超濾技術

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超濾技術

一 超濾基本原理及操作模式

超濾的基本原理是利用膜的“篩分”作用進行分離的膜過程。在靜壓差的作用下,小于膜孔的粒子通過膜,大于膜孔的粒子則被阻攔在膜的表面上,使大小不同的粒子得以分離,但膜表面的化學性質也是影響超濾分離的重要因素。

超濾的操作模式基本上是死端過濾和錯流過濾兩種。死端過濾只能間歇進行,必須周期性地清除膜表面的污染物層或更換膜,主要用于固體含量較小的流體和一般處理規模,膜大多數被制成一次性濾芯。錯流過濾對于懸浮粒子大小、濃度的變化不敏感,錯流過濾的運行方式比較靈活,既可以間歇運行,又可以實現連續運行,適用于較大規模的應用。

二 膜材料的選擇

超濾膜的膜材料主要有纖維素及其衍生物、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。

成膜材料的化學穩定性決定了膜在酸堿、氧化劑、微生物等的作用下的壽命,另外直接關系到清洗可以采用的方法。同其它常用制膜材料相比較聚偏氟乙烯(PVDF),化學穩定性優異,膜耐次氯酸納等氧化劑的能力在其它材料的10倍以上,體現出了其作為膜材料的優越性。經過特殊的親水化處理,使膜絲具有更好的通量和抗污染性能,因此聚偏氟乙烯(PVDF)是目前制造中空纖維超濾膜的重要材料。

三 超濾的截留性能

由于直接測定超濾膜的孔徑相當困難,所以使用已知分子量的球狀物質進行測定。如膜對被截留物質的截留率大于90%時,就用被截留物質的分子量表示膜的截留性能,稱為膜的截留分子量。實際上,所使用的物質并非絕對的球形,由于試驗條件的限制,所測定的截留率也有一定的誤差,所以截留分子量不能絕對表示膜的分離性能。

常用的基準物質及其相對分子量

基準物質 相對分子量 基準物質 相對分子量 基準物質 相對分子量

葡萄糖 180 維生素B-12 1350 卵白蛋白45000

蔗糖342胰島素5700血清蛋白67000

棉子糖594細胞色素C 12400球蛋白160000

桿菌肽1400胃蛋白酶 35000肌紅蛋白17800

四 超濾膜的制備

高分子超濾膜的制備方法主要為相擴散轉移法(DIPS)、熱致相分離法(TIPS)也可實現聚合物凝膠化。散引起鑄膜液中聚合物相凝膠固化。根據不同的相擴散機理,DIPS法主要可分為溶劑蒸發凝膠法、沉浸凝膠法。

DIPS制膜法可以在相對低溫下完成鑄膜液的制備,擠出成型,制膜過程對設備投入要求和生產成本均較低,在凝膠過程得到良好控制的前題下,可以獲得均勻的多微孔性海綿體結構和相對致密的表層結構,因此所獲得的膜過濾精度高。但是DIPS法所制備的膜由于其成型溫度的關系,機械強度較差,而且凝膠相分離過程不易控制,容易產生大孔、指狀孔缺陷。

TIPS法由于采用相對高溫的制備條件,成膜的聚合物樹脂在溫度條件下結晶形成膜的“骨骼”結構,因此膜往往具有優秀的機械強度。但是TIPS法需要高溫操作,設備投資和制膜成本都相對較高,而且受其成孔機理的制約,不易獲得高過濾精度的超濾級濾膜。

TIPS法克服了傳統的浸沒沉淀法成孔性差,膜強度不高的缺陷,近年來熱致相分離法制膜越來越被國內外所關注。

五 超濾組件設計關鍵

1、組件結構設計,包括布水、產水流道設計;

2、膜絲填充密度;

3、膜絲膠注工藝及控制;

4、運行維護/清洗工藝。

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