学号：XXX
XXX 大学
学士学位论文
题 目 膜分离技术在化工生产中的应用及前景 学 生 XXX
指导教师 XXX 教授
年 级 XXX
专 业 化学
系 别 XX
学 院 XXX
说 明
本表需在指导教师和有关领导审查批准的情况下，要求学生认真填写。
说明课题的来源（自拟题目或指导教师承担的科研任务）、课题研究的目的和意义、课题在国内外研究现状和发展趋势。
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学 士 学 位 论 文
题 目
学 生
指导教师
年 级
专 业
系 别
学 院
膜分离技术在化工生产中的应用及前景X X 教授 X 级X 班 化学 X X
X 大学
X 年X 月
膜分离技术在化工生产中的应用及前景
X
摘要： 膜分离技术是近年来新兴的一门高效化工分离技术，具有高选择性、节能、高效等特点，在化工生产中的应用越来越广泛，受到了越来越多人的重视。本文主要介绍了膜分离技术的基本分类和特点，同时具体分析了膜分离技术在化工生产方面的实际应用和未来发展前景。 关键词：膜分离技术 化学工业 应用展望
膜分离是指通过特定的膜的选择渗透作用, 借助于外界能量、浓度或化学位差的推动, 对两组分或多组分气体或液体的混合物进行分离、分级、提纯和富集，是一门新兴的化工分离单元操作。作为一门新兴的化工分离单元操作，膜分离技术具备很多工艺优点。可在常温下进行，有效成分损失极少，特别适用于热敏性物质，如抗生素等医药、果汁、酶、蛋白的分离与浓缩。选择性好，可在分子级内进行物质分离，具有普遍滤材无法取代的卓越性能。适应性强，处理规模可大可小，可以连续也可以间隙进行，工艺简单，操作方便，易于自动化。能耗低，只需电能驱动，其费用约为蒸发浓缩或冷冻浓缩的1/3-1/8。无相态变化，保持物质原本的相态，大大减少了工艺操作流程。
膜分离技术被认为是“21世纪最有前途、最有发展前景的重大高新技术之一, 它在工业技术改造中起着战略性作用”。世界上许多国家包括我国在内, 都把膜分离技术及其应用列为国家重点发展项目。世界著名的化工与膜专家、北美膜学会会长黎念之在访问我国化工部时说:“要想发展化工就必须发展膜技术”。甚至有人预言“谁掌握了膜技术, 谁就掌握了化学工业的未来”。由此可知, 膜分离技术在化工行业中占有着重要的地位, 它的发展前景十分广阔。
1 膜分离技术的发展
膜分离现象广泛存在于自然界中，特别是生物体内，但人类对它的认识和研究却经过了漫长而曲折的道路。1748年Abble Nelk首先创造了Osmosis 这一词, 用来描述水通过半透膜的渗透现象, 由此开始了对膜过程的研究。膜分离技术的工程应用是从20世纪60年代海水淡化开始的-1960）年洛布和索里拉金教授制成了第一张高通量和高脱盐率的醋酸纤纸素膜，这种膜具有推对称结构，从此使反渗透从实验室走向工业应用。其后各种新型膜陆续问世，1967年美国杜邦公司首先研制出以尼龙-66为膜材料的中空纤维膜组件；1970年又研制出以芳香聚酰胺为膜材料的“Pemiasep B-9”中空纤维膜组件，并获得1971年美国柯克帕特里克化学工程最高奖。从此反渗透技术在美国得到迅猛的发展，随后在世界各地相继应用。其间微滤和超滤技术也得到相应的发展。
我国膜科学技术的发展始于1958年研究离子交换膜。60年代进入开创阶段。1965年着手反渗透的探索，1967年开始的全国海水淡化会战，大大促进了我国膜科技的发展。70年代进入开发阶段。这时期，微滤、电渗析、反渗透和超滤等各种膜和组器件都相继研究开发出来，80年代跨入了推广应用阶段。80年代又是气体分离和其他新膜开发阶段。
膜分离的发展史大致为:20世纪30年代微孔过滤(M-icrofiltration);40年代渗析(Dialysis);50年代电渗析(Electrodialysis);60年代反渗透(Reverse osmo-sis);70年代超滤(Ultrafiltration);80年代气体分离(Gas separation);90年渗透汽化(Pervapora-tion)。目前, 膜产品的世界年销售额已经超过100亿美元, 而且年增长率在20%左右。膜分离技术作为一种新兴
的高效分离技术, 现在已被广泛应用于化工、环保、电子、轻工、纺织、石油、食品、医药、生物技术、能源工程等。国外有关专家甚至把膜分离技术的发展称为“第三次工业革命”。
2 膜分离技术的分类
膜是具有选择性分离功能的材料，利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程称作膜分离。它与传统过滤的不同在于，膜可以在分子范围内进行分离，并且这过程是一种物理过程，不需发生相的变化和添加助剂。膜的孔径一般为微米级，依据其孔径的不同（或称为截留分子量），可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜，根据材料的不同，可分为无机膜和有机膜，无机膜主要是陶瓷膜和金属膜，其过滤精度较低，选择性较小。有机膜是由高分子材料做成的，如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等等[1]。
2.1 微滤（MF ）
又称微孔过滤，它属于精密过滤，其基本原理是筛孔分离过程。微滤膜的材质分为有机和无机两大类，有机聚合物有醋酸纤维素、聚丙烯、聚碳酸酯、聚砜、聚酰胺等。无机膜材料有陶瓷和金属等。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。其在污水处理和饮用水净化方面得到广泛应用。
对于微滤而言，膜的截留特性是以膜的孔径来表征，通常孔径范围在0.1～1微米，故微滤膜能对大直径的菌体、悬浮固体等进行分离。可作为一般料液的澄清、保安过滤、空气除菌。
2.2 超滤（UF ）
是介于微滤和纳滤之间的一种膜过程，膜孔径在0.05um 至1nm 之间。超滤是一种能够将溶液进行净化、分离、浓缩的膜分离技术，超滤过程通常可以理解成与膜孔径大小相关的筛分过程。以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为过滤介质，在一定的压力下，当水流过膜表面时，只允许水及比膜孔径小的小分子物质通过，达到溶液的净化、分离、浓缩的目的。其在食品工业、饮用水净化、中药精制以及药学分析等诸多领域应用十分广泛。
对于超滤而言，膜的截留特性是以对标准有机物的截留分子量来表征，通常截留分子量范围在1000～300000，故超滤膜能对大分子有机物（如蛋白质、细菌）、胶体、悬浮固体等进行分离，广泛应用于料液的澄清、大分子有机物的分离纯化、除热源[2]。
2.3 纳滤（NF ）
是介于超滤与反渗透之间的一种膜分离技术， 其截留分子量在80～1000的范围内，孔径为几纳米，因此称纳滤。基于纳滤分离技术的优越特性，其在制药、生物化工、食品工业等诸多领域显示出广阔的应用前景。
对于纳滤而言，膜的截留特性是以对标准NaCl 、MgSO 4、CaCl 2溶液的截留率来表征，通常截留率范围在60～90%，相应截留分子量范围在100～1000，故纳滤膜能对小分子有机物等与水、无机盐进行分离，实现脱盐与浓缩的同时进行[3]。
2.4 反渗透（RO ）
是利用反渗透膜只能透过溶剂（通常是水）而截留离子物质或小分子物质的选择透过性，以膜两侧静压为推动力，而实现的对液体混合物分离的膜过程。反渗透是膜分离技术的一个重要组成部分，因具有产水水质高、运行成本低、无污染、操作方便运行可靠等诸多优点 ，而成为海水和苦咸水淡化，以及纯水制备的最节能、最简便的技术. 已广泛应用于医药、电子、化工、食品、海水淡化等诸多行业。反渗透技术已成为现代工业中首选的水处理技术。
反渗透的截留对象是所有的离子，仅让水透过膜，对NaCl 的截留率在98%以上，出水
为无离子水。反渗透法能够去除可溶性的金属盐、有机物、细菌、胶体粒子、发热物质，也即能截留所有的离子，在生产纯净水、软化水、无离子水、产品浓缩、废水处理方面反渗透膜已经应用广泛，如垃圾渗滤液的处理[4]。
2.5 液膜分离
液膜是悬浮在液体中的一层很薄的乳液，主要由膜溶剂、表面活性剂（乳化剂）、流动载体、添加剂（稳定剂）等组成。液膜按形态可分为乳化液膜和支撑液膜两类。按传质机理的不同，可分为无载体输送的液膜和有载体输送的液膜两种。液膜分离过程具有选择性高和通量大的特点。 乳化液膜，先将内相溶液以微液滴（滴径为 1～100μm）形式分散在膜相溶液中, 形成乳液（称为制乳）; 然后将乳液以液滴（滴径为0.5～5mm ）形式分散在外相溶液中，就形成乳化液膜系统。液膜的有效厚度为 1～10μm。为保持乳液在分离过程中的稳定性，膜相溶液中加有表面活性剂和稳定添加剂。接受了被分离组分的乳液，还须经过相分离，得到单一的内相溶液，再从中取得被分离组分，并使膜相溶液返回用以重新制备乳液。对乳液作相分离的操作称为破乳，方法是用高速离心机作沉降分离，或用高压电场促进微液滴凝聚，或加入乳化剂破坏微液滴的稳定性，然后再作分离。支撑液膜，又称固定液膜，是微孔薄膜浸渍以膜相溶液后形成的由固相支撑的液膜。支撑液膜比乳化液膜厚，而且膜内通道弯曲，传至阻力较大，但它不需制乳和破乳，操作较为简便，更适合于工业应用。
液膜分离技术已经成功地应用于除去人造宇宙飞船座舱中CO 2，并且也常用于湿法冶金工业、石油与化学工业、生化工业、制药工业、环境保护等领域。
3 膜分离技术的应用领域与现状
随着膜科学技术的发展，相应的学术、技术团体也相继成立。他们的成立为规范膜行业的标准，在促进膜行业的发展中起着举足轻重的作用。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[5]。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。
3.1 在生物化工中的应用
传统的生物化工产品如氨基酸、抗生素、乳酸及低聚糖等的提取与精制, 通常采用离心、沉淀、吸附、萃取、离子交换和色谱等方法[6], 因此存在工艺过程复杂、操作时间长、原料消耗大、能量消耗高、产品回收率低、废水污染严重等问题, 且产品在漫长的提取过程中可能发生变形失活; 而这些生物化工产品生产过程中的浓缩工序主要采用多效蒸发法, 因此造成投资大, 能耗高, 以及由于蒸发相变所造成的产品损失[7]。所以，膜分离技术特别适用于生物化工的生产和开发。例如:从植物或动物组织萃取液中进行酶的精制; 从发酵液或反应液中进行产物的分离、浓缩等。膜技术应用于蛋白质加水分解或糖液生产, 有助于稳定产品质量, 提高产品的收率和降低成本。由于应用分离膜可以在室温下进行物理化学分离, 所以它特别适合于热敏性生物物质的分离[8]。可以想象膜分离技术在生物化工方面将会得到越来越广泛的应用。
发酵培养基的灭菌过滤、缓冲剂的纯化和蛋白质产品的制备都经常应用膜分离技术。其中，病毒过滤是确保生物制品安全性最常见的单元分离过程。一些病毒具有强的耐热和耐化学性质，采用加热和化学失活的方法不能完全杀死这些病毒，而选择适当微滤或超滤膜则可以有效去除这些病毒。因此，膜分离技术已成为确保现代生物制品纯度、安全和效用的基本技术21世纪是生物技术的时代，基因治疗、转基因蛋白和单克隆抗体的生产，尤其要求大量生产重组DNA 衍生抗体，来满足疾病治疗中长期使用及高剂量的需求。这些都对生物制品的纯化和回收工艺提出了新的挑战:要求分离过程同时具有高产出和高选择性的特点，从
而降低生物制品的成本及增加产量。膜分离技术具有满足这些要求的潜力。目前国外的研发热点是生产同时具有高通量和高选择性的膜。由于膜分离技术具有成本和能耗低的优势，因此有望将膜技术代替电泳和色谱技术来分离手性药物[9]。比如，合成具有手性聚抗衡离子(如聚谷酸氨或葡聚糖磺酸) 的聚吡咯膜，利用手性抗衡离子作为分子识别试剂来分离对映体。高效剪切流过滤(HPTFF)是一种纯化蛋白质和核苷酸的新技术。传统的剪切流过滤只能分离尺寸相差10倍以上的物质(如分离细胞与蛋白质、病毒与蛋白质、蛋白质与缓冲剂) [10]。高效剪切流过滤是充分利用了生物分子间尺寸和电荷差异的二维纯化技术。因此，高效剪切流过滤可以分离相同分子量的生物分子，甚至可能截留分子量小的生物分子，而让分子量大的生物分子透过膜。当前工艺经常应用离子交换、色谱法、超滤及体积排阻色谱法的多步分离操作实现纯化、浓缩和缓冲剂交换，而采用高效剪切流过滤，则可在单个单元操作中就实现这些分离目的，从而降低成本[11]。由于高效剪切流过滤是建立在超滤技术基础之上，所以高效剪切流过滤在强调高选择性的同时，也保留了传统超滤高通量、高收率的特点。目前，高效剪切流过滤已经用于一些生物技术(如IgG 和单克隆抗体) 的实际生产中[12]。
膜分离技术具有许多优点, 是一种较理想的分离手段, 但在应用中还存在一定的问题。与色谱法比较, 分离精度不高, 同时多组分分离做不到; 膜分离技术虽然原理简单, 在生物化工领域广泛应用, 但由于生物化工产品种类繁多、性质各异, 对膜分离会产生不同的影响, 如吸附会使膜孔堵塞等, 所以要想很好地利用膜分离技术, 必须针对具体过程研究开发各种防止膜性能降低的装置并探讨有效的操作方法[13]。
3.2 在化工节能减排中的应用
随着膜科学技术的发展， 膜分离的应用亦愈来愈广，从早期脱盐发展到今天的工业废水废气处理、生产原料净化、产品分离和高纯水生产等。化肥工业中已成功应用、正在开发或有发展前景的膜技术有膜法水处理、包膜化肥和气体净化及回收等[14]。其中， 水处理包括工艺用水和废水处理， 包膜化肥主要有包膜尿素和包膜碳铵， 气体净化及回收包括天然气脱除CO 2、H 2S 和水蒸气， 合成氨弛放气回收H 2以及烟气和尾气脱SO 2、NOx 和CO 2等[15]。
工业废水处理中所应用的膜技术以液膜分离居多，包括乳状液膜和支撑液膜。液膜法处理工业废水的原理在于液膜能够选择性地渗透离子，并在内水相富集而不破裂。乳状液膜法处理工业废水分步进行制乳、传质、破乳[16]。
目前，液膜技术在化肥工业废水处理中的应用研究主要有含磷酸盐、硫化物、亚硫酸盐、硝酸盐、砷化物、氰化物、氟化物或氨等废水的处理[17]。
从废水中除去少量有机物, 目的是解决环境污染问题。可处理的污染物有苯、甲苯、酚、氯仿、三氯乙烷、丙酮、甲乙酮、醋酸乙酯等。用有机物优先透过膜使少量有机物透过, 可使水中有机物含量符合排放标准, 且整个过程的能耗很低。对于回收有机水溶液中含1%~5%的有机溶剂, 传统的方法是精馏或萃取, 利用渗透汽化与传统方法结合回收溶剂, 总操作费用为单纯精馏的1/2~2/3,整个生产装置的总投资比传统的分离方法省20%~60%[18]。
废水易散发出含S 2-、SO 42-废水易散发出有害气体， 虽然已有许多方法去除废水中的这些阴离子， 如化学法、吸附法、生化法等， 但处理效果不是不理想就是成本太高，而采用乳状液膜法则可获得较为满意的效果[19]。
在工业生产过程中很容易产生大量的粉尘，对周围环境会造成严重的污染。比如，若采用旋风分离器或者普通袋滤器来处理水泥窑尾气，尾气的粉尘含量经处理后大概是90~115mg/m3，这样形成的系统阻力介于1.5~2.0kPa左右[20]，并不满足国家排放标准，同时由于尾气含水量较大，若短时间内温度急剧下降，极易导致生产设备堵塞，对生产造成严重影响。但是若采用膜微滤分离技术处理，废气粉尘含量可降低至4.3mg/m3，而系统阻力也只是在1.00kPa 左右，完全满足国家排放标准要求，同时可减少生产设备堵塞现象，大大提
高生产效率[21]。其次，膜微滤分离器至少会有3年以上使用寿命，比较经济、节能。在磷肥生产、磷酸氢钙干燥窑尾气、石灰窑、钛白粉生产、磷铵生产等诸多方面粉尘处理中都有所应用[22]。
与很多传统工业技术相比，膜技术有很多优点，如：投资省、占地少、能耗低、操作方便、高效等，一经问世就受到美、英、日等工业发达国家的青睐。随着研究的深入，膜技术、膜组件和系统化技术不断进步，各种材质的膜层出不穷，在化工污水的处理中也得到广泛的应用，但还有需要改进的方面[23]。
3.3 在石油化工领域的应用
大型炼油厂的催化裂化干气是氢和多种烃的复杂混合物, 含有大量的氢、乙烯和丙烯等, 是宝贵的化工原料, 但因无合适方法回收而被白白烧掉[24]。我国渣油催化裂化干气的氢含量约在40%~60%之间[25]。由于氢含量较高, 若单用深冷法分离, 为证乙烯回收率, 脱甲烷塔塔顶温度要降得很低, 使能耗剧增, 严重影响深冷分离的经济性。渣油催化裂化干气氢烃分离的膜分离-深冷分离联合工艺流程(简称联合法):先用膜法分离干气中的氢, 随后对贫氢干气(氢含量可降至10%)用深冷法分离[26]。由于膜分离法已将绝大部分(氢回收率大于85%)氢气分离出来, 就相对提高了干气中的烃的浓度, 使脱甲烷塔易于操作。经膜分离所得富氢(氢含量大于95%)可直接作加氢原料气。膜分离-深冷分离联合用于催化裂化干气的氢烃分离, 在技术上是可行的。应用联合工艺, 不先经深冷分离就能回收干气中绝大部分氢, 回收氢可直接用作加氢原料[27]。
目前我国对老油区的开采主要是采用向油层深处注水的方法, 能耗大, 采收率低。用CO 2代替水则具有许多优点, 过程先将CO 2压入老的油层深处, 以减低残余油的粘度, 将油压至地面。采出的油中的CO 2可用膜分离技术回收利用[28]。国外在15%CO2的原油中, 经膜分离器, 渗透相中浓度可达60%左右, 而渗余相中可达3%左右, 并与常规的方法结合使用[29]。
膜分离技术在石油天然气工业中具有十分广阔的前景, 它对于生产设备的优化及提高经济效益都有着十分重要的作用。尽管此项技术还有许多理论与实践问题有待于进一步研究探讨, 但作为一门新兴科学在不远的将来终究会在石油天然气工业中发挥巨大的作用[30]。
3.4 在染料化工中的应用
在染料生产过程中, 反应混合物中粗制染料的质量分数一般在5% ~15%[31], 含盐质量分数有时甚至高达40%,且混有异构体及完全反应的原辅材料、中间体、副产物等[32]。无机盐的存在将影响染料稳定性, 降低着色强度和色牢度; 副产物的存在将使染料颜色发生不可干预的偏离。为了提高染料的质量, 需要对合成染料进行纯化精制[33]。传统上采用直接蒸发浓缩或盐析等工艺, 但得到的产品质量差, 盐消耗量达到10% ~15%[34], 染料流失率在5%左右, 废水污染严重。膜分离技术作为一种绿色清洁生产工艺, 可有效地用于粗制染料的脱盐和浓缩, 所得的染料溶液可直接制成高浓度、低盐、高附加值的染料产品(如活性染料、金属络合染料、酸性染料和增白剂等), 也可经喷雾干燥后制成固体粉末染料产品。水溶性染料(如酸性染料、碱性染料、直接染料和活性染料等) 带有亲水性基团)SO 3Na 2、HCOONa 等, 其相对分子质量一般为300~1500,首选的膜分离技术为纳滤技术。水不溶性染料(如还原染料、分散染料、硫化染料等) 带有憎水性基团, 在水中呈悬浮状态, 则可考虑采用超滤技术[35]。国外自20世纪80年代开始采用膜分离技术生产液体染料(即所谓/绿色生产工艺) [36]。
目前国外大型染料厂均已采用此项技术代替传统的盐析工艺来生产活性染料和酸性染料。目前的研究大多集中于膜特性[37], 如采用氢氧化锆和聚丙烯酸在二氧化钛大孔膜上形成的弱酸聚电解质动态膜来分离Cibacron 蓝F3G-A 染料和NaNO 3混合液, 分离因子(NaNO3透过率与染料透过率之比) 与染料浓度、NaNO 3浓度、透过通量、循环流速和pH 值有关。在稳定流速下, 随操作压力上升, 染料截留率从接近100%的初始值下降[38]。当流速小于014m/s时, 在操作压力210MPa 附近有染料截留率的极低值, 这可能是染料在膜孔内形成了动态膜所
致[39]。
3.5 在中药领域中的应用
中药提取液有效成分的含量低，提取常使用大量有机溶剂，存在提取成本高，提取过程复杂，提取率低，污染严重等问题，应用膜分离技术可望有效地解决。近年来随着中药现代化的开展，膜分离技术广泛地应用于中药提取液的提纯和浓缩[40]。
中药生产中，原药的洗涤液以及提取后的药渣洗涤液，多含有一定量浓度极低的有效成分，往往作为废水直接排放，运用膜技术能很好的加以回收利用。
由于其在中药生产领域的应用研究还不够深入，一些工艺和技术问题有待解决，未能得到大规模的生产应用。但总体来说，膜分离技术在中药领域的应用愈来愈广。随着学者对膜分离技术不断系统深入的研究，以及为适应人们对提高医药产品质量和降低生产成本的需求而不断开发出适合于不同药物成分的新型膜材料、新型膜分离过程及膜集成技术，有理由相信膜分离技术必将取代传统分离技术成为医药领域应用的热点，在促进我国中药现代化和工业化生产方面发挥更重要的作用。
4 膜分离技术发展前景
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，使膜技术发挥更大的作用。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。膜分离技术是当代化工新技术领域的开发重点之一。随着现代化工业和科技的发展, 膜分离在许多技术领域将越来越显示出其技术和经济的优势。
膜分离技术在21 世纪是世界各国研究的热点, 它将在各个领域发挥更引人注目的作用。 ( 1) 海水是地球上最大水源, 膜法是净化技术的前沿, 成本又低, 因此膜技术在淡水资源开发上有极其广阔的市场需求背景。
( 2) 预计21 世纪膜分离的应用将持续增长, 尤其是微滤/ 超滤、微滤/ 反渗透、微滤/ 超滤/ 反渗透或纳滤结合的膜处理过程。增长的领域包括: 饮用水处理、工业废水的脱色、垃圾填场渗滤液的处理、膜生物反应器的应用、水的回收与循环利用。这些膜分离技术的应用将降低未来的环境污染, 前景非常广阔, 应作为首选重点。
( 3) 石油化工是膜技术在21 世纪可以大显身手的重要领域, 从油田淡水供应、污水处理, 到生产、加工过程的反应、分离、浓缩、纯化等, 都和膜技术息息相关, 而膜技术在这方面的应用目前还处在初始阶段, 所以, 膜技术在此方面的应用潜力非常巨大。
( 4) 膜生物反应器已经在抗生素生产和水处理中应用, 渗透气化生产乙醇和膜催化反应已进入中试规模。这些新的膜分离过程还有很多技术难题需解决, 正处在研究和开发阶段。
( 5) 酶膜生物反应器或钯膜反应器有极大的魅力, 是近代反应工程中值得关注的发展方向, 国内外正在积极投入此方面的研究和开发, 并在应用领域中取得显著成效。最近, 钯/ 陶瓷复合膜和可选择透过氧的材料研究得到极大重视。
( 6) 开发不同膜分离过程或膜分离与其它分离方法联合起来的工艺流程( 集成膜过程) 成为解决一些复杂分离问题的迫切需要; 膜蒸馏、膜萃取和亲和膜分离是膜技术与蒸发、萃取及色谱技术相结合的新型膜分离过程, 还处在实验室研究阶段。膜萃取中相之间存在的相互渗透、膜的溶胀以及引起的膜寿命等问题是它在实际应用前必须解决的。亲和膜分离过程还有许多理论和实际问题需要解决, 特别是制备技术中的一些关键问题急待攻克。
5 结语
膜分离技术是对传统化学分离方法的一次革命，在国际上公认为 21 世纪最有发展前途的一项重大技术革命。目前膜分离技术已经在医药、环保、海水淡化等众多工业领域得到广泛应用。膜污染问题是目前的研究热点和难点，因此选择合适的膜清洗工艺，研制膜高效清洗剂，开发耐污性能好的膜材料对现有膜进行改性是有重要现实意义的工作。随着膜分离技术的基础研究、应用技术研究的不断深入，其在推进工业发展进程中将发挥巨大的作用，它必将会极大地推动工业和社会进步，产生巨大的经济效益和社会效益。
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APPLICATION AND PROSPECT OF MEMBRANE SEPARATION TECHNOLOGY IN CHEMICAL
INDUSTRY
XX
Abstract ：Membrane separation technology is a new and efficient chemical separation technology in recent years, with high selectivity, energy saving, high efficiency and so on. It is more and more widely used in chemical industry, and has been paid more and more attention by people. This paper introduces the basic classification and characteristics of membrane separation technology, and analyzes the practical application of membrane separation technology in chemical production and the future development prospects.
Key words：Membrane separation technology; chemical industry; Application prospect
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学号：XXX
XXX 大学
学士学位论文
题 目 膜分离技术在化工生产中的应用及前景 学 生 XXX
指导教师 XXX 教授
年 级 XXX
专 业 化学
系 别 XX
学 院 XXX
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若课题因故变动时，应向指导教师提出申请，提交题目变动论证报告。
学 士 学 位 论 文
题 目
学 生
指导教师
年 级
专 业
系 别
学 院
膜分离技术在化工生产中的应用及前景X X 教授 X 级X 班 化学 X X
X 大学
X 年X 月
膜分离技术在化工生产中的应用及前景
X
摘要： 膜分离技术是近年来新兴的一门高效化工分离技术，具有高选择性、节能、高效等特点，在化工生产中的应用越来越广泛，受到了越来越多人的重视。本文主要介绍了膜分离技术的基本分类和特点，同时具体分析了膜分离技术在化工生产方面的实际应用和未来发展前景。 关键词：膜分离技术 化学工业 应用展望
膜分离是指通过特定的膜的选择渗透作用, 借助于外界能量、浓度或化学位差的推动, 对两组分或多组分气体或液体的混合物进行分离、分级、提纯和富集，是一门新兴的化工分离单元操作。作为一门新兴的化工分离单元操作，膜分离技术具备很多工艺优点。可在常温下进行，有效成分损失极少，特别适用于热敏性物质，如抗生素等医药、果汁、酶、蛋白的分离与浓缩。选择性好，可在分子级内进行物质分离，具有普遍滤材无法取代的卓越性能。适应性强，处理规模可大可小，可以连续也可以间隙进行，工艺简单，操作方便，易于自动化。能耗低，只需电能驱动，其费用约为蒸发浓缩或冷冻浓缩的1/3-1/8。无相态变化，保持物质原本的相态，大大减少了工艺操作流程。
膜分离技术被认为是“21世纪最有前途、最有发展前景的重大高新技术之一, 它在工业技术改造中起着战略性作用”。世界上许多国家包括我国在内, 都把膜分离技术及其应用列为国家重点发展项目。世界著名的化工与膜专家、北美膜学会会长黎念之在访问我国化工部时说:“要想发展化工就必须发展膜技术”。甚至有人预言“谁掌握了膜技术, 谁就掌握了化学工业的未来”。由此可知, 膜分离技术在化工行业中占有着重要的地位, 它的发展前景十分广阔。
1 膜分离技术的发展
膜分离现象广泛存在于自然界中，特别是生物体内，但人类对它的认识和研究却经过了漫长而曲折的道路。1748年Abble Nelk首先创造了Osmosis 这一词, 用来描述水通过半透膜的渗透现象, 由此开始了对膜过程的研究。膜分离技术的工程应用是从20世纪60年代海水淡化开始的-1960）年洛布和索里拉金教授制成了第一张高通量和高脱盐率的醋酸纤纸素膜，这种膜具有推对称结构，从此使反渗透从实验室走向工业应用。其后各种新型膜陆续问世，1967年美国杜邦公司首先研制出以尼龙-66为膜材料的中空纤维膜组件；1970年又研制出以芳香聚酰胺为膜材料的“Pemiasep B-9”中空纤维膜组件，并获得1971年美国柯克帕特里克化学工程最高奖。从此反渗透技术在美国得到迅猛的发展，随后在世界各地相继应用。其间微滤和超滤技术也得到相应的发展。
我国膜科学技术的发展始于1958年研究离子交换膜。60年代进入开创阶段。1965年着手反渗透的探索，1967年开始的全国海水淡化会战，大大促进了我国膜科技的发展。70年代进入开发阶段。这时期，微滤、电渗析、反渗透和超滤等各种膜和组器件都相继研究开发出来，80年代跨入了推广应用阶段。80年代又是气体分离和其他新膜开发阶段。
膜分离的发展史大致为:20世纪30年代微孔过滤(M-icrofiltration);40年代渗析(Dialysis);50年代电渗析(Electrodialysis);60年代反渗透(Reverse osmo-sis);70年代超滤(Ultrafiltration);80年代气体分离(Gas separation);90年渗透汽化(Pervapora-tion)。目前, 膜产品的世界年销售额已经超过100亿美元, 而且年增长率在20%左右。膜分离技术作为一种新兴
的高效分离技术, 现在已被广泛应用于化工、环保、电子、轻工、纺织、石油、食品、医药、生物技术、能源工程等。国外有关专家甚至把膜分离技术的发展称为“第三次工业革命”。
2 膜分离技术的分类
膜是具有选择性分离功能的材料，利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程称作膜分离。它与传统过滤的不同在于，膜可以在分子范围内进行分离，并且这过程是一种物理过程，不需发生相的变化和添加助剂。膜的孔径一般为微米级，依据其孔径的不同（或称为截留分子量），可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜，根据材料的不同，可分为无机膜和有机膜，无机膜主要是陶瓷膜和金属膜，其过滤精度较低，选择性较小。有机膜是由高分子材料做成的，如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等等[1]。
2.1 微滤（MF ）
又称微孔过滤，它属于精密过滤，其基本原理是筛孔分离过程。微滤膜的材质分为有机和无机两大类，有机聚合物有醋酸纤维素、聚丙烯、聚碳酸酯、聚砜、聚酰胺等。无机膜材料有陶瓷和金属等。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。其在污水处理和饮用水净化方面得到广泛应用。
对于微滤而言，膜的截留特性是以膜的孔径来表征，通常孔径范围在0.1～1微米，故微滤膜能对大直径的菌体、悬浮固体等进行分离。可作为一般料液的澄清、保安过滤、空气除菌。
2.2 超滤（UF ）
是介于微滤和纳滤之间的一种膜过程，膜孔径在0.05um 至1nm 之间。超滤是一种能够将溶液进行净化、分离、浓缩的膜分离技术，超滤过程通常可以理解成与膜孔径大小相关的筛分过程。以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为过滤介质，在一定的压力下，当水流过膜表面时，只允许水及比膜孔径小的小分子物质通过，达到溶液的净化、分离、浓缩的目的。其在食品工业、饮用水净化、中药精制以及药学分析等诸多领域应用十分广泛。
对于超滤而言，膜的截留特性是以对标准有机物的截留分子量来表征，通常截留分子量范围在1000～300000，故超滤膜能对大分子有机物（如蛋白质、细菌）、胶体、悬浮固体等进行分离，广泛应用于料液的澄清、大分子有机物的分离纯化、除热源[2]。
2.3 纳滤（NF ）
是介于超滤与反渗透之间的一种膜分离技术， 其截留分子量在80～1000的范围内，孔径为几纳米，因此称纳滤。基于纳滤分离技术的优越特性，其在制药、生物化工、食品工业等诸多领域显示出广阔的应用前景。
对于纳滤而言，膜的截留特性是以对标准NaCl 、MgSO 4、CaCl 2溶液的截留率来表征，通常截留率范围在60～90%，相应截留分子量范围在100～1000，故纳滤膜能对小分子有机物等与水、无机盐进行分离，实现脱盐与浓缩的同时进行[3]。
2.4 反渗透（RO ）
是利用反渗透膜只能透过溶剂（通常是水）而截留离子物质或小分子物质的选择透过性，以膜两侧静压为推动力，而实现的对液体混合物分离的膜过程。反渗透是膜分离技术的一个重要组成部分，因具有产水水质高、运行成本低、无污染、操作方便运行可靠等诸多优点 ，而成为海水和苦咸水淡化，以及纯水制备的最节能、最简便的技术. 已广泛应用于医药、电子、化工、食品、海水淡化等诸多行业。反渗透技术已成为现代工业中首选的水处理技术。
反渗透的截留对象是所有的离子，仅让水透过膜，对NaCl 的截留率在98%以上，出水
为无离子水。反渗透法能够去除可溶性的金属盐、有机物、细菌、胶体粒子、发热物质，也即能截留所有的离子，在生产纯净水、软化水、无离子水、产品浓缩、废水处理方面反渗透膜已经应用广泛，如垃圾渗滤液的处理[4]。
2.5 液膜分离
液膜是悬浮在液体中的一层很薄的乳液，主要由膜溶剂、表面活性剂（乳化剂）、流动载体、添加剂（稳定剂）等组成。液膜按形态可分为乳化液膜和支撑液膜两类。按传质机理的不同，可分为无载体输送的液膜和有载体输送的液膜两种。液膜分离过程具有选择性高和通量大的特点。 乳化液膜，先将内相溶液以微液滴（滴径为 1～100μm）形式分散在膜相溶液中, 形成乳液（称为制乳）; 然后将乳液以液滴（滴径为0.5～5mm ）形式分散在外相溶液中，就形成乳化液膜系统。液膜的有效厚度为 1～10μm。为保持乳液在分离过程中的稳定性，膜相溶液中加有表面活性剂和稳定添加剂。接受了被分离组分的乳液，还须经过相分离，得到单一的内相溶液，再从中取得被分离组分，并使膜相溶液返回用以重新制备乳液。对乳液作相分离的操作称为破乳，方法是用高速离心机作沉降分离，或用高压电场促进微液滴凝聚，或加入乳化剂破坏微液滴的稳定性，然后再作分离。支撑液膜，又称固定液膜，是微孔薄膜浸渍以膜相溶液后形成的由固相支撑的液膜。支撑液膜比乳化液膜厚，而且膜内通道弯曲，传至阻力较大，但它不需制乳和破乳，操作较为简便，更适合于工业应用。
液膜分离技术已经成功地应用于除去人造宇宙飞船座舱中CO 2，并且也常用于湿法冶金工业、石油与化学工业、生化工业、制药工业、环境保护等领域。
3 膜分离技术的应用领域与现状
随着膜科学技术的发展，相应的学术、技术团体也相继成立。他们的成立为规范膜行业的标准，在促进膜行业的发展中起着举足轻重的作用。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[5]。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。
3.1 在生物化工中的应用
传统的生物化工产品如氨基酸、抗生素、乳酸及低聚糖等的提取与精制, 通常采用离心、沉淀、吸附、萃取、离子交换和色谱等方法[6], 因此存在工艺过程复杂、操作时间长、原料消耗大、能量消耗高、产品回收率低、废水污染严重等问题, 且产品在漫长的提取过程中可能发生变形失活; 而这些生物化工产品生产过程中的浓缩工序主要采用多效蒸发法, 因此造成投资大, 能耗高, 以及由于蒸发相变所造成的产品损失[7]。所以，膜分离技术特别适用于生物化工的生产和开发。例如:从植物或动物组织萃取液中进行酶的精制; 从发酵液或反应液中进行产物的分离、浓缩等。膜技术应用于蛋白质加水分解或糖液生产, 有助于稳定产品质量, 提高产品的收率和降低成本。由于应用分离膜可以在室温下进行物理化学分离, 所以它特别适合于热敏性生物物质的分离[8]。可以想象膜分离技术在生物化工方面将会得到越来越广泛的应用。
发酵培养基的灭菌过滤、缓冲剂的纯化和蛋白质产品的制备都经常应用膜分离技术。其中，病毒过滤是确保生物制品安全性最常见的单元分离过程。一些病毒具有强的耐热和耐化学性质，采用加热和化学失活的方法不能完全杀死这些病毒，而选择适当微滤或超滤膜则可以有效去除这些病毒。因此，膜分离技术已成为确保现代生物制品纯度、安全和效用的基本技术21世纪是生物技术的时代，基因治疗、转基因蛋白和单克隆抗体的生产，尤其要求大量生产重组DNA 衍生抗体，来满足疾病治疗中长期使用及高剂量的需求。这些都对生物制品的纯化和回收工艺提出了新的挑战:要求分离过程同时具有高产出和高选择性的特点，从
而降低生物制品的成本及增加产量。膜分离技术具有满足这些要求的潜力。目前国外的研发热点是生产同时具有高通量和高选择性的膜。由于膜分离技术具有成本和能耗低的优势，因此有望将膜技术代替电泳和色谱技术来分离手性药物[9]。比如，合成具有手性聚抗衡离子(如聚谷酸氨或葡聚糖磺酸) 的聚吡咯膜，利用手性抗衡离子作为分子识别试剂来分离对映体。高效剪切流过滤(HPTFF)是一种纯化蛋白质和核苷酸的新技术。传统的剪切流过滤只能分离尺寸相差10倍以上的物质(如分离细胞与蛋白质、病毒与蛋白质、蛋白质与缓冲剂) [10]。高效剪切流过滤是充分利用了生物分子间尺寸和电荷差异的二维纯化技术。因此，高效剪切流过滤可以分离相同分子量的生物分子，甚至可能截留分子量小的生物分子，而让分子量大的生物分子透过膜。当前工艺经常应用离子交换、色谱法、超滤及体积排阻色谱法的多步分离操作实现纯化、浓缩和缓冲剂交换，而采用高效剪切流过滤，则可在单个单元操作中就实现这些分离目的，从而降低成本[11]。由于高效剪切流过滤是建立在超滤技术基础之上，所以高效剪切流过滤在强调高选择性的同时，也保留了传统超滤高通量、高收率的特点。目前，高效剪切流过滤已经用于一些生物技术(如IgG 和单克隆抗体) 的实际生产中[12]。
膜分离技术具有许多优点, 是一种较理想的分离手段, 但在应用中还存在一定的问题。与色谱法比较, 分离精度不高, 同时多组分分离做不到; 膜分离技术虽然原理简单, 在生物化工领域广泛应用, 但由于生物化工产品种类繁多、性质各异, 对膜分离会产生不同的影响, 如吸附会使膜孔堵塞等, 所以要想很好地利用膜分离技术, 必须针对具体过程研究开发各种防止膜性能降低的装置并探讨有效的操作方法[13]。
3.2 在化工节能减排中的应用
随着膜科学技术的发展， 膜分离的应用亦愈来愈广，从早期脱盐发展到今天的工业废水废气处理、生产原料净化、产品分离和高纯水生产等。化肥工业中已成功应用、正在开发或有发展前景的膜技术有膜法水处理、包膜化肥和气体净化及回收等[14]。其中， 水处理包括工艺用水和废水处理， 包膜化肥主要有包膜尿素和包膜碳铵， 气体净化及回收包括天然气脱除CO 2、H 2S 和水蒸气， 合成氨弛放气回收H 2以及烟气和尾气脱SO 2、NOx 和CO 2等[15]。
工业废水处理中所应用的膜技术以液膜分离居多，包括乳状液膜和支撑液膜。液膜法处理工业废水的原理在于液膜能够选择性地渗透离子，并在内水相富集而不破裂。乳状液膜法处理工业废水分步进行制乳、传质、破乳[16]。
目前，液膜技术在化肥工业废水处理中的应用研究主要有含磷酸盐、硫化物、亚硫酸盐、硝酸盐、砷化物、氰化物、氟化物或氨等废水的处理[17]。
从废水中除去少量有机物, 目的是解决环境污染问题。可处理的污染物有苯、甲苯、酚、氯仿、三氯乙烷、丙酮、甲乙酮、醋酸乙酯等。用有机物优先透过膜使少量有机物透过, 可使水中有机物含量符合排放标准, 且整个过程的能耗很低。对于回收有机水溶液中含1%~5%的有机溶剂, 传统的方法是精馏或萃取, 利用渗透汽化与传统方法结合回收溶剂, 总操作费用为单纯精馏的1/2~2/3,整个生产装置的总投资比传统的分离方法省20%~60%[18]。
废水易散发出含S 2-、SO 42-废水易散发出有害气体， 虽然已有许多方法去除废水中的这些阴离子， 如化学法、吸附法、生化法等， 但处理效果不是不理想就是成本太高，而采用乳状液膜法则可获得较为满意的效果[19]。
在工业生产过程中很容易产生大量的粉尘，对周围环境会造成严重的污染。比如，若采用旋风分离器或者普通袋滤器来处理水泥窑尾气，尾气的粉尘含量经处理后大概是90~115mg/m3，这样形成的系统阻力介于1.5~2.0kPa左右[20]，并不满足国家排放标准，同时由于尾气含水量较大，若短时间内温度急剧下降，极易导致生产设备堵塞，对生产造成严重影响。但是若采用膜微滤分离技术处理，废气粉尘含量可降低至4.3mg/m3，而系统阻力也只是在1.00kPa 左右，完全满足国家排放标准要求，同时可减少生产设备堵塞现象，大大提
高生产效率[21]。其次，膜微滤分离器至少会有3年以上使用寿命，比较经济、节能。在磷肥生产、磷酸氢钙干燥窑尾气、石灰窑、钛白粉生产、磷铵生产等诸多方面粉尘处理中都有所应用[22]。
与很多传统工业技术相比，膜技术有很多优点，如：投资省、占地少、能耗低、操作方便、高效等，一经问世就受到美、英、日等工业发达国家的青睐。随着研究的深入，膜技术、膜组件和系统化技术不断进步，各种材质的膜层出不穷，在化工污水的处理中也得到广泛的应用，但还有需要改进的方面[23]。
3.3 在石油化工领域的应用
大型炼油厂的催化裂化干气是氢和多种烃的复杂混合物, 含有大量的氢、乙烯和丙烯等, 是宝贵的化工原料, 但因无合适方法回收而被白白烧掉[24]。我国渣油催化裂化干气的氢含量约在40%~60%之间[25]。由于氢含量较高, 若单用深冷法分离, 为证乙烯回收率, 脱甲烷塔塔顶温度要降得很低, 使能耗剧增, 严重影响深冷分离的经济性。渣油催化裂化干气氢烃分离的膜分离-深冷分离联合工艺流程(简称联合法):先用膜法分离干气中的氢, 随后对贫氢干气(氢含量可降至10%)用深冷法分离[26]。由于膜分离法已将绝大部分(氢回收率大于85%)氢气分离出来, 就相对提高了干气中的烃的浓度, 使脱甲烷塔易于操作。经膜分离所得富氢(氢含量大于95%)可直接作加氢原料气。膜分离-深冷分离联合用于催化裂化干气的氢烃分离, 在技术上是可行的。应用联合工艺, 不先经深冷分离就能回收干气中绝大部分氢, 回收氢可直接用作加氢原料[27]。
目前我国对老油区的开采主要是采用向油层深处注水的方法, 能耗大, 采收率低。用CO 2代替水则具有许多优点, 过程先将CO 2压入老的油层深处, 以减低残余油的粘度, 将油压至地面。采出的油中的CO 2可用膜分离技术回收利用[28]。国外在15%CO2的原油中, 经膜分离器, 渗透相中浓度可达60%左右, 而渗余相中可达3%左右, 并与常规的方法结合使用[29]。
膜分离技术在石油天然气工业中具有十分广阔的前景, 它对于生产设备的优化及提高经济效益都有着十分重要的作用。尽管此项技术还有许多理论与实践问题有待于进一步研究探讨, 但作为一门新兴科学在不远的将来终究会在石油天然气工业中发挥巨大的作用[30]。
3.4 在染料化工中的应用
在染料生产过程中, 反应混合物中粗制染料的质量分数一般在5% ~15%[31], 含盐质量分数有时甚至高达40%,且混有异构体及完全反应的原辅材料、中间体、副产物等[32]。无机盐的存在将影响染料稳定性, 降低着色强度和色牢度; 副产物的存在将使染料颜色发生不可干预的偏离。为了提高染料的质量, 需要对合成染料进行纯化精制[33]。传统上采用直接蒸发浓缩或盐析等工艺, 但得到的产品质量差, 盐消耗量达到10% ~15%[34], 染料流失率在5%左右, 废水污染严重。膜分离技术作为一种绿色清洁生产工艺, 可有效地用于粗制染料的脱盐和浓缩, 所得的染料溶液可直接制成高浓度、低盐、高附加值的染料产品(如活性染料、金属络合染料、酸性染料和增白剂等), 也可经喷雾干燥后制成固体粉末染料产品。水溶性染料(如酸性染料、碱性染料、直接染料和活性染料等) 带有亲水性基团)SO 3Na 2、HCOONa 等, 其相对分子质量一般为300~1500,首选的膜分离技术为纳滤技术。水不溶性染料(如还原染料、分散染料、硫化染料等) 带有憎水性基团, 在水中呈悬浮状态, 则可考虑采用超滤技术[35]。国外自20世纪80年代开始采用膜分离技术生产液体染料(即所谓/绿色生产工艺) [36]。
目前国外大型染料厂均已采用此项技术代替传统的盐析工艺来生产活性染料和酸性染料。目前的研究大多集中于膜特性[37], 如采用氢氧化锆和聚丙烯酸在二氧化钛大孔膜上形成的弱酸聚电解质动态膜来分离Cibacron 蓝F3G-A 染料和NaNO 3混合液, 分离因子(NaNO3透过率与染料透过率之比) 与染料浓度、NaNO 3浓度、透过通量、循环流速和pH 值有关。在稳定流速下, 随操作压力上升, 染料截留率从接近100%的初始值下降[38]。当流速小于014m/s时, 在操作压力210MPa 附近有染料截留率的极低值, 这可能是染料在膜孔内形成了动态膜所
致[39]。
3.5 在中药领域中的应用
中药提取液有效成分的含量低，提取常使用大量有机溶剂，存在提取成本高，提取过程复杂，提取率低，污染严重等问题，应用膜分离技术可望有效地解决。近年来随着中药现代化的开展，膜分离技术广泛地应用于中药提取液的提纯和浓缩[40]。
中药生产中，原药的洗涤液以及提取后的药渣洗涤液，多含有一定量浓度极低的有效成分，往往作为废水直接排放，运用膜技术能很好的加以回收利用。
由于其在中药生产领域的应用研究还不够深入，一些工艺和技术问题有待解决，未能得到大规模的生产应用。但总体来说，膜分离技术在中药领域的应用愈来愈广。随着学者对膜分离技术不断系统深入的研究，以及为适应人们对提高医药产品质量和降低生产成本的需求而不断开发出适合于不同药物成分的新型膜材料、新型膜分离过程及膜集成技术，有理由相信膜分离技术必将取代传统分离技术成为医药领域应用的热点，在促进我国中药现代化和工业化生产方面发挥更重要的作用。
4 膜分离技术发展前景
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，使膜技术发挥更大的作用。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。膜分离技术是当代化工新技术领域的开发重点之一。随着现代化工业和科技的发展, 膜分离在许多技术领域将越来越显示出其技术和经济的优势。
膜分离技术在21 世纪是世界各国研究的热点, 它将在各个领域发挥更引人注目的作用。 ( 1) 海水是地球上最大水源, 膜法是净化技术的前沿, 成本又低, 因此膜技术在淡水资源开发上有极其广阔的市场需求背景。
( 2) 预计21 世纪膜分离的应用将持续增长, 尤其是微滤/ 超滤、微滤/ 反渗透、微滤/ 超滤/ 反渗透或纳滤结合的膜处理过程。增长的领域包括: 饮用水处理、工业废水的脱色、垃圾填场渗滤液的处理、膜生物反应器的应用、水的回收与循环利用。这些膜分离技术的应用将降低未来的环境污染, 前景非常广阔, 应作为首选重点。
( 3) 石油化工是膜技术在21 世纪可以大显身手的重要领域, 从油田淡水供应、污水处理, 到生产、加工过程的反应、分离、浓缩、纯化等, 都和膜技术息息相关, 而膜技术在这方面的应用目前还处在初始阶段, 所以, 膜技术在此方面的应用潜力非常巨大。
( 4) 膜生物反应器已经在抗生素生产和水处理中应用, 渗透气化生产乙醇和膜催化反应已进入中试规模。这些新的膜分离过程还有很多技术难题需解决, 正处在研究和开发阶段。
( 5) 酶膜生物反应器或钯膜反应器有极大的魅力, 是近代反应工程中值得关注的发展方向, 国内外正在积极投入此方面的研究和开发, 并在应用领域中取得显著成效。最近, 钯/ 陶瓷复合膜和可选择透过氧的材料研究得到极大重视。
( 6) 开发不同膜分离过程或膜分离与其它分离方法联合起来的工艺流程( 集成膜过程) 成为解决一些复杂分离问题的迫切需要; 膜蒸馏、膜萃取和亲和膜分离是膜技术与蒸发、萃取及色谱技术相结合的新型膜分离过程, 还处在实验室研究阶段。膜萃取中相之间存在的相互渗透、膜的溶胀以及引起的膜寿命等问题是它在实际应用前必须解决的。亲和膜分离过程还有许多理论和实际问题需要解决, 特别是制备技术中的一些关键问题急待攻克。
5 结语
膜分离技术是对传统化学分离方法的一次革命，在国际上公认为 21 世纪最有发展前途的一项重大技术革命。目前膜分离技术已经在医药、环保、海水淡化等众多工业领域得到广泛应用。膜污染问题是目前的研究热点和难点，因此选择合适的膜清洗工艺，研制膜高效清洗剂，开发耐污性能好的膜材料对现有膜进行改性是有重要现实意义的工作。随着膜分离技术的基础研究、应用技术研究的不断深入，其在推进工业发展进程中将发挥巨大的作用，它必将会极大地推动工业和社会进步，产生巨大的经济效益和社会效益。
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APPLICATION AND PROSPECT OF MEMBRANE SEPARATION TECHNOLOGY IN CHEMICAL
INDUSTRY
XX
Abstract ：Membrane separation technology is a new and efficient chemical separation technology in recent years, with high selectivity, energy saving, high efficiency and so on. It is more and more widely used in chemical industry, and has been paid more and more attention by people. This paper introduces the basic classification and characteristics of membrane separation technology, and analyzes the practical application of membrane separation technology in chemical production and the future development prospects.
Key words：Membrane separation technology; chemical industry; Application prospect
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