膜分离技术及其在化工方面的应用

杨刚剑

（河北融正安全评价咨询有限公司，河北 邯郸 056000）

近几年来膜分离技术取得了很大的发展，而且不断创新了很多品种，可以更好的满足人们的多样化需求。膜分离技术的基本原理主要是利用膜具有选择性渗透作用，通过化学位差或者外界能量的推动作用下有效的分离、提纯、富集混合物中的液体或者气体，在膜分离的整个过程中基本上不会出现相变，能耗相对较低，而且可以在常温状态下进行，尤其适用于果品、药物、酶等热敏性物质分级、分离及浓缩。相对于传统的分离方法而言，膜分离技术效率更高，操作更加简便，装置简单，便于控制和维修，而且投资费用较低，是一种高效、节能的新技术。目前，膜分离技术已经被广泛应用于食品工业、医药工业、生物化工、环境保护、湿法冶金、水处理等诸多领域中，备受各大工业发达国家的关注和重视，因此值得进行深入研究、探讨。

1 膜分离技术的基本特点

膜实际上也就是一种凝聚相物质，用于分离一两个流体相。对于膜而言，可以是气态、固态、液态等多种凝聚性形式。而且，膜可为一相，也可为复合相，但是对于复合相而言，相和膜相之间的相表面会有所差异，这主要是由于膜有多薄，都必须2个或2个以上界面，但是也正是由于这2个或2个以上界面，才可以发挥出膜分割流体物质的作用。其次，膜面积并没有明确的规定，可小可大，在流体相中，膜可以以独立形式存在，也可以在支持体的微孔中或者在载体表面依附。膜分离主要是由梯度差异（包括电位差、压力差、浓度差、分压差等）来推动，一般可将膜分离划分为以下3种形式：

1.1 渗析式膜分离

这种膜分离形式的主要原理是在固体膜侧放置被处理的溶液，而在接纳渗析组分的溶液或者溶剂放置膜的另外一侧，然后通过电位差、浓度差等将料液中的一些离子或者溶质推动透过膜进入到接受液中，最后将其分离。电渗析、渗析是渗析式膜分离的主要形式。

1.2 过滤式膜分离

这种膜分离方式的基本原理，就以溶液来讲解，在固体膜（也即是分离器）侧放置待处理的溶液，然后通过额外增加的压力或者自身形成压力差的推动下，部分物质会透过膜形成渗滤液，而没有通过膜的部分溶液也就会形成滤余液。如果是混合气体，最后可被分离成滤余气、渗滤气。因为待处理混合物质的组分物质存在一定差异，分子大小也会存在很大差异，因此这些物质透过膜的速率也会存在较大区别，这样就会导致残留的部分和透过部分的组分有所不同，最终分离组分。现阶段，过滤式膜分离的形式主要包括微滤、渗透、超滤以及气体渗透等。

1.3 液膜分离

这种分离形式在分离的过程中，料液、接受液、液膜分别是第一液相、第二液相、第三液相，液膜介于接受液以及料液之间，这三个液相是相互独立的，并不能相互混合。液膜分离的过程实际上也是反萃取和萃取的有机结合，萃取就相当于溶质通过料液进入到液膜中。

2 分析膜分离技术在化工方面的实际应用

现阶段，关于膜分离中的电渗析技术、超滤技术、反渗透技术以及微滤技术等技术已经相对较为成熟，在工业生产领域中得到了广泛应用，并且也取得了比较显著的市场效益。尤其是随着人们环保意识的不断提高，在化工生产以及环境污染治理等工作中广泛应用到膜超滤技术以膜微滤技，特别在水中病毒、细菌过滤以及水中细微颗粒以及金属沉淀物中的应用较为突出。

2.1 含氟化合物去除中的应用

目前很多磷肥生产企业会利用膜微滤技术将磷石膏废水中的一些含氟化合物去除，膜分离技术可以有效截留大分子溶质，微粒在0.05-10um左右也可以去除。根据相关研究显示，废水通过膜微滤技术处理以及石灰乳处理的残余氟量会有很大差异，前者比后者低很多。以往在废水中加入石灰乳，废水中的氟化合物中和以及沉淀的效果并不理想，很难符合标准的排放要求（10mg/L）。而且传统的石灰乳处理废水的过程中，首先会在废水中加入两级石灰乳中和后，再将石灰乳、铁盐、废水中和反应后产生的CaF2微粒全部加入到养晶槽内进行絮凝沉淀反，然后再固液分离沉降槽中的絮凝沉淀物，最后将沉淀槽的槽底污泥通过泵送到过滤机中，使其脱水。整个处理过程相当繁琐，时间也比较长。

但是通过将膜微滤技术处理废水中的含氟化合物，只需要在膜分离器中放置石灰乳，还有废水进行中和反应后的CaF2微粒即可。通过膜微滤技术处理的废水含氟量大概只有6mg/L左右，远远小于10mg/L，符合废水排放标准，这样废水也可以循环应用。

2.2 在废气粉尘回收中的应用

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，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。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。

2.3 其他应用分析

目前，在自然水、苦卤、海水纯化等工作中都广泛应用到了电渗析分离技术，尤其是在初级纯水以及饮用水纯化中的应用相对广泛。通过膜电渗析分离技术可以提高工业废水的净化率，循环利用水资源。而且也可用于醇类物质分离、水分离、果汁脱酸分离等。

结语

总而言之，膜分离技术作为一种新兴的高效分离技术，将其应用于化工生产中可大大提高工业生产效益，也可大大减少能耗，缓解环境污染，有利于促进化工行业的健康、可持续发展。

[1]张庆军.浅析膜分离技术及在化工生产中的应用[J].中国石油和化工标准与质量，2013，12（04）：32.

[2]张明月，廖列文.新型膜分离技术及其在化工行业中的应用[J]. 广西化工，2013.

[3]刘茉娥，等.膜分离技术[M].北京：化学工业出版社，2012.