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世韩膜生产材料及形成过程分析

  众所周知,世韩膜具有惊人的分离效率。例如,海带从海水中富集碘,其浓度比海水中碘大1 000多倍;石毛(藻类)浓缩铀的浓缩率达750倍。因此,仿生是分离膜的发展方向。生物膜是建立在分子有规则排列的基础上,而目前使用的世韩膜多是功能高分子膜,是不规则链排列的聚合物。仿生膜要克服这一根本差别,达到生物膜的分离水平,还是一个比较遥远的目标。

  世韩膜材料

  当前,分离膜材料发展的趋向是:

  (1)继续开发功能高分子膜材料

  一是根据现今对膜分离机理的认识,继续合成各种分子结构的功能高分子,制成均质膜,定量地研究分子结构与分离性能之间的关系。这类工作主要结合气体分离膜过程进行。

  二是在膜的表面进行改性。根据不同的分离对象,引入不同的活化基团,使其“活化”。一般的表面改性方法有:先将膜材料改性,然后成膜;过化学反应进行表面改性。

  三是发展高分子合金膜。两种高分子混合一般情况下要比通过化学反应合成新材料容易些。它还可以使膜具有性能不同甚至截然相反的基团,在更大范围内调节其性能。技术上的难点是许多热力学性质不一致的高分子不容易达到真正互溶,需要选择合适的高分子对(polymer pair)和寻找能互溶的工艺条件。这一方面的工作主要结合水溶液分离膜进行。

  (2)开发无机膜材料

  无机膜的制备始于20世纪40年代,由于存在着不可塑、受冲击易破损、

  成型性差以及价格较昂贵等弱点,长期以来发展不快。但是,随着膜分离技术及其应用的发展,在膜使用条件上提出愈来愈高的要求,不少膜催化反应要求在几百度高温下进行;膜用于食品及生物产品分离,要求具有耐高温蒸汽多次清洗仍能保持分离性能不变。有些显然是高分子膜材料所无法满足的。

  新的世韩膜过程

  膜分离技术与传统的分离技术或反应过程相结合,发展出一些崭新的膜过程。这些新的膜过程在不同程度上吸取了二者的优点而避免了某些原有的弱点。

  (1)膜蒸馏

  将膜法与蒸馏法有机地结合起来的膜蒸馏,是最近几年发展起来的一种新型膜分离技术。在膜蒸馏过程中既有常规蒸馏中的蒸汽传质冷凝过程,又有分离物质扩散透过膜的膜分离过程。它避免了蒸馏法易结垢、怕腐蚀和反渗透法需要高压操作的缺点。用作膜蒸馏的高分子都是疏水性的,如聚碳酸酯、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、卤化聚乙烯、含氟高分子等。普遍认为聚四氟乙烯较好。膜蒸馏目前尚处于起步阶段。用于海水脱盐已建成中型试验装置,以期由现场试验作出评价。提高通量是膜蒸馏技术目前主攻方向。当技术进一步成熟后,在制药、生物工程等方面的应用将会显其特色。

  (2)膜萃取

  20世纪80年代初一个将膜分离与液-液萃取过程相结合的新过程———膜萃取开始出现。膜萃取的传质过程是在分隔料液相和萃取相的微孔膜表面进行的,因此它不存在通常萃取过程中液滴的分散与聚合现象。膜萃取的优点还在于:

  ①没有相的分散和聚结过程,可减少萃取剂在料液相中夹带损失。

  ②不形成直接接触的液液二相流动,使选择萃取剂范围可大大放宽。

  ③两相在膜两侧分别流动,使过程免受“返混”的影响和“液泛”条件的限制。

  ④可较好地发挥化工单元操作中的某些优势,提高传质效率。

  ⑤料液相与萃取相在膜两侧的同时存在可避免膜内溶剂的流失。膜萃取过程目前还处在实验室研究阶段。常用的是中空纤维装置。

  (3)膜反应

  与传统的反应技术相比,膜反应具有3个特点:

  ①反应转化率不受化学平衡转化率的限制;

  ②能提高复杂反应的选择性;

  ③反应、分离设施的同一化减少了设备投资和能耗。

  膜化学反应的研究目前主要集中在膜催化反应方面。一些有强酸性阳离子交换膜可用于酯化、酰化等酸催化反应过程,更多的研究在于用具有催化活性的络合金属高分子膜或各种类型无机膜开发相应的催化反应过程。膜反应器对固定床反应的取代具有重大的潜在经济效益。石油化工中90%以上的催化反应是在300℃以上进行的。因此,无机膜和无机膜反应器是当前世界各国研究膜反应的热点。

  集成世韩膜过程

  在解决某一具体分离目标时,综合利用几个膜过程,使之各尽所长,往往能达到较大限度的分离效果,取得较佳的经济效益。这是近年来膜分离技术发展中出现的又一个趋向。例如,微电子工业用超纯水要综合反渗透、离子交换和超滤;造纸工业黑液回收木质素磺酸钠要用聚凝、超滤加反渗透;从生物发酵制无水乙醇要用膜反应器、膜蒸馏、反渗透及渗透汽化;从蛋白质混合物中分离单个高纯蛋白质要用截留分子量不同的超滤加渗析;废水中去除有毒物质用膜萃取及反萃将毒物浓缩再进入膜生物反应器净化等等。集成膜过程的不断发展和完善将使膜分离技术在工业生产领域中发挥更大的作用。

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