膜分离技术发展史
    膜分离是在20世纪初出现，20世纪60年代后迅速崛起的一门分离新技术。膜分离技术由于兼有分离、浓缩、纯化和精制的功能，又有高效、节能、环保、分子级过滤及过滤过程简单易于控制等特征，因此，目前已广泛应用于食品、医药、生物、环保、化工、冶金、能源、石油、水处理、电子、仿生等领域，产生了巨大的经济效益和社会效益，已成为当今分离科学中最重要的手段之一。  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、生物性质上呈现出各种各样的特性。一直以来，膜的概念都没有明确的定义，从事不同领域研究的专家们对于膜的定义理解并不完全相同，不过表达的基本意思是一样的。1984年，Lakshminarayanaiah把膜广义地定义为“起栅栏作用，阻止块体移动而允许一个或几个物类有序通过的相”。膜从广义上可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。
大多数人会认为，膜离我们的生活非常遥远。其实不然，膜分离技术非常贴近我们的日常生活。如水、果汁、牛奶、保健品、中药、茶食品、饮料、调味品等我们随时可能接触到的，都会用到膜分离技术。
   随着国民经济的迅速发展，膜分离技术的应用领域不但会越来越广泛，而且其会被越来越多的人认识和接受。据初步统计，2001年全世界膜和膜组件的销售额已接近80亿美圆，成套设备和膜工程的市场则已达到数百亿美圆，而且每年还在以10%~20%的幅度递增，显示出这一新兴产业的广阔前景。
膜分离技术现状及展望
◎ 膜分离技术现状 
   半个世纪以来，膜分离完成了从实验室到大规模工业应用的转变，成为一项高效节能的新型分离技术。1925年以来，差不多每十年就有一项新的膜过程在工业上得到应用。
   由于膜分离技术本身具有的优越性能，故膜过程现在已经得到世界各国的普遍重视。在能源紧张、资源短缺、生态环境恶化的今天，产业界和科技界把膜过程视为二十一世纪工业技术改造中的一项极为重要的新技术。曾有专家指出：谁掌握了膜技术谁就掌握了化学工业的明天。
   80年代以来我国膜技术跨入应用阶段，同时也是新膜过程的开发阶段。在这一时期，膜技术在食品加工、海水淡化、纯水、超纯水制备、医药、生物、环保等领域得到了较大规模的开发和应用。并且，在这一时期，国家重点科技攻关项目和自然科学基金中也都有了膜的课题。
  目前，这一潜力巨大的新兴行业正在以蓬勃的激情挑战市场，为众多的企业带来了较为显著的经济效益、社会效益和环境效益。
◎ 展望 
   当前，膜分离技术已获得巨大的进展，但它毕竟还是处于上升发展阶段，还有许多工作要我们去做。21世纪的膜科学与技术将进一步改进、完善已有的膜过程，不断探索和开拓新的过程与材料，并不断扩充原有的应用领域，使膜技术发挥发挥更大的作用。
   ※  展望之一 
   我们要致力于将新兴的膜分离技术与传统的工艺技术有机的结合起来，不断将膜技术的研究成果从实验室推向产业化应用。
   ※  展望之二 
   我们要致力于研究新的膜材料，开发研究新的聚合膜材料。
   ※  展望之三    我们要致力于研究开发新的成膜工艺，进一步制备超薄、高度均匀、无缺陷的非对称膜皮层技术与工艺。
   ※  展望之四 
   我们要致力于将无机膜的发展推向前。无机膜由于拥有其他聚合物膜所无法具有的一些优点，如：无机膜具有耐酸、碱、耐有机溶剂，化学稳定性好，机械强度大，抗微生物污染能力强，耐高温，孔径分布窄，分离效率高等，而受到学术界和工业化应用越来越多的重视。在以后的发展过程中，研究无机膜的新材料、新工艺是必然的趋势。
   ※  展望之五 
   无论在学术上还是工业化应用当中，微滤、超滤、纳滤、反渗透、电渗析、气体分离、渗透汽化等课题的研究都将是重中之重。
膜分离技术特点
    膜分离过程是一个高效、环保的分离过程，它是多学科交叉的高新技术，它在物理、化学和生物性质上可呈现出各种各样的特性，具有较多的优势。
   与传统的分离技术如蒸馏、吸附、吸收、萃取、深冷分离等相比，膜分离技术具有以下特点：  ◇ 高效的分离过程

   它可以做到将相对分子量为几千甚至几百的物质进行分离（相应的颗粒大小为纳米级）。

   ◇ 低能耗

   因为大多数膜分离过程都不发生相的变化，相变化的潜热是很大的。传统的冷冻、萃取和闪蒸等分离过程是发生相的变化，通常能耗比较高。

   ◇ 接近室温的工作温度

   多数膜分离过程的工作温度在室温附近，因而膜本身对热过敏物质的处理就具有独特的优势。目前，尤其是在食品加工、医药工业、生物技术等领域有其独特的推广应用价值。

   ◇ 品质稳定性好

   膜设备本身没有运动的部件，工作温度又在室温附近，所以很少需要维护，可靠度很高。它的操作十分简便，而且从设备开启到得到产品的时间很短，可以在频繁的启、停下工作。相比传统工艺可显著缩短生产周期。

   ◇ 连续化操作

   膜分离过程可实现连续化操作过程，满足工业化生产的实际需要。

   ◇ 灵活性强

   膜设备的规模和处理能力可变，易于工业逐级放大推广应用。膜分离装置可以直接插入已有的生产工艺中，易与其它分离过程结合，方便进行原有工艺改建和上下工艺整和。  
◇ 纯物理过程 
   膜分离是纯物理过程，不会发生任何的化学变化，更不需要外加任何物质，如助滤剂、化学试剂等。
   ◇ 环保 
   膜分离设备制作材质清洁、环保，工作现场清洁卫生，符合国家产业政策。

膜分离过程的基本特征 
    离技术以其节能效果显著、设备简单、操作方便、容易控制而受到广大用户的普遍欢迎。选择适当的膜分离过程，可替代鼓式真空过滤、板框压滤、离子交换、离心分离、溶媒抽提、静电除尘、袋式过滤、吸附/再生、絮凝/共聚、倾析/沉淀、蒸发、结晶等多种传统的分离与过滤方法。

下表：目前已经实现工业化应用的几种膜分离过程的基本特征

过程	分离目的	截留组分	透过组分在料液中含量	推动力	膜类型	进料和透过物的物态
微滤	溶液脱粒子、气体脱粒子	0.02～10μm粒子	大量溶剂及少量溶质	压力差	多孔膜和非对称膜	液体或气体
超滤或纳滤	溶液脱大分子、大分子溶液脱小分子、大分子分级	1～20nm大分子溶质	大量溶剂和少量小分子溶质	压力差	非对称膜	液体
反渗透	溶剂脱溶质、含小分子溶质溶液浓缩	0.1～1nm小分子溶质	大量溶剂	压力差	非对称膜或复合膜	液体

常用的膜分离过程----微滤
◎ 微滤膜过滤技术概况    微
滤膜过滤技术，使过滤从一般比较粗糙的相对性质，过渡到精密的绝对性质。它可以分为表面型和深层型两类。
   我国的微滤膜技术的研制和生产起步较晚，70年代以前我国几乎没有专业的人员在从事这方面的研究。在十几年的发展之后，我国在这方面取得了显著的成绩。微滤膜、微滤组件单元及其相应的配套设备，在质量、品种、规格等方面可达到国际先进水平。微滤的总销售额比所有其他膜过程之和还要大，年销售额目前已达到15亿美圆。特别是通过国家“七五”和“八五”重大科技项目攻关后，使我国微滤膜及其配套部件又有了新的长足的发展。

    ◎ 微孔滤膜处理流体的两种方式  

    ◎ 微孔滤膜应用范围

   鉴于微孔滤膜的分离特征，微孔滤膜的应用范围主要是从气相和液相中截留微粒、细菌以及其他污染物，以达到净化、分离、浓缩的目的。

   具体涉及领域主要有：医药工业、食品工业（明胶、葡萄酒、白酒、果汁、牛奶等）、高纯水、城市污水、工业废水、饮用水、生物技术、生物发酵等。

常用的膜分离过程----超滤

◎ 超滤膜发展概述 
  超滤膜是介于微滤和纳滤之间的一种膜过程，它利用的是筛分原理分离，对有机物截留分子量从 10000～100000 Dalton可选，适用于大分子物质与小分子物质分离、浓缩和纯化过程。

   最早使用超滤膜的是天然动物脏器薄膜。历史上1861，1867，1907，1960，1963，1965，都是超滤膜技术取得进展的年份。我国在超滤技术上的应用，最先是研制出来管式超滤膜及组件。

   根据资料显示，1990年世界膜市场中超滤及相关装置的年销售额已达3.54亿美圆。随着膜工业的快速发展，膜工业中超滤这一分支，也必将显示出它的应用前景。

 ◎ 超滤的应用

   早期的工业超滤应用于废水和污水处理。三十多年来，随着超滤技术的发展，如今超滤技术已经涉及食品加工、饮料工业、医药工业、生物制剂、中药制剂、临床医学、印染废水、食品工业废水处理、资源回收、环境工程等众多领域。

常用的膜分离过程----纳滤

◎ 纳滤的发展概述 
   20世纪80年代末，随着新的制膜方法（如界面聚合法）的出现和制膜工艺的不断改进，一批新型复合膜（如疏松型反渗透膜和致密型超滤膜）得以问世，并受到极大的关注，现在人们习惯上将这类膜称为纳滤膜。

   顾名思义，是指具有“纳米级孔”的膜，它介于超滤和反渗透之间，对有机物截留分子量从200～1000 Dalton可选。  

   ◎ 纳滤膜组件

   纳滤膜组件的形式分类方法与反渗透一样，也有卷式、中空纤维式、管式、板式等多种。然而根据长期工业化应用总结，工业上应用最多的还卷式膜组件，它占据了绝大部分的纳滤市场。   

   ◎ 纳滤膜应用领域

   ◇ 食品工业

   ◇ 植物深加工

   ◇ 饮料工业

   ◇ 农产品深加工

   ◇ 生物医药

   ◇ 生物发酵

   ◇ 精细化工

   ◇ 环保工业

常用的膜分离过程----反渗透
◎ 反渗透技术特点

   反渗透技术是当代先进的水处理脱盐技术。反渗透膜分离技术是利用反渗透膜原理进行分离的，具体特点如下：

   ◇ 在常温不发生相变的条件下，可以对溶质和水进行分离，适用于对热敏感物质的分离、浓缩，并且与有相变化的分离方法相比，能耗较低。

   ◇ 反渗透膜分离技术杂质去除范围广。

   ◇ 较高的脱盐率和水回用率，可截留粒径几个纳米以上的溶质。

   ◇ 利用低压作为膜分离动力，因此分离装置简单，操作、维护和自控简便，现场安全卫生。   

    ◎ 反渗透基本原理

   渗透是水从稀溶液一侧通过半透膜向浓溶液一侧自发流动的过程。半透膜只允许水通过，而阻止溶解固形物（盐）的通过。见图-a

   浓溶液随着水的不断流入而被不断稀释。当水向浓溶液流动而产生的压力足够用来阻止水继续净流入时，渗透处于平衡状态，即达到动态平衡。此时，半透膜两侧的压力差即为渗透压。见图-b

   当在浓溶液液上外加压力，且该压力大于渗透压时，则浓溶液中的水就会克服渗透压而通过半透膜流向稀溶液，使得浓溶液的浓度更大，这一过程就是渗透的相反过程，称为反渗透。见图-c  

◎ 反渗透应用领域

由于反渗透分离技术的先进、高效和节能的特点，在国民经济各个部门都得到了广泛的应用，主要应用于水处理和热敏感性物质的浓缩，主要应用领域包括以下：

   ◇ 食品工业

   ◇ 饮料工业

   ◇ 植物（农产品）深加工

   ◇ 生物医药

   ◇ 生物发酵

   ◇ 制备饮用水、纯水、超纯水

   ◇ 海水、苦咸水淡化

   ◇ 电力、电子、半导体工业用水

   ◇ 医药行业工艺用水、制剂用水、注射用水、无菌无热源纯水

   ◇ 食品饮料工业、化工及其它工业的工艺用水、锅炉用水、洗涤用水及冷却用水

膜应用工艺介绍

    许多膜分离过程是基于不同的分离原理或机理，分离的物质可以从颗粒一直到分子。尽管存在这么大的差异，然而所有的膜过程都有一个共同点，那就是需要应用到膜。  

   ※※ 膜分离过程是以膜为分离介质，在膜两侧存在某中推动力（如：压力差、浓度差、电位差等）时，原料液组分选择性的透过膜，以达到分离、提纯的目的。  

   液体膜分离过程主要是指微滤、超滤、纳滤和反渗透过程。这些压力推动膜分离过程可用于溶液的净化、提取、分离及浓缩。从微滤、超滤、纳滤和反渗透，被分离的分子或颗粒的尺寸越来越小，因此膜孔径必须越来越小，这也意味着摸的传质阻力增加，所以操作压力也是逐渐增大，以获得相似的通量。