液体过滤中的膜分离方法及材料优缺点分析

在固—液分离过程中，需将直径极小的颗粒去除并回收，传统液体过滤方法如深层床过滤、沉降过滤、离心过滤等存在分离精度低且技术成本高的问题，而膜分离技术能够弥补这一缺陷。膜分离技术利用多孔薄膜的选择透过性，使得某些组分透过膜而其他组分被截留，从而实现对均一或非均一混合体系的分离［12］。膜分离方法主要包括微滤、超滤、纳滤、反渗透、电渗析、渗透汽化、膜蒸馏和气体分离等，而液体过滤领域的膜分离方法主要涉及微滤、超滤、纳滤和反渗透，目前常用的液体过滤膜主要有相分离膜、核径迹微孔膜、烧结模、拉伸膜和纤维膜等［13］。

（1）相分离膜。相分离膜是将高分子溶液通过非溶剂诱导相分离法或热致相分离法制备而成［1］。非溶剂诱导相分离法是基于聚合物溶液中溶剂组分与凝固浴（非溶剂组分）间的双扩散作用诱导聚合物析出形成多孔结构，该方法主要适用于具有良溶剂的聚合物，如聚丙烯腈（PAN）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚酰胺、聚砜、聚醚砜、醋酸纤维素等，所制备的膜为非对称结构，包括致密皮层和指状大孔支撑层。热致相分离法则是利用聚合物与稀释剂体系在高温下相溶、低温下分相的特性，通过降低温度来诱导高温聚合物溶液体系分相，并使两相间产生物质传递，继而萃取稀释剂而制备出多孔膜，该方法所制备的膜多为对称结构，但该方法所适用的聚合物种类较少，主要有聚丙烯、聚乙烯、PVDF、聚苯乙烯（PS）、聚甲基丙烯酸甲酯等。目前，相分离膜因具有孔径小、分离精度高等优点已被广泛应用于液体过滤领域，但通量低、能耗大一直是该材料在实际应用中所面临的主要问题［14］。

（2）核径迹微孔膜。核径迹微孔膜是通过采用放射性同位素裂变产生的碎片来撞击和穿透无孔薄膜，使聚合物本体形成径迹，随后浸入酸（或碱）溶液，径迹处聚合物被腐蚀，从而得到具有微孔结构的膜［1］。核径迹微孔膜孔径分布均匀且为垂直通孔结构，在胶体、粗金溶胶等贵重物质处理领域具有一定实际应用价值，但核径迹微孔膜孔隙率较低（10%左右），使用过程中往往存在渗流通量低的问题［15］。

（3）烧结膜。烧结膜是将一定大小颗粒的粉末压缩在模具内，并采用烧结法，通过控制温度与压力来使得粉末熔融黏结形成多孔膜。烧结法所制成的聚合物膜孔隙率不高，一般在10%～20%，而金属烧结膜孔隙率较高，一般大于80%。烧结膜孔径大小取决于粉末颗粒大小，颗粒越细所得膜的孔径也越小，孔径最小可至0.1μm左右［16］。(www.xing528.com)

（4）拉伸膜。拉伸膜是以聚烯烃类或含氟类高分子膜为基材，先将其在熔点附近挤压并迅速冷却制成高度定向结晶膜，随后在无张力条件下对其进行退火处理，最后经拉伸得多孔膜材料。拉伸膜孔径为0.1～3μm，孔隙率最高可达90%，但拉伸膜的制备工艺过程难以掌控，且膜孔径分布范围宽［17］。

（5）纤维膜。纤维膜是由纤维无规堆积或取向排列而制成的膜，主要有常规织物、非织造布、滤纸等，其主要用于液体过滤过程中的预处理以去除较大颗粒物，纤维膜因具有孔径可调范围广、孔隙率高、孔道连通性好等结构特点在液体过滤领域展现出巨大的应用潜力，但当前纤维膜的孔径较大，难以高效拦截较小粒径的固体颗粒物。因此，降低纤维膜孔径以提高材料的过滤精度是提升其应用性能的关键［18］。