标题：超滤膜
简介
  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。超滤膜随着技术的进步，其筛选功能必将得到改进和加强，对人类社会的贡献也将越来越大。
产品结构
超滤膜的结构有对称和非对称之分。前者是各向同性的，没有皮层，所有方向上的孔隙都是一样的，属于深层过滤；后者具有较致密的表层和以指状结构为主的底层，表层厚度为0.1微米或更小，并具有排列有序的微孔，底层厚度为200～250微米，属于表层过滤。工业使用的超滤膜一般为非对称膜。超滤膜的膜材料主要有纤维素及其衍生物、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺、聚砜酰胺、磺化聚砜、交链的聚乙烯醇、改性丙烯酸聚合物等等。
过滤
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。最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。
工艺特点
以压力差为推动力的膜过滤可区分为超滤膜过滤、微滤膜过滤和反渗透膜过滤三类。它们的区分是根据膜层所能截留的最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；反渗透膜(RO)为0.0001～0.001μm。由此可知，超滤膜最适于处理溶液中溶质的分离和增浓，或采用其他分离技术所难以完成的胶状悬浮液的分离。超滤膜的制膜技术，即获得预期尺寸和窄分布微孔的技术是极其重要的。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。
超滤膜的应用十分广泛,食品工业、制药工业等，可以作为药物、果汁、乳品等的浓缩提纯，纯净水、矿泉水净化等，超滤设备具有过滤效果好，出水量大，稳定性强等特点。 
(1)透水速率(超滤速率)：在一定工作压力、温度下，单位面积(在研究领域中)或单个组件(在工业应用中)，在单位时间内所透过的水量，称为透水速率。超滤膜组件的透水速率除与温度、压力有关外，取决于膜材料，膜的形态结构等物化性能，此外与操作条件包括溶液的性质有密切的关系。家用反渗透纯水机因而商品膜的透水速率是指在一定温度、压力下纯水透水速率。
(2)截留分子量(切割分子量)与截留率：商品超滤膜多用截留分子量或相近孔径的大小来表明产品的截留性能。截留分子量是指能被膜截留住的溶质中最小溶质的分子量。截留率指溶液中被膜截留的特定溶质的量所占溶液中该物定溶质总量的比率。可由下式表示：Ro=(1-Cp/Cf)×100% 式中：Ro —— 截留率;Cp —— 透过液中特定溶质的浓度;Cf —— 原溶液中特定溶质的浓度。通常超滤膜所标称的截留分子量，对具有相同分子量的线形分子物质或球形蛋白类分子，物质的截留率分别应为≥90%和≥95%。国外不同公司产品其标准并不一致。
材料
简介聚丙烯腈。英文简写PAN。由单体丙烯腈经自由基聚合反应而得到。大分子链中的丙烯腈单元是接头-尾方式相连的。外观为白色粉末状，密度为1.14~1.15g/cm ，加热至220~300℃时软化并发生分解。主要应用聚丙烯腈主要用于制造合成纤维(如腈纶)。用85%以上的丙烯腈和其他第二、第三单体共聚的高分子聚合物仿制的合成纤维。聚丙烯腈纤维的中国商品名。俗称人造羊毛。美国杜邦公司于20世纪40年代研制成功纯聚丙烯腈纤维（商品名为奥纶），因染色困难、易原纤化，一直未投入工业化生产。后来在改善聚合物的可仿性和纤维的染色性的基础上，腈纶才得以实现工业化生产。各个国家有不同的商品名，如美国有奥纶、阿克利纶、克丽斯纶、泽弗纶，英国有考特尔，日本有毛丽龙、开司米纶、依克丝兰、贝丝纶等。腈纶密度一般为1.16～1.18克/厘米3，标准回潮率为1.0%～2.5%。纤维的特点是蓬松性和保暖性好，手感柔软，并具有良好的耐气候性和防霉、防蛀性能。主要用做人造纤维，俗称人造羊毛；制毛线、针织物（纯纺或与羊毛混纺）和机织物，尤其适宜作室内装饰布，如窗帘等。在材料学中常以聚丙烯腈为基体来合成多空材料，例如PAN基活性炭。
可以用来制造超滤的材质很多，包括：聚偏氟乙烯 (PVDF)、聚醚砜 (PES)、聚丙烯 (PP)、聚乙烯(PE)、聚砜(PS)、聚丙稀腈(PAN)、聚氯乙稀(PVC) 等。90 年代初，聚醚砜材料在商业上取得了应用；而 90 年代末，性能更优良的聚偏氟乙烯超滤开始被广泛地应用于水处理行业。因此聚偏氟乙烯和聚醚砜成为目前最广泛使用的超滤膜材料。
超滤膜的分类
概述超滤膜根据膜材料的不同，可分为无机膜和有机膜，无机膜主要是陶瓷膜和金属膜。有机膜有机膜主要是由高分子材料制成，如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚偏氟乙烯等等。根据膜形状的不同，可分为平板膜、管式膜、毛细管膜、中空纤维膜等。目前，市面上家用净水器用的膜基本上都是中空纤维膜。无机膜无机膜中，陶瓷超滤膜在家用净水器中应用比较多。陶瓷膜寿命长，耐腐蚀，抗微生物污染能力强。同时陶瓷膜易堵塞，清洗不易。中空纤维超滤膜由于其填充密度大，有效膜面积大，纯水通量高，操作简单易清洗等优势，被广泛应用于家用净水行业。分类按膜的外形特征可将超滤膜分为
①平板膜；
②管式超滤膜，孔径>lOnm；
③毛细管式超滤膜，孔径O．50～10．00nm；
④中空纤维超滤膜，孔径<0．5nm；
⑤多孔超滤膜。
过滤原理
超滤膜筛分过程，以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为过滤介质，在一定的压力下，当原液流过膜表面时，超滤膜表面密布的许多细小的微孔只允许水及小分子物质通过而成为透过液，而原液中体积大于膜表面微孔径的物质则被截留在膜的进液侧，成为浓缩液，因而实现对原液的净化、分离和浓缩的目的。每米长的超滤膜丝管壁上约有60亿个0.01微米的微孔，其孔径只允许水分子、水中的有益矿物质和微量元素通过，而最小细菌的体积都在0.02微米以上，因此细菌以及比细菌体积大得多的胶体、铁锈、悬浮物、泥沙、大分子有机物等都能被超滤膜截留下来，从而实现了净化过程。
在单位膜丝面积产水量不变的情况下，滤芯装填的膜面积越大，则滤芯的总产水量越多，
其计算公式为：
S内=πdL×n
S外=πDL×n
其中：S内为膜丝总内表面积，d为超滤膜丝的内径；
S外为膜丝总外表面积，D为超滤膜丝的外径；
L为超滤膜丝的长度；
n为超滤膜丝的根数。
内压式和外压式中空纤维超滤膜
一支超滤膜由成百到上千根细小的中空纤维丝组成，一般将中空纤维膜内径在0.6-6mm之间的超滤膜称为毛细管式超滤膜，毛细管式超滤膜因内径较大，不易被大颗粒物质堵塞。
应用领域
超滤膜的应用范围极其广泛，基本上涉及过滤的行业都可以用到过滤设备，基本过滤的行业如下：纯水与超纯水制备工艺中作为反渗透预处理以及超纯水的终端处理；工业用水中用于分离细菌、热源、胶体、悬浮杂质及大分子有机物；饮用水、矿泉水净化；发酵、酶制剂工业、制药工业的浓缩、纯化与澄清；果汁浓缩、分离；大豆、乳品、制糖工业、酒类、茶汁、醋等的分离、浓缩与澄清；工业废水与生活污水的净化和回收；电泳漆的回收。
清洗
膜必须进行定期清洗，以保持一定的膜透过通量，并延长膜的寿命。清洗方法一般根据膜的性质和处理料液的性质来确定。通常和反渗透相类似，即先以水力清洗，而后根据情况采用不同的化学洗涤剂进行清洗，例如对电涂材料可以选用含离子的增溶剂，对水溶性有机涂料可以用“桥键”型溶剂。食品工业中蛋白质沉淀可以用朊酶溶剂或磷酸盐、硅酸盐为基础的碱性去垢剂。膜表面由无机盐形成的沉淀可用EDTA之类的螯合剂或酸、碱加以溶解。对于不同的膜组件，可以选用不同的清洗方法，如管式组件可以用海绵球进行机械清洗，中空纤维式组件可以用反向冲洗等。对于食品工业用膜还需进行消毒处理（用NaOH和H2O2等）。设备及工作原理超滤设备，就是以超滤膜为核心产品，利用多孔材料的拦截能力，以物理截留的方式去除水中一定大小的杂质颗粒。在压力驱动下，溶液中水、有机低分子、无机离子等尺寸小的物质可通过纤维壁上的微孔到达膜的另一侧，溶液中菌体、胶体、颗粒物、有机大分子等大尺寸物质被截留，从而达到筛分溶液中不同组分的目的。　
超滤设备以压力为推动力，利用超滤膜不同孔径对液体进行分离的物理筛分过程。其分子切割量（CWCO）一般为6000到50万，孔径为100nm（纳米）。超滤所用的膜为非对称膜，其表面活性分离层平均孔径约为10-200，能够截留分子量为500以上的大分子与胶体微粒，所用操作压差在0.1—0.5MPa。应用超滤膜分离可取代传统工艺中的自然沉降，板框过滤，真空转鼓，离心分离，溶媒萃取，树脂提纯，活性炭脱色等工艺过程。该过程为常温操作，无相态变化，不产生二次污染。
应用
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。最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。以压力差为推动力的膜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最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。由此可知，超滤膜最适于处理溶液中溶质的分离和增浓，或采用其他分离技术所难以完成的胶状悬浮液的分离。超滤膜的制膜技术，即获得预期尺寸和窄分布微孔的技术是极其重要的。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。我们都知道筛子是用来筛东西的，它能将细小物体放行，而将个头较大的截留下来。可是，您听说过能筛分子的筛子吗？超膜 －－这种超级筛子能将尺寸不等的分子筛分开来！那么，到底什么是超滤膜呢？ 超滤膜是一种具有超级“筛分”分离功能的多孔膜。它的孔径只有几纳米到几十纳米，也就是说只有一根头发丝的1‰！在膜的一侧施以适当压力，就能筛出大于孔径的溶质分子，以分离分子量大于500道尔顿、粒径大于2～20纳米的颗粒。超滤膜的结构有对称和非对称之分。前者是各向同性的，没有皮层，所有方向上的孔隙都是一样的，属于深层过滤；后者具有较致密的表层和以指状结构为主的底层，表层厚度为0.1微米或更小，并具有排列有序的微孔，底层厚度为200～250微米，属于表层过滤。工业使用的超滤膜一般为非对称膜。超滤膜的膜材料主要有纤维素及其衍生物、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺、聚砜酰胺、磺化聚砜、交链的聚乙烯醇、改性丙烯酸聚合物等等。
发展前景
在国外，超滤主要应用于饮用水处理，我国则主要用于工业领域的废水回用，作为反渗透的预处理。目前在国内水工业市场，超滤技术已在电力、钢铁、化工等工业废水处理领域得到较多应用。
随着经济社会发展，大规模废水处理工程将越来越多，为超滤膜技术开辟了广阔的市场空间。目前在国外，已经有很多自来水厂应用超滤技术生产自来水，在国内，由于资金等问题还没有应用开来。但是随着国家和地方饮用水标准的修订以及新规范的出台，超滤技术必将被越来越多的自来水厂所采用。根据水利部《 21世纪中国水供求》分析，2010年后我国将开始进入严重的缺水期，而水质污染也逐渐成为我国城市安全供水的最大障碍。城市生活污水处理和中水回用将成为解决未来城市水资源危机的有效途径之一。因此超滤膜在未来市政污水处理市场将会具有广阔的市场空间。
工业中空纤纤超滤膜参数
HM90-2
总长度：1210 中心距：962
直径：90 活结直径：DN32
膜丝材质：聚丙烯PP、聚乙烯PE
壳体材质：UPVC
膜丝直径：外径0.5mm 、 内径 0.4mm
过滤方式：内压式
膜面积（㎡）：16.8㎡
截留分子量（Dalton）：10000-100000 道尔顿
初始产水量(t/h)：≥ 1.6 t/h
自来水、井水设计产水量(t/h)：0.55-0.7 t/h
地表水设计产水量（t/h）：0.4-0.55 t/h
中水设计产水量（t/h）：0.34-0.4 t/h
原水浊度要求：< 100 NTU
产水SDI值：< 2
产水浊度：<0.2 NTU
TOC去除率：5-40%
>0.2um颗粒去除率：100%（截留分子量80000道尔顿条件下）
大肠杆菌群去除率： 每100ml 水样中未发现
最大进水压力： 0.5 Mpa
最大跨膜压降：0.2 Mpa
建议运行压降：0.06-0.1Mpa
操作温度： 5-45℃
适用PH值：1-14
运行模式：全量过滤或错流过滤
保存
超滤膜没有使用前一般都是浸入保护液中进行密封保存以防止湿态膜脱水后产生收缩，膜孔变小，使膜结构破坏，水通量下降。
一、短期保存：超滤膜如暂停使用时（少于10天时间）应对超滤膜杀菌反冲洗一次，在反冲洗水中加入15ppm（ml/L）的HY-240杀菌剂后再将超滤膜的进水阀、排放阀和调节阀关闭，保持超滤膜的密封和灭菌作用。
二、长期保存：超滤膜如长期停止使用时（超过10天），先对超滤膜进行杀菌反冲洗一次，然后在超滤膜内注入HY-310保护液后密封保存（最好是RO水）。
超滤膜的分类和工作原理
有机膜有机膜主要是由高分子材料制成，如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚偏氟乙烯等等。根据膜形状的不同，可分为平板膜、管式膜、毛细管膜、中空纤维膜等。目前，市面上家用净水器用的膜基本上都是中空纤维膜。无机膜无机膜中，陶瓷超滤膜在家用净水器中应用比较多。陶瓷膜寿命长，耐腐蚀，但出水有土味，影响口感。同时陶瓷膜易堵塞，清洗不易。中空纤维超滤膜由于其填充密度大，有效膜面积大，纯水通量高，操作简单易清洗等优势，被广泛应用于家用净水行业。
陶氏超滤膜筛分过程，以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为过滤介质，在一定的压力下，当原液流过膜表面时，超滤膜表面密布的许多细小的微孔只允许水及小分子物质通过而成为透过液，而原液中体积大于膜表面微孔径的物质则被截留在膜的进液侧，成为浓缩液，因而实现对原液的净化、分离和浓缩的目的。每米长的超滤膜丝管壁上约有60亿个0.01微米的微孔，其孔径只允许水分子、水中的有益矿物质和微量元素通过，而最小细菌的体积都在0.02微米以上，因此细菌以及比细菌体积大得多的胶体、铁锈、悬浮物、泥沙、大分子有机物等都能被超滤膜截留下来，从而实现了净化过程。在单位膜丝面积产水量不变的情况下，滤芯装填的膜面积越大，则滤芯的总产水量越多。
其计算公式为： 　S内=πdL×n 　S外=πDL×n
其中：S内为膜丝总内表面积;
d为超滤膜丝的内径;
S外为膜丝总外表面积;
D为超滤膜丝的外径;
L为超滤膜丝的长度;
n为超滤膜丝的根数。内压式和外压式中空纤维超滤膜一支超滤膜由成百到上千根细小的中空纤维丝组成，一般将中空纤维膜内径在0.6-6mm之间的超滤膜称为毛细管式超滤膜，毛细管式超滤膜因内径较大，不易被大颗粒物质堵塞。
超滤膜系统的优点
1、超滤膜元件采用世界著名膜公司产品，确保了客户得到目前世界上最优质的有机膜元件，从而确保截留性能和膜通量。
2、系统回收率高，所得产品品质优良，可实现物料的高效分离、纯化及高倍数浓缩。
3、处理过程无相变，对物料中组成成分无任何不良影响，且分离、纯化、浓缩过程中始终处于常温状态，特别适用于热敏性物质的处理，完全避免了高温对生物活性物质破坏这一弊端，有效保留原物料体系中的生物活性物质及营养成分。
4、系统能耗低，生产周期短，与传统工艺设备相比，设备运行费用低，能有效降低生产成本，提高企业经济效益。
5、系统工艺设计先进，集成化程度高，结构紧凑，占地面积少，操作与维护简便，工人劳动强度低。
6、系统制作材质采用卫生级不锈钢，全封闭管道式运行，现场清洁卫生，满足GMP或FDA生产规范要求。
7、控制系统可根据用户具体使用要求进行个性化设计，结合世佳先进的控制软件，现场在线集中监控重要工艺操作参数，避免人工误操作，多方位确保系统长期稳定运行。[1]