二.反渗透（RO）

有许多人造或天然的膜对于物质的透过具有选择性，我们把能够透过溶剂而不能透过溶质的膜称为理想的半透膜。有些动物膜，如膀胱等，是天然的半透膜，水能透过这些膜，而高分子量的或胶体溶质不能透过。在对溶剂有选择性透过功能的膜两侧，放有浓度不同的溶液，当两侧静压力相等时，由于溶液浓度不相等，渗透压不相等，溶剂会从稀溶液侧透过膜到浓溶液侧，这种现象称为渗透现象[图8-20(a)]当膜两侧的静压差等于两个溶液间的渗透压时，系统达到渗透平衡[图8-20(b)]，若在右方加大压力，使膜两侧的静压差大于渗透压差时，溶剂会从浓溶液的一侧透过膜向纯水一侧迁移[图8-20(c)]，由于此时溶剂迁移方向与渗透方向相反，故称作反渗透。

图8-20渗透与反渗透

反渗透膜的选择性与组分在膜中溶解、吸附和扩散有关，因此除与膜孔径的大小、结构有关外，还与膜的化学、物理性质有密切关系，即与组分和膜之间的相互作用有关。

反渗透的操作压差一般为1.5～10.5MPa，截留组分为(1～10)×10^-10m小分子溶质，分离溶液中相对分子质量低于500的糖、盐等低分子物质。

反渗透膜一般是表面与内部构造不同的非对称膜，有无机膜(玻璃中空纤维素膜)、有机膜(醋酸纤维素膜及非醋酸纤维素膜，如聚酰胺膜等)。

反渗透的应用领域早期主要是海水淡化、纯水制备，现已发展到化工、食品、制药、造纸等领域中的分离。

三、超滤(UF)

一般认为超滤是一种筛孔分离过程，所用的膜常为非对称膜，膜孔径为10^-1～10^-3 um，在静压差为推动力下，原料液中溶剂和小的溶质粒子从高压(料液)侧透过膜到低压侧，称为滤出液或透过液，大粒子组分被膜阻拦，使留存(浓缩)在滤剩液中。超滤膜具有选择性表面活性层的主要因素是具有一定大小和形状的孔，膜的化学性质对其分离特性影响不大。

超滤操作的静压差一般为0.1～0.5MPa，被分离组分的直径大约为0.01～0.1 um，一般为分子量500以上到1000000的大分子和胶体粒子。超滤主要用于从液相物质中分离大分子化合物(蛋白质、核酸、聚合物、淀粉、天然胶、酶等)，胶体分散液(黏土、颜料、矿物料、乳液粒子、微生物)，乳液(润滑脂一洗涤剂以及油一水乳液)。低分子量的溶质可先与适合的大分子复合再用超滤分离。

超滤膜由表面活性层和支撑层两层组成。表面活性层很薄，约为0.1～1.5um，有排列有序、孔径均匀的微孔，支撑层厚度为200～250um，它起支撑作用，使膜有足够强度。支撑层疏松、孔径大，流动阻力小，透水率高。超滤膜的材料主要有聚砜、聚砜酰胺、聚丙烯腈和醋酸纤维素等，不同的材料要求不同的使用温度和适用的pH值范围。

超滤膜的重要参数是膜的截留分子量。一般定义为能截留90％的物质的分子量为膜的截留分子量。商品超滤膜的截留分子量300～50万，划分为若干级。当分子量一定时，刚性分子比容易变形的分子截留率大，球形和有侧链的分子比线性分子截留率大。

超滤是目前应用最广的膜分离过程，在超纯水的制备中必不可少，可除去水中极细微粒(细菌、病毒、热原等)。在样品预处理中，超滤可以进行低分子到高分子物质(蛋白质、酶、病毒等)的浓缩、分离和纯化。

四、微滤(MF)

微滤所用的膜是微孔膜，微滤也称微孔过滤，是以静压差为推动力，利用膜的筛分作用进行分离的膜过程。被分离物质的截留作用在膜表面层有机械截留作用(过筛作用)、物理作用(吸附截留作用)、架桥作用。在膜内部被截留时不易清洗，属于用毕弃型。

微滤膜一般为均匀的多孔膜，孔径较大，通常直接用测得的平均孔径来表示其截留特性，孔径范围0.02～10um，分布较宽，膜厚50～250um，常用的微孔材料有醋酸纤维素、聚酰胺、聚四氟乙烯等，无机材料有金属、陶瓷等。微滤膜的孔隙率占其体积的70％～80％，因此，微滤的阻力较小，过滤速度较快。

微滤主要用于从气相和液相物质中截留直径0.05～10um的微粒或分子量大于10⁵的高分子溶质，操作压差为0.01～0.2MPa。

微滤在目前是应用最广、经济价值最大的膜分离方法，它适用于过滤悬浮的微粒和微生物，它的滤孔分布均匀，可将大于孔径的微粒、细菌、污染物截留，滤液质量高，使用和更换方便。在现代大工业(如水的精制、酒类、药物精制)中都必须用到微滤，亦广泛用在生物和微生物的检测、化验等方面。

五、纳滤(NF)

纳米过滤简称纳滤是介于反渗透与超滤之间的一种以压力为驱动力的新型膜分离过程。

过去曾有人将纳滤归于超滤或反渗透范畴，但都不够确切。

纳滤膜的截留分子量一般为200～1000，它比反渗透大，比超滤膜小，可以填补反渗透与超滤之间的空白。因为它截留率大于95％的最小分子约为1 nm，因而被命名为“纳米过滤”。纳米膜能截留小分子有机物，而无机盐能通过纳米膜而透析，它集浓缩与透析为一体，操作压力低，一般操作压差为0.5～2.0MPa，因而能耗低。

纳滤膜和反渗透膜均为无孔膜，通常认为其传质机理学溶解-扩散方式。纳滤膜的分离规律是：

①对阳离子的截留率递增顺序为H⁺<Na⁺<K⁺<Ca²⁺<Mg²⁺<Cu²⁺；

②对阴离子的截留递增顺序为NO₃^-<C1^-<OH^-<SO₄^2-＜CO₃^2-；

③一价离子渗透，多价阴离子截留。

纳滤主要用于饮用水和工业用水的纯化，废水处理、有价值成分的浓缩等，该技术正在迅速发展之中，前景广阔。

六、膜分离法在分析中的应用

分析用水可以通过膜装置制备，在纯水装置的前段，用反渗透及电渗析脱盐，后段采用超滤和微滤进一步除去水中的微粒和微生物。

在取样和样品预处理过程中可以用膜分离装置富集待测组分和除去有害物质，如高效液相色谱分析的样品在注入色谱柱前，均需用0.45um的滤膜过滤。

应用实例：灵芝生物活性肽的分离及组成的研究工作中，将灵芝的水提物用超滤膜过滤，分离出小肽及游离氨基酸，用毛细管电泳分离。

膜分离技术具有装置简单、操作方便、无需有机溶剂处理，可与各种分析仪器直接连接，易于实现自动化操作和在线、在场操作等特点，因此膜分离技术的应用几乎涉及所有分析领域，发展也相当迅速。

相关链接：膜分离法(一)