ｌ０２ 内蒙古石油化工 ２０１３年第２期 膜分离技术的应用及研究进展 李林英，薛彩霞 （内蒙古化工职业学院，内蒙古呼和浩特０１００７０） 摘 要：概述了膜分离技术的基本特性、技术特点、膜材料、分类及膜分离装置进行了简单介绍；并 介绍了膜分离法在化工及石油工业、食品工业、医药工业和医疗设备、生物技术和环境工程中的应用，同 时讨论了膜分离技术的发展趋势。 关键词：膜分离技术；应用；发展 中图分类号：ＴＱ０２８．８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１ｏ０６—７９８１（２０１３）０２－－一Ｏ１Ｏ２一Ｏ２ 膜分离技术是一种新型高效、精密分离技术， 它足材料科学与介质分离技术的交叉结合，具有高 效分离、设备简单、节能、常温操作、无污染等优点， Ｊ 泛应』｛】于工业领域，尤其在食品、医药、生化领域 发展迅猛。中国的膜分离技术的发展是从１９５８年对 离子交换ⅡＩｌ的研究开始的，数十年来，取得了长足 的进步。口前中国研究所涉及的领域遍及膜科学与 技术，从材料的应用到产品的开发等方面。经过２Ｏ 年的努力，中国在膜分离技术的研究开发方面已涌 现ｆＩｊ一批具有实用价值，接近或达到国际先进水平 的成果。但从总体上讲，中国的膜分离技术和世界先 进水平棚比还有不小的差距，还有待于进一步研究 ， 发。 ｌ膜分离技术概述 １．１膜分离技术 常温下以膜两侧压力差或电位差为动力，对溶质和 溶剂进行分离、浓缩、纯化。膜分离技术主要是采用 天然或人工合成高分子薄膜，以外界能量或化学位 差为推动力，对双组分或多组分流质和溶剂进行分 离、分级、提纯和富集操作。现已应用的有反渗透、纳 滤、超过滤、微孔过滤、透析电渗析、气体分离等，正 在开发研究中新的膜过程有：膜蒸馏、支撑液膜、膜 萃取、膜生物反应器、控制释放膜、仿生膜以及生物 膜等过程。 ‘ １．２膜分离技术特点 膜分离技术具有如下特点口］：①膜分离过程不 发生相变化，因此膜分离技术是一种节能技术；②膜 分离过程是在压力驱动下，在常温下进行分离，特别 适合于对热敏感物质，如酶、果汁、某些药品的分离、 浓缩、精制等。③膜分离技术适用分离的范围极广， 从微粒级到微生物菌体，甚至离子级都有其用武之 膜分离技术是一种使用半透膜的分离方法，在 后井温、ＤＳＴ测试、裂缝方位测试等压裂测试工 艺的综合运用对于压裂工艺技术的发展，改进和优 通过近两年来对国内外低渗透油气藏改造技术 的调研和胜利｝１ｆｌ阳勘探开发应用实践表明，针对低 渗储层的大型压裂改造、针对敏感性储层和深层气 化措施方案，评价压裂效果，尤其是特殊压裂改造工 艺技术的实施具有极其重要的指导意义，在今后的 裂改造中应进一步加强压裂测试工艺的配套研 究。 藏的ＣＯ。泡沫压裂泡沫增能压裂改造工艺取得了较 好的开发效果，是今后针对低渗储层、敏感性储层和 深层气藏改造技术的发展方向。 针对低渗储层的地质特征，开展清洁压裂液改 高砂比、控缝高、粉陶、柴油及暂堵剂降滤、液氮 助排、全程破胶等先进的压裂工艺技术综合应用，对 于提商大型压裂施工成功率和措旅效果具有良好的 促进作用。 造工艺技术的研究和推广应用，充分降低压裂液对 储层的伤害．进一步提高改造效果。 ［参考文献］ Ｅｌｉ单文文．丁永宏．２００４油气藏改造技术新进展 ＥＭ］．北京：石油工业出版社，２００４，（７）． 根据实测压裂施工过程及压后井底温度变化数 批，结合室内实验，可确定最佳破胶剂比例；在地层 者石热力学性质已知的情况下，建立裂缝温度剖面， 依此，实现不同泵注阶段采用增稠剂浓度不同的压 Ｅ２］ 米卡尔，Ｊ．埃克诺米德斯，等．油气藏增产措 施ＥＭ］．北京：石油工业出版社，２００２，（４）． 裂液．这一压裂方式，在大型压裂施工中有一定的可 行性。 收稿日期：２Ｏｌ２一ｌ１—２５ ２０１３年第２期 李林英等膜分离技术的应用及研究进展 １０３ 地，关键在于选择不同的膜类型；④膜分离技术以压 力差作为驱动力，因此采用装置简单，操作方便。当 然，膜分离过程也有自身的缺点，如易浓差极化和膜 污染、膜寿命有限等，而这些也正是需要我们克服或 需要解决的问题所在。 １．３膜材料、分类及膜分离装置 且ｊｌ材料分为有机和无机两大类。有机材料主要 包括纤维索类、聚酰胺类、芳香杂环类、聚砜类、聚烯 进行物理化学分离，所以它特别适合于热敏性生物 烃类、硅橡胶类、含氟高分子类等；无机材料主要以 金属、金属氧化物、陶瓷、多孑Ｌ玻璃等为主。膜使分离 过 的核心。由于膜的种类和功能繁多，分类方法有 多种，比较通用的有４种方法，即按膜的性质分类、 按膜的结构分类、按膜的用途分类以及按膜的作用 机理分类。根据膜的形状，膜分离装置基本上可分为 如下５类：板式结构；管式结构；卷式结构；中空纤维 结构；旋叶式动态膜装置。 ２膜分离技术的应用现状 ２．１在化工及石油工业中的应用 在此领域已开发应用的主要四大膜分离技术为 反渗透、超滤、微滤、电渗，这些膜过程的装置设计都 较为成熟，已有大规模的工业应用和市场。由于各国 普遍巫视环境保护和治理，因而微滤和超滤分离在 化工生产中的应用非常常见，广泛应用于水中细小 微粒，包括细菌、病毒及各种金属沉淀物的去除等。 例如：闷前国内一些磷肥生产企业采用微滤膜分离 去除磷石膏废水中含氟的化合物。气体分离在化工 和石油化工方面的应用也颇具意义，例如：在合成 氨工艺Ｌ１Ｊ回收Ｈ；在３次石油回采中从甲烷中分离 ｃＯ；ｆ乜渗析在化工中的应用也较广泛，例如：自然水 的纯化，海水脱盐等。在石油化工中，膜技术广泛用 于有机废气的处理；脱除天然气中的水蒸气和酸性 体；天然气中的氦的提取；合成氨池放气中回收氢 ｔ；制取窗氧空气；催化裂化干气的氢烃分离等。膜 分离技术在化工、石油天然气工业中具有十分广阔 的Ｉ１ｉ『景，它对于生产设备的优化及提高经济效益也 郡仃着十分重要的作用。尽管此项技术有待于进一 步的探索研究，但作为一门新兴科学在不远的将来 终究会在化工及石油天然气中发挥巨大的作用。 ２．２在生物技术中的应用 物质的分离。可以想象膜分离技术在生物技术方面 将会得到越来越广泛的应用。但膜技术用于生物技 术也有一些问题，其中最主要的是：与色谱法比较， 分离精度不高。同时多组分分离做不到；膜上容易形 成附着层，使膜的通量显著下降；操作结束后，膜清 洗困难；膜的耐用性差。这几点是影响膜技术在生物 工程领域应用的最主要的原因。因此，如何改进和解 决上述问题就成为膜分离技术在该领域应用的主要 研究方向。 ２．３在环境工程中的应用 随着工业的进一步发展，水源和大气被污染更 加严重，这就要求人们提高对它们进行处理净化的 能力，因此膜分离技术在环境工程中的地位越来越 突出应用膜分离技术来处理工业废水、废气已经被 证明是卓有成效的，在不少废水处理中膜分离技术 能实现闭路循环，在消除污染的同时变废为宝，取得 了较大的经济效益和社会效益。除了微滤、超滤、反 渗透、电渗析的过程外，渗透汽化的其他膜技术也将 在２１世纪的环境工程中发挥极其重要的作用。除了 上述几方ｌ丘『的应用外，当前膜分离技术的应用几乎 涉及到国民经济的各个生产研究部门甚至是国防建 设领域中。 ３膜分离技术的发展趋势及讨论 膜分离技术应用广泛，为提高产品质量，降低成 本，缩短处 …１Ｕ，今后的研究趋势将是分离技术的 高效集成化。｝＿】前膜分离技术在各个方面的应用研 究很活跃，但腆的污染、堵塞，原料液的粘度高，使膜 通量衰减严重，无法继续分离，影响了膜分离在实际 操作中迅速应用发展。要实现生物制品提纯的规模 性应用，还婴取决于相关方面的发展，如膜污染机制 研究，对性能优良、扰污染膜材料的研究。将来多种 类型的膜分离技术在生化产品应用中协同发展，取 长补短，超滤、纳滤、微滤技术联用，实行多级分离是 其发展趋势。町以预见，２１世纪的膜技术将在同其 他各学科交叉结合的基础上，形成一门比较完整、系 统的学科。 将在人类社会的发展史上起到不可替 代的重要作川。 ［参考文献］ ［１］ 罗丽萍，商荫榆，杨柏云．膜分离技术在食品 在生物技术方面，膜技术也有各种应用．其中应 』ＩＪＪｉ￣广泛的是微滤和超滤技术。例如：从植物或动物 ｌ苹取液中进行酶的精制；从发酵液或反应液中 工业上的应用［Ｊ］．江西科学，２００４．２（２）：１４６ ～进行产物的分离、浓缩等。膜技术应用于蛋白质加水 分解或糖液生产，有助于稳定产品质量，提高产品的 收率干¨降低成本。超滤在血浆蛋白的分离、浓缩、脱 孵以及除内毒素［２ 等方面也有应用。刘霆等［ 用聚 醚砜Ｉｆ１空纤维超滤膜血浆器进行血浆分离的动物实 验，结果表明，膜式血浆分离器适用面宽，装置简单， 能牦小，可常温分离。由于应用分离膜可以在室温下 １５Ｏ． ［２３ 刘霆，余喜讯．聚醚砜中空纤维膜血浆分离器 血浆分离功能与血液相容性口］．生物医学工 程学杂志，２０００．１２（３）：２４９～２５３． Ｅ３］ 俞三传．陈小良．多糖纳滤浓缩初步研究［Ｊ］． 水处理技术，２０００．１７（３）：２４９～２５３．
