關(guān)于強(qiáng)化膜過濾技術(shù)展望

摘要：本文分析膜濾技術(shù)發(fā)展的限制因素，并總結(jié)了膜濾強(qiáng)化方法，對今后強(qiáng)化膜過濾的發(fā)展方向提出了自己的看法。

關(guān)鍵詞：強(qiáng)化膜過濾附加場濃差極化

膜分離技術(shù)由于具有常溫下操作，無相態(tài)變化，高效節(jié)能，在生產(chǎn)過程不產(chǎn)生污染等特點，因此在飲用水凈化、工業(yè)用水處理、食品與飲料用水除菌，生物活性物質(zhì)回收與精制等方面得到應(yīng)用，井迅速推廣到紡織、化工、電力、食品、冶金、石油、機(jī)械、生物、制藥、發(fā)酵等各個領(lǐng)域。分離膜因其獨特的結(jié)構(gòu)，在環(huán)境保護(hù)和水資源再生方面異軍突起。在環(huán)境工程，特別是水處理方面有著廣泛的應(yīng)用前景。在中國，膜技術(shù)主要應(yīng)用在水資源領(lǐng)域，在水處理中的應(yīng)用己經(jīng)占其所有應(yīng)用的70%—80%。由于其突出的優(yōu)點，膜技術(shù)已經(jīng)成為在水處理領(lǐng)域最先進(jìn)、最有發(fā)展前途的技術(shù)之一。

膜分離技術(shù)是當(dāng)前人類解決所面臨的能源、資源、環(huán)境等重大問題的一項嶄新的高科技工程技術(shù)。但是在實際工藝應(yīng)用中，濃差極化和膜污染兩大因素制約了膜濾技術(shù)的推廣與應(yīng)用。對膜濾過程的強(qiáng)化是膜技術(shù)應(yīng)用中的重要一環(huán)。由于各種流體成分的復(fù)雜性及膜材料性能各異性，至今對膜濾強(qiáng)化尚未提出一種普適性的措施。

1 分析

綜合分析各種膜濾強(qiáng)化方法，加入添加物和膜表面的改性強(qiáng)化，由于受分離物料或膜材料限制，實際應(yīng)用范圍有限。而且當(dāng)膜表面一旦形成沉積層后，膜表面改性將不會任何作用。附加場或附加裝置強(qiáng)化，雖然強(qiáng)化效果較好，但由于附加場這種方法適用的物料比較狹窄，組分應(yīng)具有相同的電性，物料的導(dǎo)電率要低，工業(yè)放大困難。而附加裝置強(qiáng)化如促進(jìn)器會使系統(tǒng)的軸向壓降增加，而且拆洗困難。脈動流方法由于部分流體反向流動，使過濾能力有所下降，而且必須在膜組件安裝一套脈動發(fā)生裝置。動態(tài)膜雖使主體流可以非常好的混合，有高的壁面剪切速度，但旋轉(zhuǎn)裝置將消耗大量的能量，組件難以密封和維修，膜的反沖和更換困難，亦難以工業(yè)放大?？梢?，附加場或附加裝置各種強(qiáng)化措施雖有明顯的效果，但往往結(jié)構(gòu)復(fù)雜、流動阻力較大，壓力損失多，能耗較高，難以工業(yè)放大等、因而其實際應(yīng)用受到一定限制。

2 總結(jié)

與前述幾種強(qiáng)化方法相比，改變膜結(jié)構(gòu)的化學(xué)強(qiáng)化作用、旋轉(zhuǎn)橫流強(qiáng)化以及組合強(qiáng)化等強(qiáng)化方法則具有十分誘人的前景。

2.1 旋轉(zhuǎn)橫流強(qiáng)化膜濾

旋轉(zhuǎn)橫流強(qiáng)化膜濾由于結(jié)構(gòu)簡單，流動阻力不大，能耗較低，不必增設(shè)附加裝置，強(qiáng)化效果明顯，已越來越受到人們的廣泛重視。

2.2 化學(xué)作用強(qiáng)化的膜分離過程理論基礎(chǔ)研究

許多實驗研究結(jié)果都證實了在膜內(nèi)引入可逆化學(xué)作用確實能改善膜的通量和選擇性，所研究的體系包括金屬離子(如銅、鈾等)的分離、氣體(如N2—O2)的分離、烷—烯烴分離、酸性氣脫除、生化制品(如抗菌素、蛋白質(zhì)等)的分離。但從總體來看，利用化學(xué)作用強(qiáng)化的膜過程研究還處于實驗室水平，距實際應(yīng)用還有較大距離。目前的研究重點主要是穩(wěn)定的活性膜制備及膜內(nèi)傳遞機(jī)理的研究，有關(guān)膜器設(shè)計及優(yōu)化等問題的進(jìn)一步研究尚未提到議事日程，有關(guān)利用化學(xué)作用強(qiáng)化膜分離過程的理論研究還有待深入。由于利用化學(xué)作用的影響必須考慮待分離體系的特殊性，必須與待分離體系的具體工藝條件相結(jié)合，這就決定了化學(xué)作用強(qiáng)化的膜過程研究的多樣性。膜內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的引入為膜性能的改善提供了前景，也為各國研究者提供了新的研究課題。從本質(zhì)上講，化學(xué)作用強(qiáng)化的膜過程是利用多個過程間的藕合而實現(xiàn)過程強(qiáng)化的目的。深入研究有關(guān)多個過程之間藕合的有關(guān)理論問題對開發(fā)新型高效的活性膜過程將有直接的指導(dǎo)意義?？傊?，有關(guān)活性膜內(nèi)傳遞機(jī)理的研究，特別是固定載體膜內(nèi)傳遞機(jī)理的研究還有待于進(jìn)一步深入。目前有關(guān)反應(yīng)—擴(kuò)散模型的研究基本上均限于一步機(jī)理，即膜內(nèi)反應(yīng)過程以一步表征，沒有更多地考慮反應(yīng)機(jī)理。為了更好地表征活性膜過程，有必要更細(xì)致地考慮動力學(xué)因素的影響。另一方面，有關(guān)傳遞機(jī)理的研究基本上還局限于單一反應(yīng)體系。從實際應(yīng)用角度出發(fā)，有必要進(jìn)一步研究多組分體系。對于多組分體系，即使沒有化學(xué)反應(yīng)的存在也會發(fā)生各組分傳質(zhì)問的藕合，活性載體的存在使多組分傳質(zhì)過程更復(fù)雜。

2.3 固體活性膜的制備及機(jī)理研究

從實際應(yīng)用的角度出發(fā)，制備分離性能好且具有良好的穩(wěn)定性和壽命的活性膜是目前急需解決的問題。由于液膜存在穩(wěn)定性、壽命等問題，固體活性膜過程應(yīng)是今后的主要研究方問。 在固體活性膜的制備上，目前文獻(xiàn)報道的有關(guān)研究幕本上屬于單一活性載體。生物膜內(nèi)的傳遞通常包括復(fù)雜的酶反應(yīng)過程，能實現(xiàn)高效傳遞。因此，在膜內(nèi)引人多種活性載體有可能為膜性能的改善提供更大的可能性。另一方面，目前只考慮了活性組分在膜內(nèi)的均勻分布。如前所述，對于同時存在反應(yīng)和擴(kuò)散的體系，如體系是各向同性的，則由于Currie-Prigogine空間對稱性原理限制，反應(yīng)與擴(kuò)散之間只能發(fā)生定態(tài)藕合。反之，如果使活性載體在膜內(nèi)非均勻分布，則有可能更大幅度地改善膜的性能。

總之，透徹的研究膜濾強(qiáng)化機(jī)理，消除膜污染，降低濃差極化對膜過濾的不良影響，同時，研制耐磨、耐溫、不污染、易清洗和低成本的新型膜器將是近期乃至下個世紀(jì)膜濾技術(shù)發(fā)展的優(yōu)先課題?？偨Y(jié)前人的研究成果，進(jìn)一步開展膜濾強(qiáng)化技術(shù)的研究，盡快解決前人尚未解決的問題，豐富膜分離理論基礎(chǔ)，推廣其應(yīng)用是非常迫切的，有利于提高我國膜分離技術(shù)水平。

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