超滤膜是一种孔径规格一致,额定孔径范围为0.001-0.02微米的一种微孔过滤膜。超滤膜采用压力差为推动力的膜过滤方法为超滤膜过滤。以膜的额定孔径范围作为区分标准时压力差为推动力的膜过滤可区分为: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。超滤膜的孔径只有几纳米到几十纳米,也就是说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。
又根据膜的致密层是在中空纤维的内表面或者外表面,双分为内压式和外压式。现在应用的为清一色全为外压式。主要优点为单位容积内装填的有有效膜面积大,且占地面积小。
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(例如:醋酯纤维或与其性能类似的高分子材料)、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。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。 PTFE(聚四氟乙烯):适合水系及各种有机溶剂,耐所有溶剂,低溶解性。具有透气不透水、气通量大、高微粒截留率、耐温性好,抗强酸、碱、有机溶剂和氧化剂,耐老化及不粘、不燃性和无毒、生物相容性等特点。其相关产品广泛应用于化工、医药、环保、电子、食品、能源等领域。 水系PES(聚醚砜):具有较高的化学和热稳定性,流速快、耐酸碱能力强(pH范围1-14); 具有高机械强度。水系CA(醋酸纤维):适合水溶液,较低的蛋白吸附,流速高,热稳定性强,不适用于有机溶剂,特别适用于水基溶液。有机系尼龙:具有良好的亲水性,耐酸耐碱,抗氧化剂。不仅适用于含有酸碱性的水溶液,更适用于含有有机溶剂,如醇类、烃类、脂类、酚类、酮类等有机溶剂。有机系尼龙:适用于绝大多数有机溶剂和水溶液,可用于强酸,70%乙醇、二氯甲烷等有机溶剂。耐高温,强度好,
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,其中,中空纤维式国内应用最为广泛的一种,其典型特点为没有膜的支撑物,是靠纤维管的本身强度来承受工作压压力的。
超滤膜目前广泛用于如医药工业、食品工业、环境工程等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。英国沃特曼Whatman :Whatman由詹姆斯•沃特曼创建于1740年,是一个在分离技术领域居于世界领先地位的生产厂家。主要的生产地在美国、英国和德国,产品主要是实验室过滤产品。继2005年成功收购德国S&S公司后于2006年又与新华集团成功合作,成立了中外合作公司—杭州沃华滤纸有限公司,堪称滤纸行业的“巨无霸”。生产各种实验室分离产品,其中包括:各类新华滤纸、Whatman定性定量滤纸、滤膜滤器等过滤装置、HPLC色谱柱、离子交换层析填料、微生物检测产品、血样采集FTA卡和903卡、微孔过滤板、微生物培养板、蛋白芯片、Blotting膜(S&S)等。
超滤膜的材质:
PAN材质:
PAN是较早应用的一种膜材料,本身为种亲水性材料,易于成膜。但强度低,脆性大,耐酸碱程度较弱,但制膜成本低。
应用于净水过滤,尤其是家用净水器。
PVC材质
强度和伸长率比PAN好,不易断丝,材料来源广泛,价格低廉。缺点是非亲水性材料,需亲水改性才能制成性能优良的超滤膜。
应用于净水过滤,工业水处理。
PS材质
具有良好的化学稳定性,耐酸碱性好,透水性能较好,强度比较好,耐高温,生物融合好,但原料价格很较高,可做很低的截留分子量的超滤膜。
适合特殊物料分离,浓缩提纯以及耐高温的特殊应用。
PVDF材质
此种材质最大特点是,伸长率极高,不易断丝。耐酸碱性很好,抗污染性强,耐化学清洗及耐高浓度的余氯溶液。其缺点是材料成本很高,过滤精度低,表面强度低。
适合工业废水处理的应用。
PP材质
材料价格低,制膜过程环保,低耗,成本低,耐酸碱性很好,耐有机溶剂。通常采用拉伸法生产,达到微滤级,过滤精度低,容易受污染,不易反洗恢复,强拉伸强度高,膜面积大。
应用于净水过滤,污水处理。
超滤膜按材质分类可分为以下几类
醋酸纤维素膜
醋酸纤维素膜脱盐率较高,产水量可以满足一般的过滤需求。
但是醋酸纤维素反渗透膜不可避免地会发生水解,醋酸纤维素反渗透膜连续运行允许的pH值范围为4-6,清洗时允许是pH值范围为3-7,pH值为5.7时水解速度最慢,这就导致预处理时加酸来量大,清洗时可选用的药品范围窄,不易获得满意的清洗效果
芳香族聚酰肼膜
芳香族聚酰肼膜是三种膜当中脱盐率最高的,PH值适应范围较广,2-11,耐酸碱作用。
在以下大型化工厂及涂料厂的污水处理中,均有使用,比较适用于用途是苦咸水淡化、高纯水制备、金属废水处理、重金属盐回收和分离生物碱、激素和细菌病。
芳香族聚酰胺膜
聚酰胺通常称为尼龙,它是在聚合物大分子链中含有重复结构单元酰胺基团的杂链聚合物总称,主要由二元酸与二元胺或氨基酸内酰胺经缩聚或自聚而得,是开发最早、使用量最大的热塑性工程塑料。
在聚酰胺主链中引入,成为半芳香族或全芳香族聚酰胺,可进一步提高耐热性和刚性。与脂肪族聚酰胺相似,芳香族聚酰胺可以由二元酸与二元胺缩聚而成。半芳香族聚酰胺可以由芳族二元酸与脂族二元酸缩聚而成,最简单的全芳香族聚酰胺是聚 ,可由胺基苯甲酸自缩聚来合成。但主键中苯环与酰胺基团密集,且结构对称,熔点高,不易加工,成本高不易工业化。目前最成功的全芳香族聚酰胺是聚对苯二甲酰对苯二胺,属于溶致性液晶高分子,可加工成纤维。
芳香族聚酰胺膜使用范围较广,根据芳香族聚酰胺材料研发出了很多复合膜,这些复合膜具有高脱盐率,大通量,耐污染,抗氧化的功能。
【超滤膜根据膜材料的不同】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。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。
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。
【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>l0微米;
③毛细管式超滤膜,孔径0.50~10.00微米;
④中空纤维超滤膜,孔径<0.5微米;
⑤多孔超滤膜。
【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。
运用比较广的是PVDF材料的中空纤维膜,主要优点:出水稳定、通量大、强度大,单位出水面积大,占地空间小;美中不足:膜丝较其他材质易污染,需要不定期去清洗