膜滲析—介紹一種新的化工單元操作

馬虹

（銀川能源學(xué)院，寧夏銀川 750000）

膜滲析—介紹一種新的化工單元操作

馬虹

（銀川能源學(xué)院，寧夏銀川 750000）

基于我國化學(xué)工業(yè)的快速發(fā)展，膜滲析技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)引起人們的重視。分析膜滲析化工單元操作，能夠幫助相關(guān)工作人員更好地了解膜操作情況，并針對膜滲析操作中存在的問題，采取相應(yīng)的解決措施。因此，本文著重分析了膜滲析化工單元操作，希望能夠給相關(guān)工作人員提供一定的參考與幫助。

膜滲析；化工單元；分離

20世紀(jì)70年代，膜滲析發(fā)展成一種新的化工單元操作。大量的研究數(shù)據(jù)表明，通過分析膜滲析化工單元操作，能夠有效減少資源的浪費(fèi)，保證企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。鑒于此，本文主要研究膜滲析，從而促進(jìn)膜滲析技術(shù)得到更好的利用。

1 膜滲析化工單元操作概述

1.1 膜滲析

膜滲析屬于一種新型的化工單元操作，屬于分離過程，因此，又常被人們稱為薄膜分離。根據(jù)相關(guān)研究表明，其分離過程主要分為三類：（1）平衡分離過程，屬于物理分離，常見的有蒸餾、萃取等，該分離過程中，能夠分離兩組不相溶的物質(zhì)，并保證分離的平衡性；（2）機(jī)械分離，由于該過程屬于機(jī)械操作，主要包括過濾、離心等，其應(yīng)用范圍較小，能夠有效分離兩種固體混合物；（3）速率分離過程，被分離物質(zhì)經(jīng)過同一薄膜后，由于滲透效率的不同而發(fā)生的分離。由于膜滲析技術(shù)具有安全穩(wěn)定、操作簡單等特點，已被人們廣泛應(yīng)用到各個領(lǐng)域中。

1.2 膜滲析化工單元操作的基本情況

研究表明，膜滲析化工單元操作的基本情況比較簡單，主要利用沒有孔洞的薄膜，混合物為固體聚合物或者液體聚合物，在薄膜一側(cè)放入分離的混合物，由于薄膜具有一定的選擇性，使得混合物中各種組分的滲透速度不同[1]。在滲透過程中，混合物中直徑較小的組成成分會快速滲透到薄膜的另一端，保證混合物得到更好的分離。在這個過程中，混合物中直徑較大的粒子會直接隔離。另外，在分離混合物的過程中，需要嚴(yán)格控制分離溫度，如果溫度過高，會嚴(yán)重影響混合物的分離速度，降低粒子的通過濾，從而降低試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，膜滲析化工單元操作技術(shù)也在不斷改進(jìn)。在膜滲析化工單元操作單元中，應(yīng)用最多的為“溶解擴(kuò)散”原理，該理論將膜稱為“無孔的柵欄”，而膜滲析則屬于一種過濾程序。混合物在分離的過程中，會融入膜中，并在膜中不斷擴(kuò)散，經(jīng)過一定的時間之后，物質(zhì)會逐漸滲透到膜的另一側(cè)，從而達(dá)到分離的目的。由于該過程屬于一種動力學(xué)過程，混合物中的各項物質(zhì)滲透速度不同，直徑較大的物質(zhì)會直接被分離出來，能夠保證混合物的處理質(zhì)量，保證膜滲析技術(shù)得到更好的應(yīng)用，減輕工作人員的工作負(fù)擔(dān)，保證其工作質(zhì)量[2]。

2 膜滲析分離

2.1 固體薄膜分離

采用固體薄膜分離技術(shù)，能夠保證混合物得到更好的分離，從而有效保證工作質(zhì)量，提高其工作效率。通常情況下，用作固體薄膜分離的材料主要有聚乙烯、聚丙烯與聚氯乙烯等，這些薄膜具有良好的選擇性，能夠有效分離混合物中的大分子物質(zhì)，保證分離效果。為了進(jìn)一步提高膜滲析質(zhì)量，工作人員需要選擇合理的滲透膜，保證滲透膜的選擇滲透性。

例如，采用乙基纖維素薄膜作為滲透膜，為了保證滲透效果，要嚴(yán)格控制該滲透膜的厚度，一般情況下，該膜的厚度為0.051mm，能夠有效分離空氣中的氧和氮，分離系數(shù)為3.5。在實際操作的過程中，工作人員需要采用高級操作，并嚴(yán)格控制薄膜的面積，保證滲透壓力[3]。通過將乙基纖維素薄膜作為滲透膜，能夠有效保證滲透結(jié)果的準(zhǔn)確性，減少資源的浪費(fèi)。同時，為了有效保證物質(zhì)得到更好的分離，工作人員需要嚴(yán)格控制反應(yīng)溫度，提高滲透膜的活性，進(jìn)一步提高結(jié)果的準(zhǔn)確性。

乙基纖維素薄膜作為滲透膜，滲析完畢后，工作人員需要做好相應(yīng)的清理工作，從而有效保證乙基纖維素薄膜的選擇性，保證滲透質(zhì)量。在實驗過程中，如果膜滲透性過低，會嚴(yán)重影響乙基纖維素薄膜的選擇性。因此，工作人員應(yīng)不斷學(xué)習(xí)與改進(jìn)，采用先進(jìn)的聚合物薄膜，不斷提高其滲透能力與選擇性。

大量研究數(shù)據(jù)表明，影響薄膜的因素主要有薄膜的幾何條件與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其中，薄膜的幾何條件具有非常重要的作用，分析薄膜幾何條件，能夠幫助相關(guān)工作人員更好地了解薄膜的滲透性[4]。薄膜的滲透性與薄膜厚度成反比，因此，在實際工作中，盡可能選擇較薄的滲透膜。另外，薄膜的微細(xì)結(jié)構(gòu)也比較重要，其微細(xì)結(jié)構(gòu)會嚴(yán)重影響其滲透性，由于聚合物中存在大量的孔隙，當(dāng)聚合物與滲透膜接觸時，如果滲透膜的微細(xì)結(jié)構(gòu)較大，會嚴(yán)重影響聚合物的分離效果。因此，為了保證滲透結(jié)果的準(zhǔn)確性，工作人員需要選擇微細(xì)結(jié)構(gòu)較小的滲透膜。

2.2 液體薄膜分離

由于液體薄膜具有一定的擴(kuò)散性，其擴(kuò)散性能比聚合物的擴(kuò)散性能要大，能夠有效溶解氣體，因此，液體薄膜比固體薄膜的應(yīng)用更加廣泛。另外，液體薄膜具有良好的選擇性，在實驗過程中，利用相關(guān)載體，能夠有效提高薄膜的選擇透過性，保證混合物得到更好的分離。在實際工作的過程中，需要認(rèn)真分析混合物內(nèi)部的分子性質(zhì)，采用質(zhì)量較好的液體薄膜，從而保證混合物的分離質(zhì)量[5]。

例如，可以采用促進(jìn)遷移的方式，采用濃度較高的HCO3/CO32-水溶液薄膜，能夠有效分離聚合物中的CO2。在這個過程中，可以采用硅橡膠固體膜作為滲透膜，并嚴(yán)格控制分離系數(shù)，有效保證分離效果。目前，常用的液體成膜法有兩種，分別是有支持體的液體膜與多孔纖維素液體膜。其中，有支持體的液體膜主要是指利用凝膠制成滲透膜，利用凝膠制成滲透膜，能夠有效保證滲透膜的強(qiáng)度，并不斷提高其滲透選擇性，保證混合物中的物質(zhì)得到更好的分離。

利用凝膠制成液體膜的具體操作流程為：（1）選擇質(zhì)量較高的凝膠，從根本上保證液體膜的質(zhì)量；（2）將溶液澆筑在多孔墊片上，進(jìn)一步提高滲透膜的孔隙率；（3）嚴(yán)格控制薄膜兩端的壓力差，如果薄膜兩端的壓力差過大，會嚴(yán)重影響滲透膜的選擇性，從而降低結(jié)果的準(zhǔn)確性。對于多孔纖維素膜，可以利用其滲透性，嚴(yán)格控制其滲透面積，從根本上保證薄膜的滲透性[6]。

利用液體滲透膜除酚的過程如下：（1）將膜溶液與濃度為0.6%的NaOH溶液混合，并在該溶液中加入1%表面活性劑，制成包水型乳液；（2）將包水型乳液加入到廢水中，包水型乳液在水中會形成大量的小液滴，而每一個液滴中包含NaOH溶液；（3）將廢水放入相應(yīng)的容器中，廢水中的酚很快就會溶入膜中，保證廢水中的酚得到更好的去除。為了有效保證結(jié)果的準(zhǔn)確性，需要嚴(yán)格控制廢水量與薄膜厚度。

2.3 液體薄膜中的遷移機(jī)制

液膜分離具有高效、穩(wěn)定等特點，能夠有效保證分離結(jié)果。利用分析液體薄膜中的遷移原理，能夠有效提高液體薄膜的滲透性。在實驗的過程中，工作人員也可以適當(dāng)添加水溶膜等載體，有效保證聚合物的滲透速度，提高其遷移速度。根據(jù)遷移速度的不同，主要分為促進(jìn)遷移與活性遷移兩種。其中，促進(jìn)遷移主要指的是載體能夠在薄膜兩面移動，由于滲透物與載體之間具有一定的可逆性，在一定程度上提高了薄膜的滲透速度。通過在薄膜中添加載體，能夠有效保證載體的遷移速度，當(dāng)滲透物中的物質(zhì)到達(dá)薄膜的另一側(cè)后，載體就完成了相應(yīng)的遷移，直接返回到原來一側(cè)。

活性遷移屬于一種逆向遷移，在眾多載體中，大環(huán)多醚的應(yīng)用比較廣泛，由于該類載體具有良好的選擇性，能夠與遷移物質(zhì)構(gòu)成絡(luò)合物，有效保證分離質(zhì)量。在這個過程中，需要將分離物質(zhì)與溶液混合在一起，形成一種混合溶液，溶液中的離子與大環(huán)多醚進(jìn)行有效結(jié)合，形成絡(luò)合物，該絡(luò)合離子會直接穿過薄膜，從而有效保證分離效果[7]。當(dāng)聚合物中的物質(zhì)分離完畢后，大環(huán)多醚載體會自動回到薄膜的另一側(cè)，實現(xiàn)重復(fù)利用。在實際工作當(dāng)中，需要結(jié)合液體薄膜的應(yīng)用情況，選擇合理的液體薄膜，從根本上保證膜滲析技術(shù)得到更好的應(yīng)用。由于我國膜滲析技術(shù)發(fā)展比較緩慢，相關(guān)工作人員需要不斷學(xué)習(xí)先進(jìn)技術(shù)，不斷提高自身的專業(yè)技能。

3 結(jié)語

通過分析膜滲析化工單元操作，能夠保證膜滲析技術(shù)得到更好的應(yīng)用，減少資源的浪費(fèi)。將膜滲析技術(shù)應(yīng)用到鈾同位素分離中，能夠有效保證同位素的分離質(zhì)量。但是，相關(guān)工作人員在實際工作中，依然會遇到很多問題，這就要求工作人員在原有基礎(chǔ)上，不斷改進(jìn)與創(chuàng)新，提高自身的專業(yè)素養(yǎng)，從而保證我國社會經(jīng)濟(jì)更加穩(wěn)定快速地發(fā)展。

[1]雷美康,彭芳,葛小紅,等.膜滲析與離子色譜聯(lián)用技術(shù)測定蜂王漿中的葡萄糖、果糖和蔗糖[J].食品科學(xué),2013,34(16):231-233.

[2]史俊,劉祥,李謙定.一種石油磺酸鹽組分分析的簡便方法:膜滲析——質(zhì)量法[J].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督,2000,16(3):23-25.

[3]林倫民,黃玉秀.膜滲析法提高胱氨酸生產(chǎn)收率的探討[J].精細(xì)化工,1999,16(6):47-49.

[4]黃曉東.天然氣薄膜滲析脫酸工藝[J].中國海上油氣(工程),1994(4):57-61,5-17.

[5]仲氫.晨光化工研究院研制出D型滲析膜和CGS-1D型膜滲析器[J].水處理技術(shù),1984(1):59.

[6]梁光興.膜滲析——介紹一種新的化工單元操作[J].沈陽化工,1982(1):18-24.

[7]李瑩瑩.離子交換膜滲析和電滲析技術(shù)[J].中國醫(yī)藥工業(yè)雜志,1971(1):20-22.

Membrane Dialysis——Introduction of a new Unit Operation in Chemical Engineering

Ma Hong
(Yinchuan Energy Institute,Ningxia Yinchuan 750000)

With the rapid development of China's economy,the application of membrane technology has attracted people's attention.Analysis the membrane chemical unit operation can help the staff to better understand the membrane operating situation and take corresponding measures aiming at the existing problems in the operation of dialysis.Therefore,this paper mainly analyzes the membrane chemical unit operation that hoping to give the relevant staff to provide reference and help.

Membrane dialysis;Chemical unit;Separation

X781 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

2096-0387（2017）06-00109-03

馬虹（1984—），女，寧夏人，回族，本科，助教，研究方向：應(yīng)用化學(xué)。