高分子分离膜技术：（含氟）高分子水处理膜在微滤、超滤、纳滤、反渗透等应用上的高分子材料及膜分离机理区别

【含氟聚酰亚胺】氟取代芳香聚酰亚胺：爆发超凡介电性能和综合优势！
氟金云母（氟晶云母）的介绍与应用【一文看懂'耐火、耐温1100℃以上'的材料---氟金云母（氟晶云母）：性能与应用】
氟（F）在矿物质的存在及重要性【氟在矿物质中的存在及发挥着至关重要的“矿化剂”作用】
半导体高纯PFA管/阀等：在超洁净应用的必要性【看懂半导体行业高纯PFA管阀接头等：相关国际品牌、性能及应用、生产检测要点……】
聚偏氟乙烯（PVDF）的性能和广泛用途，特别是在锂离子电池神奇应用！【通过PVDF在锂离子电池中“隐形科技”，全面了解PVDF】

新闻动态 News

首页 >> 技术资料 >> 其他特种新型材料篇 >> 高分子分离膜技术：（含氟）高分子水处理膜在微滤、超滤、纳滤、反渗透等应用上的高分子材料及膜分离机理区别

地址：上海市松江区莘砖公路668号双子楼A栋13层
客服QQ ：1356304191

联系电话：021-57629631

电子邮箱：jinfu@shjinfu.com.cn

高分子分离膜技术：（含氟）高分子水处理膜在微滤、超滤、纳滤、反渗透等应用上的高分子材料及膜分离机理区别

来源: | 作者:shjinfu | 发布时间: 2023-07-07 | 333 次浏览 | 分享到:

上海劲孚化工科技有限公司

www.shjinfu.com.cn（上海劲孚化工科技 021-57629631）--亚太地区(氟)化工原料与特种新材料专业供应商。

公司致力于氟树脂工业与其他特种新材料产业的前沿技术与销售，目前主要经营氟塑料（PTFE/FEP/PFA/ETFE/PVDF等）、色母、氟涂料、PEEK、芳纶、碳纤维、玻璃纤维、功能性化学品及其他特种新材料。

对（含氟）高分子材料与高分子膜技术的认识

高分子材料在膜分离过程中占有主导地位。膜的化学组成、形态结构、构校关系、加工技术工艺、膜分离机制以及应用开发等方面都需要研究。高分子分离膜是由高分子复合材料制得的，通常用于分离流体混合物。膜分离是利用薄膜对液体或气体进行分离、分级、提纯或富集的过程。常见的分离膜有管状膜、中空纤维膜和平板膜，平板膜的适用性最广泛。探索膜材料结构与性能之间的关系，开发新的高分子材料以制备性能优良的分离膜，是实现膜分离技术在更多工业领域应用和发展的重要理论基础。含氟高分子材料主要包括聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯等。它们具有耐腐蚀性能，尤其适合用于电解等高腐蚀场合的膜材料。聚偏氟乙烯是偏氟乙烯的均聚物，其中C-F键能较高，具有良好的化学稳定性、机械强度和耐温、耐腐蚀、耐溶剂性能，多用于制备超滤膜。

1.1膜技术的分离

高分子分离膜有多种分类方法，包括：材料种类、使用功能、被分离物质性质、粒度大小、膜的形成过程、结构和形态、以及用途的不同。其中常见的分类方式有：无机膜和有机膜、气体、液体、固体、离子和微生物分离膜、反渗透膜、纳滤膜、超滤膜和微滤膜。这些膜以不同的形式应用于不同的领域，如废水净化、海水淡化和诊断癌症等。

水处理膜技术从分离精度上划分：微滤、超滤、钠滤、反渗透等几类。这些膜分离产品均是利用特殊制造的多孔材料的拦截能力，以物理截留的方式去除水中一定颗粒大小的杂质。其过滤的精度和滤膜本身的孔径大小有关。通常习惯把孔径较大的称为微滤（0.1-1μm），而较小的称为超滤0.02-0.1μm，根据膜的微孔径更小的还有钠滤和反渗透。

1.2膜的微孔径的区别

微滤（MF）：在0.1-1μm之间；

超滤（UF）：在0.02-0.1μm之间大分子物质和杂质；

钠滤（NF）：能截流钠米级单位（0.001μm-1nm）的物质；

反渗透（RO）：截流单位≤1nm的物质；

微滤、超滤、纳滤、反渗透的功能机理与区别

分离膜利用膜对不同物质透过性不同的特性对混合物进行分离，膜的透过性和选择性是两个重要的指标。膜分离主要依靠过筛作用和溶解扩散作用。过筛作用依赖于物质粒径尺寸和网孔大小，同时分离膜和被分离物质的性质也是重要因素。溶解扩散作用中，影响溶解能力的因素包括被分离物质的极性和酸碱性质，影响扩散能力的因素包括被分离物质的形状和尺寸。选择性吸附机制中，膜材料对部分物质的选择性吸附会影响分离效果。驱动力包括浓度梯度、电场和压力驱动力。被分离物质的性质、浓度、荷电情况等也会影响驱动力的大小。膜的阻碍性取决于其结构、性质和孔径，而不同物质的透过性差异则决定了选择性。

微膜（MF）：

过滤精度一般在0.1-50微米，常见的各种PP滤芯，活性碳滤芯，陶瓷滤芯等都属于微滤范畴，用于简单的粗过滤，过滤水中的泥沙、铁锈等大颗粒杂质，但不能去除水中的细菌等有害物质。滤芯通常不能清洗，为一次性过滤材料，需要经常更换。① PP棉芯：一般只用于要求不高的粗滤，去除水中泥沙、铁锈等大颗粒物质。② 活性碳：可以消除水中的异色和异味，但是不能去除水中的细菌，对泥沙、铁锈的去除效果也很差。③ 陶瓷滤芯：小过滤精度也只0.1微米，通常流量小，不易清洗。

超滤膜（UF）：

一种孔径规格一致，额定孔径范围为0.001-0.02微米的微孔过滤膜。采用超滤膜以压力差为推动力的膜过滤方法为超滤膜过滤。超滤膜大多由醋酯纤维或与其性能类似的高分子材料制得。适于处理溶液中溶质的分离和增浓，也常用于其他分离技术难以完成的胶状悬浮液的分离，其应用领域在不断扩大。

超滤原理图

以压力差为推动力的膜超滤随时过滤可区分为超滤膜过滤、微孔膜过滤和逆渗透膜过滤三类。它们的区分是根据膜层所能截留的小粒子尺寸或分子量大小。以膜的额定孔径范围作为区分标准时，则微孔膜(MF)的额定孔径范围为0.02～10μm；超滤膜(UF)为0.001～0.02μm；逆渗透膜(RO)为0.0001～0.001μm。孔的控制因素较多，如根据制膜时溶液的种类和浓度、蒸发及凝聚条件等不同可得到不同孔径及孔径分布的超滤膜。

超滤膜一般为高分子分离膜，用作超滤膜的高分子材料主要有纤维素衍生物、聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺及聚碳酸酯等。超滤膜可被做成平面膜、卷式膜、管式膜或中空纤维膜等形式，广泛用于如医药工业、食品工业、环境工程等。

超滤膜是早开发的高分子分离膜之一，在60年代超滤装置就实现了工业化。超滤膜的工业应用十分广泛，已成为新型化工单元操作之一。用于分离、浓缩、纯化生物制品、医药制品以及食品工业中；还用于血液处理、废水处理和超纯水制备中的终端处理装置。在我国已成功地利用超滤膜进行了中草药的浓缩提纯。

纳滤(NF)：

过滤精度介于超滤和反渗透之间，脱盐率比反渗透低，市场上曾有一种流行的说法：纳滤就是一种疏松的反渗透。实际上这是一种技术概念上的误导。

真正分离概念上的纳滤是满足道南效应，并对离子具有选择截留性的过滤膜，一种氯化钠透过率与氯化钠浓度成正比、且该比例大于 0.4 的膜。其主要用于各种料液的脱盐和浓缩。0％ NaCl 截留率在 30,000 ppm 浓度的 NaCl 和其他种类的离子相混合条件下，纳滤膜测试得到的。在纯30,000 ppm 浓度的 NaCl 溶液条件下。纳滤膜对 NaCl 的截留率为 5％ -15％。当 NaCl 的浓度低于30,000ppm甚至更低的，纳滤膜 NaCl 的截留率在 15％以上。纳滤膜对 NaCl 等盐类实际截留率主要取决于进水的组成成份和膜属性(见图)

反渗透(RO)：

过滤精度为0.0001微米左右，是美国60年代初研制的一种超高精度的利用压差的膜法分离技术。可滤除水中的几乎一切的杂质(包括有害的和有益的)，只能允许水分子通过。一般用于纯净水、工业超纯水、医药超纯水的制造。反渗透技术需要加压、加电。

RO是英文 Reverse Osmosis membrane 的缩写，中文意思是(逆渗透)，由于RO 膜的孔径是头发丝的一百万分之五( 0.0001 微米) , 一般肉眼无法看到，细菌、病毒是它的 5000 倍，因此，只有水分子及部分有益人体的矿物离子能够通过，其它杂质及重金属均由废水管排出，所有海水淡化的过程，以及太空人废水回收处理均采用此方法。

反渗透的原理：
首先要了解“渗透”的概念.渗透是一种物理现象.当两种含有不同盐类的水，如用一张半渗透性的薄膜分开就会发现，含盐量少的一边的水分会透过膜渗到含盐量高的水中，而所含的盐分并不渗透，这样，逐渐把两边的含盐浓度融合到均等为止.然而，要完成这一过程需要很长时间，这一过程也称为渗透压力。

RO反渗透的由来：

1950年美国科学家DR.S.Sourirajan有一回无意发现海鸥在海上飞行时从海面啜起一大口海水，隔了几秒后，吐出一小口的海水，而产生疑问，因为陆地上由肺呼吸的动物是无法饮用高盐份的海水的。经过解剖发现海鸥体内有一层薄膜，该薄膜非常精密，海水经由海鸥吸入体内后加压，再经由压力作用将水分子贯穿渗透过薄膜转化为淡水，而含有杂质及高浓缩盐份的海水则吐出嘴外，此即往后反渗透法的基本理论架构；并在1953年由University of Florida应用于海水淡化去除盐份设备，在1960年经美国联邦政府专案支助美国U.C.L.A大学医学院教授Dr.S.Sidney Lode配合DR.S.Soirirajan博士着手研究反渗透膜，一年约投入四亿美元经费研究，以运用于太空人使用，使太空船不用运载大量的饮用水升空，直到1960年投入研究工作的学者、专家越来越多，使之质与量更加精进，从而解决了人类饮用水中的难题。

制备膜需要的高分子材料

分子聚合物广泛应用于制备各种膜分离过程，可以使用任何可成膜的高分子材料制备分离膜。这些材料一般具有特殊传质功能、良好的化学稳定性、亲水性、抗压密性、耐热性和可溶性。膜材料的性能直接影响分离过程的效率和速度。因此，选择合适的膜材料对膜分离过程性能的提高是至关重要的。

3.1含氟高分子材料

含氟高分子材料主要包括聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯等。它们具有耐腐蚀性能，尤其适合用于电解等高腐蚀场合的膜材料。聚偏氟乙烯是偏氟乙烯的均聚物，其中C-F键能较高，具有良好的化学稳定性、机械强度和耐温、耐腐蚀、耐溶剂性能，多用于制备超滤膜。

比如：

PVDF(聚偏氟乙烯)超滤膜，它是利用自动连续制膜机将聚偏氟乙烯树脂和溶剂、致孔添加剂构成的铸膜液，经相转化法制备而成。

该种滤芯具有良好的耐热性和化学稳定性，能耐受小于138℃的高压蒸汽消毒;能耐受强酸、脂肪族、芳香族以及酮、醚等多种有机、无机溶剂。孔形呈圆形及椭圆形，正反面孔型孔径一致，孔径范围分布窄。该膜有较强的负静电性及疏水性，是一种能够用于液体除菌、除微粒又可应用于气体除湿、除尘、除菌过滤的新型精密过滤介质，是食品工业、医药工业、生物工程下游产品分离用的较理想材料。