膜过程是一门新兴的多种学科交叉的新技术，已经成为工业上气体分离、水溶液分离、化学产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、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。
膜从广义上讲可以定义为两相之间的一个不连续区间，它可以是固相，液相，甚至气相的。从分离的意义上来讲，膜可以定义为： Membranes are thin barriers across which physical and/or chemical gradients can be established to produce differential flows of one or more components 。
大多数的分离膜都是固体膜，目前，无论是从产量、产值、品种、功能或是应用对象上来讲，固体膜都占 99%以上，其中尤以有机高分子聚合物材料制备成的膜和其过程为主。无机膜近年来发展迅速。液膜也有其特点，但尚待发展。
物质选择透过膜的推动力可分为两类：一是外界能量，物质发生由低位到高位的转移；二是化学位差，物质由高位向低位转移。
膜分离过程的特点：高效；能耗（功耗）低；膜分离设备操作维护方便，运行稳定；规模和处理能力范围很大。
二、膜材料与膜组件
１．膜材料及分类
具有分离功能的固体膜目前主要以有机高分子聚合物为膜材料。以无机膜为膜材料的分离膜近年来发展迅速。
膜的分类主要有四种方法：
|
| 膜的分类主要有四种方法 | 按膜的结构分类 | 按膜的用途分类 | 按膜的作用机理分类 | 天然膜 | 多孔膜 | 气相系统中用膜 | 吸附性膜 | | 合成膜 | 微孔介质 | 气 - 液系统中用膜 | 扩散性膜 | | 无机膜 | 大孔膜 | 液 - 液系统用膜 | 离子交换膜 | | 高分子膜 | 非多孔膜 | 气 - 固系统用膜 | 选择渗透膜 |
| 无机膜 | 液 - 固系统用膜 | 非选择性膜 |
| 聚合物膜 | 固 - 固系统用膜 |
|
| 液膜 |
|
|
|
|
２．膜组件
膜面积愈大，单位时间透过量愈多，因此，当膜分离技术实际应用时，要求开发在单位体积内具有膜面积的组件。目前主要有以下几种形式：
板框式（ Plate and Frame Module ）、螺旋卷式 (Spiral Wound Module) 、圆管式 (Tubular Module) 、中空纤维式 (Hollow Fiber Module) 和毛细管式 (Capillary Module) 。前两种使用平板膜，后三者使用管式膜。圆管式膜直径 >10mm; 毛细管式－ 0.5~10.0mm ；中空纤维式 <0.5mm> 。
|
| 表：各种膜组件特性 |
名称/项目 | 中空纤维式 | 毛细管式 | 螺旋卷式 | 平板式 | 圆管式 | 价格（元 /m 3 ） | 40~150 | 150~800 | 250~800 | 800~2500 | 400~1500 | 冲填密度 | 高 | 中 | 中 | 低 | 低 | 清洗 | 难 | 易 | 中 | 易 | 易 | 压力降 | 高 | 中 | 中 | 中 | 低 | 可否高压操作 | 可 | 否 | 可 | 较难 | 较难 | 膜形式限制 | 有 | 有 | 无 | 无 | 无 |
|
|
三、膜分离过程
典型的膜分离过程特性如下表所示：
|
|
过程 | 主要功能 | 膜 | 微滤（ MF ） Microfiltration | 滤除 ≥50nm 的颗粒 | 对称细孔高分子膜 孔径 0.03~10nm | 超滤（ UF ）Ultrafiltration | 滤除 5~100nm 的颗粒 | 非对称结构的多孔膜 孔径 1~20nm(MW1000~1000000) | 反渗透（ RO ）Reverse Osmosis | 水溶液中溶解盐类的脱除 |
| 渗析（透析）（ D ）Dialysis | 水溶液中无机酸、盐的脱除 | 强碱性离子交换膜、中性膜 | 电渗析（ ED ）Electrodialysis | 水溶液中酸、碱、盐的脱除 | 阴阳离子交换膜 | 气体分离（ GP ）Gas Permeation | 混合气体的分离 | 硅橡胶、聚砜、聚酰亚胺等非对称膜 | 渗透汽化（ PV ）Pervaporation | 水 - 有机物的分离 | 等由皮层和多孔支撑结构层构成的复合膜 | 液膜（ L ） Liquid Membrane | 盐、生理活性物质的分离 | 液体保存在对称或者非对称多孔膜的孔中 |
|
|
四、膜技术应用领域
当前主要膜分离过程的一些应用领域如下表所示： |
膜过程 | 应用领域 | 用途举例 | 离子交换膜电渗析 | 浓缩 | 海水浓缩制盐 | 脱盐 | 从海水或咸水制饮用水和工业用水 | 电解 | 食盐电解烧碱 | 反渗透过程 | 制水 | 海水淡化 | 化学工业 | 石化废水处理 | 医药 | 无菌水制造 | 农畜水产 | 蛋白质回收 | 食品加工 | 鱼油废水处理等 | 水处理 | 下水的脱氮、脱磷、脱盐，水回收利用 | 超滤 | 化学工业 | 胶乳回收等 | 生物化工 | 发酵产品分离浓缩精制 | 医药 | 生理活性物质浓缩，分离，精制 | 水处理 | 超纯水，无菌水制造 |
| 废水处理 | 高浓度活性污泥处理水中取出悬浮物，细菌去除 | 微滤过程 | 化学工业 | 水、溶剂、酸，碱等化学品过滤，澄清 | 生物化工 | 菌体浓缩分离 | 电子工业 | 超纯水制备 | 医疗 | 无热源纯净水制备 | 食品 | 饮料中酵母和霉菌去除 | 水处理 | 水中悬浮物，微小粒子和细菌去除 | 气体分离 | 富氧膜 | 提高燃烧效率而节能 | 氢分离膜 | 含氢气体中浓缩分离氢气 | CO 2 分离膜 | 天然气和沼气中 CO ２ 分离 | 氦分离膜 | 天然气中氦分离 | 脱湿膜 | 空气去湿 | 扩散渗析 | 碱性型膜 | 各种溶液、废液，副产品中硫酸、酸盐的去除，精制，回收 | 其他膜 | 糖类、醇，有机酸等脱盐 | 生物传感器 | 氧传感器 | 乙二醇等测定 | 微生物传感器 | 甲醇、乙醇、氨ＢＯＤ， | 标识免疫传感器 | 乙型肝炎疫苗微量激素 | 非标识免疫传感器 | 糖，，血型 |
|
|
