超滤膜

本词条由“科普中国”科学百科词条编写与应用工作项目
审核
。
产品简介
超滤膜是一种用于超滤过程能将一定大小的高分子胶体或悬浮颗粒从溶液中分离出来的高分子半透膜。 
以压力为驱动力，膜孔径为1～100nm，属非对称性膜类型。孔密度约10/cm，操作压力差为100～1000kPa，适用于脱除胶体级微粒和大分子，能分离浓度小于10%的溶液。 
结构
这种高分子聚合膜具有不对称的微孔结构，分为两层：上层为功能层，具有致密微孔和拦截大分子的功能，其孔径为1～20nm；下层具有大通孔结构的支撑层，起增大膜强度的作用。
功能层较薄，透水通量大。一般先制成管式、板面式、卷式、毛细管式等各种型的组件，然后组装多个组件在一起应用，以增大过滤面积。膜的超滤过程在本质上是机械筛滤过程，膜表面孔隙的大小是最主要的控制因素。超过滤膜能分离的溶质(高分子或溶体)为1～30nm大小的分子，它排斥的物质除膜的特性外，还与物质分子的形状、大小、柔度及操作条件等有关。早期的超滤膜用玻璃纸、硝酸纤维膜等。 
制作材料
通常由各种高分子材料制成，如醋酸纤维素类、醋酸纤维素酯类、聚乙烯类、聚砜类、聚酰胺类以及芳香族聚合物类等。 
应用领域
超滤膜已广泛用于工业废水和工艺水的深度处理，如化工、食品和医药工业中大分子物质的浓缩、纯化和分离，生物溶液的除菌，印染废水中染料的分离，石油化工废水中回收甘油，照相化学废水中回收银以及超纯水的制备等。此外，还可用于污泥浓缩脱水等。 
性能表征
性能用纯水透水率平方米·小时和截留分子量和截留百分率表示。纯水透过率越大越好，截留率一般要求>99%。高质量的超滤膜孔密度很大，孔径分布很窄。 
结构分类
按结构分有非对称膜和对称膜两种。前者具有较密致表层，表层厚度为0.1微米或更小，并具有有序排列微孔，底层厚度为200～250微米， 属于表层过滤; 后者为各间同性，没有皮层，孔隙都是一样的，属深层过滤。工业用为非对称膜，其组件形式有中空纤维式、板式、板框式、管式等。成膜材料有纤维素、醋酸纤维素、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚砜、聚偏氯乙烯、聚丙烯腈、改性丙烯酸聚合物、交链的聚乙烯醇、磺化聚砜及聚砜酰胺等。是一种新型的化工单元操作，广泛应用于分离、浓缩、纯化各种生物制剂、药品和食品工业、血液处理、废水处理以及超纯水制备时的终端处理装置。 
超滤技术
超滤（ultrafiltration，UF）技术是介于微滤和纳滤之间的一种膜分离技术，平均孔径为3~100 nm，具有净化、分离、浓缩溶液等功能。其截留机理主要包括膜的筛分作用和静电作用，过滤介质为超滤膜，在两侧压力差的驱动下，只有低分子量溶质和水能够通过超滤膜，从而达到净化、分离、浓缩的目的。超滤膜技术应用范围广泛，最早使用的超滤膜是天然的动物脏器薄膜，最初的超滤一直作为一项实验工作而没有得到发展，直到 20 世纪70 年代，超滤技术才进入工业应用的快速发展阶段。目前（2018年），超滤膜材料已从醋酸纤维素（CA）扩大到聚苯乙烯（PS）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚碳酸酯（PC）、聚丙烯腈（PAN）、聚醚砜（PES）和尼龙（PA）等，截留分子量从 103发展至 106。由于超滤具有设备简单 、占地面积小、相态不变、操作压力低、材料要求低、设备简单等特点，其应用范围也从研究领域迅速延伸至实际应用领域，如电子、医药、电泳漆、饮料、食品化工、医疗和废水处理及回收利用等。 
水处理应用
饮用水处理
随着经济社会的发展，水环境污染加剧，水源水质恶化，水中的污染物尤其是有机污染物越来越多。而传统的饮用水处理方法仅对一般的有机污染物起作用，对“两虫”、藻类的去除效果不佳，且消毒容易产生副产物。
新一代饮用水净化工艺应在提高处理效率、优化效果的同时，强调过程中无毒害物产生，能够提高资源和能源利用率，减轻污染负荷，改善环境质量。超滤技术能满足新一代饮用水净化工艺要求，去除饮用水中的“两虫”、病毒、细菌、藻类、水生生物，保障饮用水的安全性，已广泛应用于美国、日本等发达国家的城市水厂。
超滤膜可截留水中绝大部分悬浮物、胶体，但无法去除溶解性小分子物质，阻碍超滤技术在饮用水处理中的应用。目前（2018年），国内外诸多学者研究发现，粉末活性炭（PAC）+超滤联用系统可将溶解的小分子污染物质转变为颗粒状态，从而被超滤工艺去除。 
生活污水和工业废水处理
水资源越来越缺乏，生活污水和工业废水的循环利用备受关注。有学者采用超滤反渗透处理城市二级生活污水处理厂出水，研究发现超滤反渗透对处理后出水的总磷、总氮、总溶解固体、化学需氧量、氯离子的处理效率分别为 95%、95%、99%、90%、97%以上，满足《城市污水再生利用景观环境用水水质标准》（GB/T 18921—2002），可用于景观用水；除氮指标外，绝大部分指标满足饮用水水源标准。 
其他污水处理
超滤膜技术还应用于电厂循环排污水的处理、矿区冷却循环排污水的处理、纸浆和造纸漂白废水的处理和钢铁企业排污水等工业废水的处理。 
食品应用
超滤膜技术在食品方面的应用主要是果汁的浓缩、澄清、啤酒生产和营养成分的提取等]。有学者采用超滤技术及褐变控制生产出澄清的香蕉汁。研究发现，南瓜汁经过微滤后，选用截留相对分子质量5万的聚砜卷式超滤膜，在操作压力0.3MPa，最适温度35℃时进行全回流超滤试验，膜通量至少可达到30.23L/（m·h），且得到澄清透明的南瓜汁饮料。此外，许多学者采用超滤技术提取橙皮苷、蛋白质、多糖、三聚氰胺等物质。
超滤膜技术除了应用于成分的提取外，还可用于灭菌。有学者将超滤技术应用于酱油的灭菌、澄清中，提高了产品品质，延长了保质期。 
制药应用
药物分离
超滤技术可用于药物的分离精制、除热原、灭菌等，尤其是在抗生素及维生素的分离提取方面。有学者提出的超滤/萃取法从根本上解决了抗生素萃取过程的乳化问题，提高了萃取收率和产品质量。
目前（2018年），生产过程中常利用活性炭吸附去除人参皂苷注射液制备过程中热原，该方法具有总皂苷损失量大、生产成本高等缺点。而采用超滤法去除人参皂苷注射液制备过程中热原，即可有效去除热原，又可减少人参总皂苷的损失，具有简便、可靠、效果好等优点。利用超滤技术去除狂犬病疫苗生产过程中产生的细菌内毒素，抗原损失较少，并且富集了样品，能够满足疫苗生产的要求。 

window.rsInsertData = window['rsInsertData'] || [];
var rsdataList = {"foot":[{"fentryTableId":35343,"fentryTableName":"\u751f\u7269\u5316\u5b66\u4e0e\u5206\u5b50\u751f\u7269\u5b66\u65b9\u6cd5\u4e0e\u6280\u672f","fentryTableType":1,"entryId":2681551,"templateId":0,"entryTitle":"\u751f\u7269\u5316\u5b66\u4e0e\u5206\u5b50\u751f\u7269\u5b66\u65b9\u6cd5\u4e0e\u6280\u672f","isManual":0,"isExpand":1}],"top":[]};

if (rsdataList.top || rsdataList.foot) {
rsInsertData.push([270459, rsdataList]);
}