脫除代謝產(chǎn)物，每年拯救近百萬人的生命。

    6、氣體膜分離技術

    氣體膜分離技術可廣泛用于膜法提氫，膜法富氧、富氮，工業(yè)氣體脫濕，天然氣脫濕，提氦以及脫除有機蒸氣、二氧化碳和硫化氫等。已成功和正在開發(fā)的工業(yè)應用領域有：

    （1）合成氨弛放氣中H2的回收此技術現(xiàn)已成功，但應預先脫除可冷凝氣體H2O和NH3；

    （2）O2/N2富集工業(yè)中可富集95％N2。高選擇性膜將改善膜法在空氣富氮領域中的地位；

    （3）酸性氣體/碳氫化合物 已成功從生物氣中回收CO2，但可冷凝的有機物應預先除去，需合適的分離系數(shù)以保證產(chǎn)率。從酸性氣體中脫H2S沒有現(xiàn)成的裝置，但目前正在開發(fā)的膜可以應用。

    7、無機膜

    無機膜主要包括陶瓷膜、金屬氧化物膜（如Υ-Al2O3、ZnO、TiO2）和金屬膜等，它適合在高壓、高溫、高粘度，高固體含量、高氯化物含量和苛刻pH條件下使用。因此，它在石油化工、食品、冶金、環(huán)境工程、生物工程等領域應用前景廣闊。

    我國的無機膜經(jīng)過5年的努力，陶瓷微濾膜和超濾膜從無到有，初步實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，膜材料的技術指標和膜裝置的規(guī)模與自控水平均達到先進技術水平。今后我國的無機膜將在氣體分離與凈化，以及通過無機膜與其他工藝結合，改造傳統(tǒng)工藝等方面發(fā)揮重要的作用，逐漸形成以無機膜為核心的新集成應用技術。

    結語

    膜分離作為一種新型的分離單元操作過程，經(jīng)過30年的發(fā)展，在技術進步、產(chǎn)品結構調(diào)整、節(jié)省能耗及污染治理方面日益顯示出其強大的生命力和競爭能力，已具有較高的水平。當今，膜分離已發(fā)展成產(chǎn)業(yè)化的節(jié)能分離過程和先進的單元操作過程。

    目前已經(jīng)成熟和不斷研發(fā)出來的微濾、超濾、反滲透、納濾、滲析、電滲折、氣體分離、滲透汽化、無機膜等技術正在廣泛用于石油、化工、壞保、能源、電子等行業(yè)中，并產(chǎn)生了明顯的經(jīng)濟和社會效益，但目前，膜技術的發(fā)展受到了幾個方面的制約：一是膜產(chǎn)品的價格；二是膜污染；再有就是膜分離性能的提高。如果在這幾方面的問題能更好的解決的話，膜分離技術將會在國民經(jīng)濟中發(fā)揮更為重要的作用，特別是它將對21世紀的工業(yè)技術改造，起著重要的戰(zhàn)略作用,它將在人類社會的發(fā)展*起到不可替代的重要作用。