多孔膜處理

多孔膜處理主要用於污水等的分離處理。多孔膜的分離機理主要是篩分原理，以截留水和非水溶液中不同尺寸的溶質分子，也可以用於氣體的分離。依據表面平均孔徑的大小可分為微濾(0.1～10μm)、超濾(2～

100nm)、納濾(0.5～5nm)。多孔膜表面的孔徑有一定的分布，其分布寬度與制膜技術有關。

基本介紹

• 中文名：多孔膜處理
• 外文名：Porous membrane treatment
• 套用：處理污水
• 分類：微濾、超濾、納濾
• 影響因素：分布寬度與制膜技術有關
• 舉例：含氟膜用於水處理

多孔膜的篩分理論

用拉伸、相轉化等方法製取的微濾、超濾膜體上具有穿透膜體的孔隙，從而形成多孔膜。多孔膜過程的機理可用篩分理論解釋，粒徑小於膜孔的顆粒可透過膜孔，粒徑等於膜孔的顆粒可堵塞膜孔，粒徑大於膜孔的顆粒被膜體截留。此外，帶電顆粒在膜表面及膜孔中的吸附截留，小於孔徑的顆粒在孔口處的架橋截留，也具有一定的截留作用。

衡量多孔膜的性質有孔隙率、截留孔徑與孔徑方差三大指標。孔隙率指膜面中各孔面積之和與整個膜面積的比值，孔隙率的高低決定著透速率的高低。為保證高的透速率則要求儘可能高的孔隙率，但為保持一定的機械強度，膜的孔隙率也受到一定限制。因材料及工藝的制約，膜的孔徑不可能完全一致，必然成某種數學分布，膜孔分布的均方差大小反映著孔徑分布的集中與否，決定著透過粒徑與截留粒徑的解析度。

圖1所示多孔膜孔徑的機率分布曲線表明，由於孔徑的不一致，透過粒徑缺乏一個嚴格分界。膜孔徑的均值也是多孔膜的重要指標，表征透過粒徑的平均值，但過濾工藝更關心的是透過粒徑的最大值或截留粒徑的最小粒徑。通常將截留率達到95%的物質粒徑稱為膜的截留粒徑，將透過率達到5%的物質粒徑稱為膜的透過粒徑。多孔膜用於提純工藝時應參考透過物標稱最大粒徑，用於濃縮工藝時應參考截留物的標稱最小粒徑。

圖1

活躍在水處理方面的含氟膜

不單是生活用水，各種各樣的產業中需要的水已經不能僅僅依靠大自然的水循環了，確保水資源已經成為了世界性的問題。解決這個課題的一個關鍵技術就是用氟做成的膜。從自來水龍頭中放出來的水就能飲用，也是因為各淨水廠有用膜過濾的工程。現存全世界每天有3 000萬立方米以上的水使用膜進行處理，在這方面發揮著很大作用的就是用聚偏氟乙烯(PVdF)製作的中空纖維多孔膜。這箇中空纖維成為像吸管一樣的中央是空洞的筒狀，在筒壁上開著很細的孔。從這個空洞的外側加壓的水在通過PVdF壁面的時候靠篩子的效果去除垃圾，在內側的窄洞部分回收乾淨的水。膜有幾個種類，PVdF使用在了超濾膜(孔徑：數十納米至數微米)和精密過濾膜(孔徑：數十納米至數微米)上，在淨水廠可以去除從病毒到大腸桿菌那樣大小的東兩。

中空纖維膜的壁面上的細小的孔因為容易發生孔堵塞，要通過一邊定期地向相反方向用水衝來去除堵塞的東西，一邊使用。如果孔的堵塞嚴重，要用藥品清洗來恢復過濾能力。因此，膜材料必須不單是耐藥品性出色，還要有強度和耐久性，而PVdF滿足了這個條件。中空纖維膜是將原材料樹脂溶解在溶劑中，用被稱為TIPS和NIPS的方法誘起相分離，使之形成細孔結構做成的。和其他的氟樹脂不同，PVdF容易溶解在溶劑里，就可以用這樣的療法製成。另外，作為膜的形狀，不但是中空纖維，還有平板狀的多孔膜，也被廣泛地使用著，家庭用淨水器很多都使用著中空纖維。

微納孔隙二氧化鈦多孔膜

二氧化鈦(TiO₂)是一種穩定、無毒且耐化學腐蝕的高活性光催化劑，套用過程中一般將其製備成某一載體上的膜層結構。光催化劑在載體上的負載方法主要有氣相法、溶膠一凝膠法(Sol—Gel)、粉體燒結法、偶聯粘結法、離子交換法、液相沉積法、水解沉積法、摻雜法、直接浸塗熱分解法和交聯法等，其中溶膠一凝膠法可多次重複膜層製備過程以增加二氧化鈦膜的厚度，所得負載二氧化鈦膜層具有較高的光催化活性和較好的牢固性，且分布均勻。該法工藝簡單、條件溫和、工藝可調控，且適於複雜形狀載體上的負載，是目前製備二氧化鈦膜最常用的方法。由於催化過程是一個界面過程，因此，增大二氧化鈦膜層的比表面積無疑能夠提高其光催化效率。本書作者在溶膠一凝膠法所得常規負載二氧化鈦膜層的基礎上，通過離子轟擊的方式獲得了一種具有微納孔隙結構的多孔膜層，由此增加了膜層的比表面積。甲基橙溶液為廢水模型的光催化實驗顯示，多孔膜的光催化性能明顯好於原來的無孔膜結構。