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膜分離是全國科學技術名詞審定委員會公布的一個科技名詞。

漢字作為一種形、音、義三位一體的符號系統，源於日月鳥獸之形，作為中華文明之標誌，連接中華民族的歷史、現在和未來，方正之間充滿美感。

名詞解釋

膜分離是在20世紀初出現，20世紀60年代後迅速崛起的一門分離新技術。膜分離技術由於兼有分離、濃縮、純化和精製的功能，又有高效、節能、環保、分子級過濾及過濾過程簡單、易於控制等特徵，因此，已廣泛應用於食品、醫藥、生物、環保、化工、冶金、能源、石油、水處理、電子、仿生等領域，產生了巨大的經濟效益和社會效益，已成為當今分離科學中最重要的手段之一。

膜是具有選擇性分離功能的材料。利用膜的選擇性分離實現料液的不同組分的分離、純化、濃縮的過程稱作膜分離。

膜分離與傳統過濾的不同在於，膜可以在分子範圍內進行分離，並且這過程是一種物理過程，不需發生相的變化和添加助劑。

膜的孔徑一般為微米級，依據其孔徑的不同（或稱為截留分子量），可將膜分為微濾膜（MF）、超濾膜（UF）、納濾膜（NF）和反滲透膜（RO）等；根據材料的不同，可分為無機膜和有機膜：無機膜主要還只有微濾級別的膜，主要是陶瓷膜和金屬膜，有機膜是由高分子材料做成的，如醋酸纖維素、芳香族聚酰胺、聚醚碸、聚氟聚合物等等。

膜分離都採用錯流過濾方式。

膜分離是一門新興的跨學科的高新技術。膜的材料涉及無機化學和高分子化學；膜的製備、分離過程的特徵、傳遞性質和傳遞機理屬於物理化學和數學研究範疇；膜分離過程中涉及的流體力學、傳熱、傳質、化工動力學以及工藝過程的設計，主要屬於化學工程研究範疇；從膜分離主要應用的領域來看，還涉及生物學、醫學以及與食品、石油化工、環境保護等行業相關的學科。

膜分離過程已成為工業上氣體分離、水溶液分離、化學品和生化產品的分離與純化的重要過程。廣泛應用於食品、飲料加工過程、工業污水處理、大規模空氣分離、濕法冶金技術、氣體和液體燃料的生產以及石油化工製品生產等。

膜從廣義上可以定義為兩相之間的一個不連續區間。這個區間的三維量度中的一度和其餘兩度相比要小的多。膜一般很薄，厚度從幾微米、幾十微米至幾百微米之間，而長度和寬度要以米來計量。

膜可以是固相，液相，甚至是氣相的。用各種天然或人工材料製造出來的膜品種繁多，在物理、化學和生物性質上呈現出多樣的特性。膜可以對雙組分或多組分體系進行分離，分級，提純或濃縮。

大部分的分離膜都是固體膜，其中尤以有機高分子聚合物材質製成的膜及其分離過程為主。但仍有待發展。氣體在理論上可以構成分離膜，但研究它的人很少。

物質選擇透過膜的能力可分為兩類：一種是藉助外界能量，物質發生由低位向高位的流動；另一種是以化學位差為推動力，物質發生由高位向地位的流動。

工藝優點

（1）常溫下進行

有效成分損失極少，特別適用於熱敏性物質，如抗生素等醫藥、果汁、酶、蛋白的分離與濃縮

（2）無相態變化

保持原有的風味

（3）無化學變化

典型的物理分離過程，不用化學試劑和添加劑，產品不受污染

（4）選擇性好

可在分子級內進行物質分離，具有普遍濾材無法取代的卓越性能

（5）適應性強

處理規模可大可小，可以連續也可以間隙進行，工藝簡單，操作方便，易於自動化

（6）能耗低

只需電能驅動，能耗極低，其費用約為蒸發濃縮或冷凍濃縮的1/3-1/8

分類結構

結構分類

膜分離的效能，取決於膜本身的屬性。

膜可分液膜和固體膜。固體膜又可分：

①無機多孔膜，由無機質的多孔材料構成。將膠體和不溶性微粒強制沉積於無機多孔膜上便製成動力形成膜；

②合成膜，通常採用醋酸纖維素、芳香族聚酰胺、聚碸、聚乙烯、聚丙烯等高分子材料製成。

合成膜又分為離子交換膜、均質膜和多孔膜：

①離子交換膜由帶有可電離的陽離子或陰離子的高分子材料所構成；

②均質膜是均勻的高分子薄膜；

③多孔膜是在鑄膜液中加發孔劑，經過蒸發和凝膠分離而成的。

多孔膜又分為非對稱膜和複合膜：

①非對稱膜的膜體可分為表皮層和支撐層：表皮層質地緻密，厚度很小（0.1～0.2μm），但它決定了膜的選擇性和滲透性能；支撐層具有多孔結構，它提供必要的機械強度。膜的結構可通過調節鑄膜液組成和凝膠形成條件予以控制。

②複合膜是以多孔膜作支撐層，覆以極薄的表皮層。用於工業分離的合成膜，可製成片狀、管狀和中空纖維狀等，因此膜分離設備也隨之具有多種結構形式。膜的結構形態，通常藉助於電子顯微鏡技術、電子透射或掃描來觀察。

過程分類

按所使用的膜的類型，分為液膜分離和合成膜分離：

①液膜分離過程分為乳化液膜和固定液膜的分離過程；

②合成膜的分離過程包括微過濾、超過濾、反滲透、氣體滲透分離、滲透蒸發、滲析及電滲析等過程。

膜分離過程可簡化為滲透過程。

滲透過程的機理研究尚處於發展之中，有多種描述方法，尚未得出統一的理論。滲透的基本問題是膜內傳遞的概念。物質在膜內的傳質通量可概括為；傳質通量=滲透係數×傳遞推動力式中傳質通量為單位時間內單位膜面積的物質透過量；滲透係數為單位時間內單位膜面積在單位推動力作用下的物質透過量；傳遞推動力有多種，各有其計量單位。滲透係數不僅取決於滲透物質的屬性，也取決於膜材料的化學屬性和膜的物理構型。

描述膜滲透機理的主要模型有：

①溶解－擴散模型：適用於液體膜、均質膜或非對稱膜表皮層內的物質傳遞。

在推動力作用下，滲透物質先溶解進入膜的上游側，然後擴散至膜的下游側，擴散是控制步驟。例如氣體的滲透分離過程中，推動力是膜兩側滲透物質的分壓差。當溶解服從亨利定律（見相平衡關聯）時，組分的滲透率是組分在膜中的擴散係數和溶解度係數的乘積。混合氣體的分離依賴於各組分在膜中滲透率的差異。溶解-擴散模型用於滲透蒸發（又稱汽滲，上游側為溶液，下游側抽真空或用惰性氣體攜帶，使透過物質汽化而分離）時，還須包括膜的汽液界面上各組分的熱力學平衡關係。

②優先吸附－毛細管流動模型：

由於膜表面對滲透物的優先吸附作用，在膜的上游側表面形成一層該物質富集的吸附液體層。然後，在壓力作用下通過膜的毛細管，連續進入產品溶液中。此模型能描述多孔膜的反滲透過程。

③從不可逆熱力學導出的模型：

膜分離過程通常不只依賴於單一的推動力，而且還有伴生效應（如濃差極化）。不可逆熱力學唯象理論統一關聯了壓力差、濃度差、電位差對傳質通量的關係，採用線性唯象方程描述這種具有伴生效應的過程，並以配偶唯象係數描述伴生效應的影響。