文献综述
超滤作为一种高效的分离技术,在近几十年得到了飞速发展。据了解,1982年美国超滤膜销售额仅为0.36亿美元,而1990年则达到了3.65亿美元,是1982年的十倍[1]。
事实上,早在200多年前,人们就在自然界中尤其是生物体内发现了膜分离现象的存在。但是,从膜分离现象的发现到认识,再到合成并加以利用,这经历了很长一段时间,也凝聚着一大批研究者们的心血。膜分离现象的发现始于1784年,Abbe N发现水会自发地扩散穿过猪膀胱而进入酒精,但直到1864年Traube成功地制得了历史上第一张人造膜——亚铁氰化酮膜[2],人们才开启了人造膜的历史纪元。
1907年Bechhold系统得研究了超滤膜并首次提出超滤(ultrafiltration)的术语[3],但这一阶段的膜由于其透水能力低下而难以得到工业与商业的青睐。直到1960年人们研制出非对称结构的醋酸纤维素膜(CA),该膜的水通量是对称性膜的近10倍[4],这才使得超滤膜真正进入生产并在各行业得以应用。
目前,超滤技术对胶体、病原微生物、悬浮物等都有较好的去除效果[5]。除此之外,由于超滤技术的快速发展,超滤膜的成本也逐渐降低,基于此,超滤技术在水处理与工业给水方面也得到了广泛应用,例如海水淡化、纯水及超纯水制备等[6]。
1超滤原理
超滤是指在一定的压力下,通过特质膜的较小孔径,将小分子溶质与溶剂过滤到膜的另一侧,将大分子溶质截留下来,从而达到去除溶液中大分子溶质的目的。超滤主要是物理筛分,能够截留的大分子和胶体微粒的分子量一般在300以上[7]。
超滤膜主要通过两个方面来实现截留大分子的目的。一方面,由于超滤膜表面微孔的限制,大分子溶质无法像小分子溶质和溶剂一样,通过膜孔进入膜的另一侧,从而使得大分子溶质截留在膜表面。另一方面,当超滤达到稳定时,正是由于截留的大分子溶质,膜的表面形成了一层厚度稳定的滤饼层,进一步截留大分子溶质。事实上,滤饼层对大分子溶质的截留作用比膜孔更明显。
然而,被截留大分子与胶体在膜表面的堆积会引起膜通量下降[8],同时长时间的运行会使得超滤膜表面的蛋白质、天然有机物和微生物等影响膜的过滤效果,甚至造成膜污染[9]。
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