超滤技术

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超滤技术

一 超滤基本原理及操作模式

超滤的基本原理是利用膜的“筛分”作用进行分离的膜过程。在静压差的作用下,小于膜孔的粒子通过膜,大于膜孔的粒子则被阻拦在膜的表面上,使大小不同的粒子得以分离,但膜表面的化学性质也是影响超滤分离的重要因素。

超滤的操作模式基本上是死端过滤和错流过滤两种。死端过滤只能间歇进行,必须周期性地清除膜表面的污染物层或更换膜,主要用于固体含量较小的流体和一般处理规模,膜大多数被制成一次性滤芯。错流过滤对于悬浮粒子大小、浓度的变化不敏感,错流过滤的运行方式比较灵活,既可以间歇运行,又可以实现连续运行,适用于较大规模的应用。

二 膜材料的选择

超滤膜的膜材料主要有纤维素及其衍生物、聚碳酸酯(PC)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚砜(PS)、聚丙烯腈(PAN)、聚酰胺(PA)、聚丙烯(PP)、磺化聚砜(PES)、聚乙烯醇(PVA)等等。

成膜材料的化学稳定性决定了膜在酸碱、氧化剂、微生物等的作用下的寿命,另外直接关系到清洗可以采用的方法。同其它常用制膜材料相比较聚偏氟乙烯(PVDF),化学稳定性优异,膜耐次氯酸纳等氧化剂的能力在其它材料的10倍以上,体现出了其作为膜材料的优越性。经过特殊的亲水化处理,使膜丝具有更好的通量和抗污染性能,因此聚偏氟乙烯(PVDF)是目前制造中空纤维超滤膜的重要材料。

三 超滤的截留性能

由于直接测定超滤膜的孔径相当困难,所以使用已知分子量的球状物质进行测定。如膜对被截留物质的截留率大于90%时,就用被截留物质的分子量表示膜的截留性能,称为膜的截留分子量。实际上,所使用的物质并非绝对的球形,由于试验条件的限制,所测定的截留率也有一定的误差,所以截留分子量不能绝对表示膜的分离性能。

常用的基准物质及其相对分子量

基准物质 相对分子量 基准物质 相对分子量 基准物质 相对分子量

葡萄糖 180 维生素B-12 1350 卵白蛋白45000

蔗糖342胰岛素5700血清蛋白67000

棉子糖594细胞色素C 12400球蛋白160000

杆菌肽1400胃蛋白酶 35000肌红蛋白17800

四 超滤膜的制备

高分子超滤膜的制备方法主要为相扩散转移法(DIPS)、热致相分离法(TIPS)也可实现聚合物凝胶化。散引起铸膜液中聚合物相凝胶固化。根据不同的相扩散机理,DIPS法主要可分为溶剂蒸发凝胶法、沉浸凝胶法。

DIPS制膜法可以在相对低温下完成铸膜液的制备,挤出成型,制膜过程对设备投入要求和生产成本均较低,在凝胶过程得到良好控制的前题下,可以获得均匀的多微孔性海绵体结构和相对致密的表层结构,因此所获得的膜过滤精度高。但是DIPS法所制备的膜由于其成型温度的关系,机械强度较差,而且凝胶相分离过程不易控制,容易产生大孔、指状孔缺陷。

TIPS法由于采用相对高温的制备条件,成膜的聚合物树脂在温度条件下结晶形成膜的“骨骼”结构,因此膜往往具有优秀的机械强度。但是TIPS法需要高温操作,设备投资和制膜成本都相对较高,而且受其成孔机理的制约,不易获得高过滤精度的超滤级滤膜。

TIPS法克服了传统的浸没沉淀法成孔性差,膜强度不高的缺陷,近年来热致相分离法制膜越来越被国内外所关注。

五 超滤组件设计关键

1、组件结构设计,包括布水、产水流道设计;

2、膜丝填充密度;

3、膜丝胶注工艺及控制;

4、运行维护/清洗工艺。