膜分離技術及其在化工方面的應用

楊剛劍

（河北融正安全評價咨詢有限公司，河北 邯鄲 056000）

近幾年來膜分離技術取得了很大的發展，而且不斷創新了很多品種，可以更好的滿足人們的多樣化需求。膜分離技術的基本原理主要是利用膜具有選擇性滲透作用，通過化學位差或者外界能量的推動作用下有效的分離、提純、富集混合物中的液體或者氣體，在膜分離的整個過程中基本上不會出現相變，能耗相對較低，而且可以在常溫狀態下進行，尤其適用于果品、藥物、酶等熱敏性物質分級、分離及濃縮。相對于傳統的分離方法而言，膜分離技術效率更高，操作更加簡便，裝置簡單，便于控制和維修，而且投資費用較低，是一種高效、節能的新技術。目前，膜分離技術已經被廣泛應用于食品工業、醫藥工業、生物化工、環境保護、濕法冶金、水處理等諸多領域中，備受各大工業發達國家的關注和重視，因此值得進行深入研究、探討。

1 膜分離技術的基本特點

膜實際上也就是一種凝聚相物質，用于分離一兩個流體相。對于膜而言，可以是氣態、固態、液態等多種凝聚性形式。而且，膜可為一相，也可為復合相，但是對于復合相而言，相和膜相之間的相表面會有所差異，這主要是由于膜有多薄，都必須2個或2個以上界面，但是也正是由于這2個或2個以上界面，才可以發揮出膜分割流體物質的作用。其次，膜面積并沒有明確的規定，可小可大，在流體相中，膜可以以獨立形式存在，也可以在支持體的微孔中或者在載體表面依附。膜分離主要是由梯度差異（包括電位差、壓力差、濃度差、分壓差等）來推動，一般可將膜分離劃分為以下3種形式：

1.1 滲析式膜分離

這種膜分離形式的主要原理是在固體膜側放置被處理的溶液，而在接納滲析組分的溶液或者溶劑放置膜的另外一側，然后通過電位差、濃度差等將料液中的一些離子或者溶質推動透過膜進入到接受液中，最后將其分離。電滲析、滲析是滲析式膜分離的主要形式。

1.2 過濾式膜分離

這種膜分離方式的基本原理，就以溶液來講解，在固體膜（也即是分離器）側放置待處理的溶液，然后通過額外增加的壓力或者自身形成壓力差的推動下，部分物質會透過膜形成滲濾液，而沒有通過膜的部分溶液也就會形成濾余液。如果是混合氣體，最后可被分離成濾余氣、滲濾氣。因為待處理混合物質的組分物質存在一定差異，分子大小也會存在很大差異，因此這些物質透過膜的速率也會存在較大區別，這樣就會導致殘留的部分和透過部分的組分有所不同，最終分離組分。現階段，過濾式膜分離的形式主要包括微濾、滲透、超濾以及氣體滲透等。

1.3 液膜分離

這種分離形式在分離的過程中，料液、接受液、液膜分別是第一液相、第二液相、第三液相，液膜介于接受液以及料液之間，這三個液相是相互獨立的，并不能相互混合。液膜分離的過程實際上也是反萃取和萃取的有機結合，萃取就相當于溶質通過料液進入到液膜中。

2 分析膜分離技術在化工方面的實際應用

現階段，關于膜分離中的電滲析技術、超濾技術、反滲透技術以及微濾技術等技術已經相對較為成熟，在工業生產領域中得到了廣泛應用，并且也取得了比較顯著的市場效益。尤其是隨著人們環保意識的不斷提高，在化工生產以及環境污染治理等工作中廣泛應用到膜超濾技術以膜微濾技，特別在水中病毒、細菌過濾以及水中細微顆粒以及金屬沉淀物中的應用較為突出。

2.1 含氟化合物去除中的應用

目前很多磷肥生產企業會利用膜微濾技術將磷石膏廢水中的一些含氟化合物去除，膜分離技術可以有效截留大分子溶質，微粒在0.05-10um左右也可以去除。根據相關研究顯示，廢水通過膜微濾技術處理以及石灰乳處理的殘余氟量會有很大差異，前者比后者低很多。以往在廢水中加入石灰乳，廢水中的氟化合物中和以及沉淀的效果并不理想，很難符合標準的排放要求（10mg/L）。而且傳統的石灰乳處理廢水的過程中，首先會在廢水中加入兩級石灰乳中和后，再將石灰乳、鐵鹽、廢水中和反應后產生的CaF2微粒全部加入到養晶槽內進行絮凝沉淀反，然后再固液分離沉降槽中的絮凝沉淀物，最后將沉淀槽的槽底污泥通過泵送到過濾機中，使其脫水。整個處理過程相當繁瑣，時間也比較長。

但是通過將膜微濾技術處理廢水中的含氟化合物，只需要在膜分離器中放置石灰乳，還有廢水進行中和反應后的CaF2微粒即可。通過膜微濾技術處理的廢水含氟量大概只有6mg/L左右，遠遠小于10mg/L，符合廢水排放標準，這樣廢水也可以循環應用。

2.2 在廢氣粉塵回收中的應用

在工業生產過程中很容易產生大量的粉塵，對周圍環境會造成嚴重的污染。比如，若采用旋風分離器或者普通袋濾器來處理水泥窯尾氣，尾氣的粉塵含量經處理后大概是90~115mg/m3，這樣形成的系統阻力介于1.5~2.0kPa左右，并不滿足國家排放標準，同時由于尾氣含水量較大，若短時間內溫度急劇下降，極易導致生產設備堵塞，對生產造成嚴重影響。但是若采用膜微濾分離技術處理，廢氣粉塵含量可降低至4.3mg/m3，而系統阻力也只是在1.00kPa左右，完全滿足國家排放標準要求，同時可減少生產設備堵塞現象，大大提高生產效率。其次，膜微濾分離器至少會有3年以上使用壽命，比較經濟、節能。在磷肥生產、磷酸氫鈣干燥窯尾氣、石灰窯、鈦白粉生產、磷銨生產等諸多方面粉塵處理中都有所應用。

2.3 其他應用分析

目前，在自然水、苦鹵、海水純化等工作中都廣泛應用到了電滲析分離技術，尤其是在初級純水以及飲用水純化中的應用相對廣泛。通過膜電滲析分離技術可以提高工業廢水的凈化率，循環利用水資源。而且也可用于醇類物質分離、水分離、果汁脫酸分離等。

結語

總而言之，膜分離技術作為一種新興的高效分離技術，將其應用于化工生產中可大大提高工業生產效益，也可大大減少能耗，緩解環境污染，有利于促進化工行業的健康、可持續發展。

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[2]張明月，廖列文.新型膜分離技術及其在化工行業中的應用[J]. 廣西化工，2013.

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