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一、超滤的基本概述
超滤是一种将溶液进行净化、分离或浓缩的膜透过法分离技术。20多年来发展迅速，已成为膜分离领域中最为广泛应用的品种之一。其应用面非常广泛，小至家用净水器，大到现代工业生产，从普通民用到高新技术领域都有不同规模的应用，甚至于在环境保护方面也有极大的使用潜力，超滤是一种最有发展前途的膜法分离技术。
二、超滤膜组件的基本类型
目前，工业上常用的超滤膜器件主要有下列五种类型：板框式、园管式、螺旋卷式、中空纤维式、毛细管式，其主要特征列于下表。
各种基本类型膜均有不同的适用性，在工业上应用最为广泛的是中空纤维式，特别是在净化、分离的应用中。而在粘度较高的溶液净化、分离、浓缩过程中，则板框式或园管式有更大的适用性。
三、超滤膜的超滤特性
在膜分离技术范畴内，分离精度自反渗透至微滤过滤范围的连续谱图中可见，超滤介于纳滤与微滤之间。超滤的定义域为截留分子量500～500000左右，相应膜孔径大小的近似值为0.002μ～0.1μ。截留分子量与膜孔径两者尚无对应关系。简单的理解，超滤膜如同筛子，在一定压力（0.1～0.6mpa）下，允许溶剂和小于膜孔径的溶质透过，而阻止大于孔径的溶质通过，以完成溶液的净化、分离和浓缩。超滤过程有如下特点：
（1）超滤过程无相际变化，可以在常温及低压下进行分离，因而能耗低，约为蒸发法与冷冻法的1/2～1/5；
（2）设备体积小，结构简单，故投资费用低，易于实施；
（3）超滤分离过程只是简单的加压输送液体，工艺流程简单，易于操作管理；
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。超滤膜的膜材料主要有纤维素及其衍生物、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、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。
超滤膜过滤
采用超滤膜以压力差为推动力的膜过滤方法为超滤膜过滤。超滤膜大多由醋酯纤维或与其性能类似的高分子材料制得。最适于处理溶液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。
工艺特点
以压力差为推动力的膜过滤可区分为超滤膜过滤、微孔膜过滤和逆渗透膜过滤三类。它们的区分是根据膜层所能截留的最小粒子尺寸或分子量大小。以膜的额定孔径范围作为区分标准时，则微孔膜(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。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。超滤膜的制膜技术，即获得预期尺寸和窄分布微孔的技术是极其重要的。孔的控制因素较多，如根据制膜时溶液的种类和浓度、蒸发及凝聚条件等不同可得到不同孔径及孔径分布的超滤膜。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、聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺及聚碳酸酯等。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，广泛用于如医药工业、食品工业、环境工程等。
超滤膜的材料
简介
聚丙烯腈。英文简写PAN。由单体丙烯腈经自由基聚合反应而得到。大分子链中的丙烯腈单元是接头-尾方式相连的。外观为白色粉末状，密度为1.14~1.15g/cm ，加热至220~300℃时软化并发生分解。
主要应用
聚丙烯腈主要用于制造合成纤维(如腈纶)。用85％以上的丙烯腈和其他第二、第三单体共聚的高分子聚合物仿制的合成纤维。聚丙烯腈纤维的中国商品名。俗称人造羊毛。美国杜邦公司于20世纪40年代研制成功纯聚丙烯腈纤维（商品名为奥纶），因染色困难、易原纤化，一直未投入工业化生产。后来在改善聚合物的可仿性和纤维的染色性的基础上，腈纶才得以实现工业化生产。各个国家有不同的商品名，如美国有奥纶、阿克利纶、克丽斯纶、泽弗纶，英国有考特尔，日本有毛丽龙、开司米纶、依克丝兰、贝丝纶等。腈纶密度一般为1.16～1.18克／厘米3，标准回潮率为1.0％～2.5％。纤维的特点是蓬松性和保暖性好，手感柔软，并具有良好的耐气候性和防霉、防蛀性能。主要用做人造纤维，俗称人造羊毛；制毛线、针织物（纯纺或与羊毛混纺）和机织物，尤其适宜作室内装饰布，如窗帘等。在材料学中常以聚丙烯腈为基体来合成多空材料，例如PAN基活性炭。
超滤膜的分类
概述
超滤膜根据膜材料的不同，可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。目前，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。
超滤膜过滤原理
[1]超滤膜筛分过程，以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为过滤介质，在一定的压力下，当原液流过膜表面时，超滤膜表面密布的许多细小的微孔只允许水及小分子物质通过而成为透过液，而原液中体积大于膜表面微孔径的物质则被截留在膜的进液侧，成为浓缩液，因而实现对原液的净化、分离和浓缩的目的。每米长的超滤膜丝管壁上约有60亿个0.01微米的微孔，其孔径只允许水分子、水中的有益矿物质和微量元素通过，而最小细菌的体积都在0.02微米以上，因此细菌以及比细菌体积大得多的胶体、铁锈、悬浮物、泥沙、大分子有机物等都能被超滤膜截留下来，从而实现了净化过程。 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。 内压式和外压式中空纤维超滤膜 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。应用领域
超滤膜的清洗
膜必须进行定期清洗，以保持一定的膜透过通量，并延长膜的寿命。清洗方法一般根据膜的性质和处理料液的性质来确定。通常和反渗透相类似，即先以水力清洗，而后根据情况采用不同的化学洗涤剂进行清洗，例如对电涂材料可以选用含离子的增溶剂，对水溶性有机涂料可以用“桥键”型溶剂。食品工业中蛋白质沉淀可以用朊酶溶剂或磷酸盐、硅酸盐为基础的碱性去垢剂。膜表面由无机盐形成的沉淀可用EDTA之类的螯合剂或酸、碱加以溶解。对于不同的膜组件，可以选用不同的清洗方法，如管式组件可以用海绵球进行机械清洗，中空纤维式组件可以用反向冲洗等。对于食品工业用膜还需进行消毒处理（用NaOCL和H2O2等）。
超滤设备及工作原理
超滤设备[2]，就是以超滤膜为核心产品，利用多孔材料的拦截能力，以物理截留的方式去除水中一定大小的杂质颗粒。在压力驱动下，溶液中水、有机低分子、无机离子等尺寸小的物质可通过纤维壁上的微孔到达膜的另一侧，溶液中菌体、胶体、颗粒物、有机大分子等大尺寸物质被截留，从而达到筛分溶液中不同组分的目的。 超滤设备以压力为推动力，利用超滤膜不同孔径对液体进行分离的物理筛分过程。其分子切割量（CWCO）一般为6000到50万，孔径为100nm（纳米）。超滤所用的膜为非对称膜，其表面活性分离层平均孔径约为10-200，能够截留分子量为500以上的大分子与胶体微粒，所用操作压差在0.1—0.5MPa。
超滤膜技术在超滤设备中的应用
超滤膜分离可取代传统工艺中的自然沉降，板框过滤，真空转鼓，离心分离，溶媒萃取，树脂提纯，活性炭脱色等工艺过程。该过程为常温操作，无相态变化，不产生二次污染。
（4）溶液在分离、浓缩过程中不发生质的变化，因而适合于保味及热敏性溶液的处理；
（5）适合于从稀溶液中分离微量贵重大分子物质的回收和低浓度大分子物质的回收；
（6）能将不同分子量的物质分级分离；
（7）超滤膜是由高分子聚合物制成均匀的连续体，在使用过程中无任何杂质的脱落，保证被处理溶液的纯净。 由以上分离特性可知，超 滤的应用范围很广，但归根到底，主要应用于溶液的净化、分离和浓缩。产品结构
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