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膜分离是全国科学技术名词审定委员会公布的一个科技名词。

汉字作为一种形、音、义三位一体的符号系统，源于日月鸟兽之形，作为中华文明之标志，连接中华民族的历史、现在和未来，方正之间充满美感。

名词解释

膜分离是在20世纪初出现，20世纪60年代后迅速崛起的一门分离新技术。膜分离技术由于兼有分离、浓缩、纯化和精制的功能，又有高效、节能、环保、分子级过滤及过滤过程简单、易于控制等特征，因此，已广泛应用于食品、医药、生物、环保、化工、冶金、能源、石油、水处理、电子、仿生等领域，产生了巨大的经济效益和社会效益，已成为当今分离科学中最重要的手段之一。

膜是具有选择性分离功能的材料。利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程称作膜分离。

膜分离与传统过滤的不同在于，膜可以在分子范围内进行分离，并且这过程是一种物理过程，不需发生相的变化和添加助剂。

膜的孔径一般为微米级，依据其孔径的不同（或称为截留分子量），可将膜分为微滤膜（MF）、超滤膜（UF）、纳滤膜（NF）和反渗透膜（RO）等；根据材料的不同，可分为无机膜和有机膜：无机膜主要还只有微滤级别的膜，主要是陶瓷膜和金属膜，有机膜是由高分子材料做成的，如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等等。

膜分离都采用错流过滤方式。

膜分离是一门新兴的跨学科的高新技术。膜的材料涉及无机化学和高分子化学；膜的制备、分离过程的特征、传递性质和传递机理属于物理化学和数学研究范畴；膜分离过程中涉及的流体力学、传热、传质、化工动力学以及工艺过程的设计，主要属于化学工程研究范畴；从膜分离主要应用的领域来看，还涉及生物学、医学以及与食品、石油化工、环境保护等行业相关的学科。

膜分离过程已成为工业上气体分离、水溶液分离、化学品和生化产品的分离与纯化的重要过程。广泛应用于食品、饮料加工过程、工业污水处理、大规模空气分离、湿法冶金技术、气体和液体燃料的生产以及石油化工制品生产等。

膜从广义上可以定义为两相之间的一个不连续区间。这个区间的三维量度中的一度和其余两度相比要小的多。膜一般很薄，厚度从几微米、几十微米至几百微米之间，而长度和宽度要以米来计量。

膜可以是固相，液相，甚至是气相的。用各种天然或人工材料制造出来的膜品种繁多，在物理、化学和生物性质上呈现出多样的特性。膜可以对双组分或多组分体系进行分离，分级，提纯或浓缩。

大部分的分离膜都是固体膜，其中尤以有机高分子聚合物材质制成的膜及其分离过程为主。但仍有待发展。气体在理论上可以构成分离膜，但研究它的人很少。

物质选择透过膜的能力可分为两类：一种是借助外界能量，物质发生由低位向高位的流动；另一种是以化学位差为推动力，物质发生由高位向地位的流动。

工艺优点

（1）常温下进行

有效成分损失极少，特别适用于热敏性物质，如抗生素等医药、果汁、酶、蛋白的分离与浓缩

（2）无相态变化

保持原有的风味

（3）无化学变化

典型的物理分离过程，不用化学试剂和添加剂，产品不受污染

（4）选择性好

可在分子级内进行物质分离，具有普遍滤材无法取代的卓越性能

（5）适应性强

处理规模可大可小，可以连续也可以间隙进行，工艺简单，操作方便，易于自动化

（6）能耗低

只需电能驱动，能耗极低，其费用约为蒸发浓缩或冷冻浓缩的1/3-1/8

分类结构

结构分类

膜分离的效能，取决于膜本身的属性。

膜可分液膜和固体膜。固体膜又可分：

①无机多孔膜，由无机质的多孔材料构成。将胶体和不溶性微粒强制沉积于无机多孔膜上便制成动力形成膜；

②合成膜，通常采用醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚砜、聚乙烯、聚丙烯等高分子材料制成。

合成膜又分为离子交换膜、均质膜和多孔膜：

①离子交换膜由带有可电离的阳离子或阴离子的高分子材料所构成；

②均质膜是均匀的高分子薄膜；

③多孔膜是在铸膜液中加发孔剂，经过蒸发和凝胶分离而成的。

多孔膜又分为非对称膜和复合膜：

①非对称膜的膜体可分为表皮层和支撑层：表皮层质地致密，厚度很小（0.1～0.2μm），但它决定了膜的选择性和渗透性能；支撑层具有多孔结构，它提供必要的机械强度。膜的结构可通过调节铸膜液组成和凝胶形成条件予以控制。

②复合膜是以多孔膜作支撑层，覆以极薄的表皮层。用于工业分离的合成膜，可制成片状、管状和中空纤维状等，因此膜分离设备也随之具有多种结构形式。膜的结构形态，通常借助于电子显微镜技术、电子透射或扫描来观察。

过程分类

按所使用的膜的类型，分为液膜分离和合成膜分离：

①液膜分离过程分为乳化液膜和固定液膜的分离过程；

②合成膜的分离过程包括微过滤、超过滤、反渗透、气体渗透分离、渗透蒸发、渗析及电渗析等过程。

膜分离过程可简化为渗透过程。

渗透过程的机理研究尚处于发展之中，有多种描述方法，尚未得出统一的理论。渗透的基本问题是膜内传递的概念。物质在膜内的传质通量可概括为；传质通量=渗透系数×传递推动力式中传质通量为单位时间内单位膜面积的物质透过量；渗透系数为单位时间内单位膜面积在单位推动力作用下的物质透过量；传递推动力有多种，各有其计量单位。渗透系数不仅取决于渗透物质的属性，也取决于膜材料的化学属性和膜的物理构型。

描述膜渗透机理的主要模型有：

①溶解－扩散模型：适用于液体膜、均质膜或非对称膜表皮层内的物质传递。

在推动力作用下，渗透物质先溶解进入膜的上游侧，然后扩散至膜的下游侧，扩散是控制步骤。例如气体的渗透分离过程中，推动力是膜两侧渗透物质的分压差。当溶解服从亨利定律（见相平衡关联）时，组分的渗透率是组分在膜中的扩散系数和溶解度系数的乘积。混合气体的分离依赖于各组分在膜中渗透率的差异。溶解-扩散模型用于渗透蒸发（又称汽渗，上游侧为溶液，下游侧抽真空或用惰性气体携带，使透过物质汽化而分离）时，还须包括膜的汽液界面上各组分的热力学平衡关系。

②优先吸附－毛细管流动模型：

由于膜表面对渗透物的优先吸附作用，在膜的上游侧表面形成一层该物质富集的吸附液体层。然后，在压力作用下通过膜的毛细管，连续进入产品溶液中。此模型能描述多孔膜的反渗透过程。

③从不可逆热力学导出的模型：

膜分离过程通常不只依赖于单一的推动力，而且还有伴生效应（如浓差极化）。不可逆热力学唯象理论统一关联了压力差、浓度差、电位差对传质通量的关系，采用线性唯象方程描述这种具有伴生效应的过程，并以配偶唯象系数描述伴生效应的影响。