微濾(微濾microfiltration)

微濾又稱微孔過濾，屬於精密過濾。微濾能夠過濾掉溶液中的微米級或納米級的微粒和細菌。

微濾廣泛套用於微電子行業超純水的終端過濾，各種工業給水的預處理和飲用水的處理等，也是在生物醫學、尖端科技中檢測微細雜質、進行科學實驗的一個重要工具。

基本介紹

• 中文名：微濾
• 外文名：microfiltration
• 英文縮寫：MF
• 同類術語：納濾，超濾

基本信息

定義

微濾又稱微孔過濾，是以多孔膜（微孔濾膜）為過濾介質，在0.1~0.3MPa的壓力推動下，截留溶液中的砂礫、淤泥、黏土等顆粒和賈第蟲、隱抱子蟲、藻類和一些細菌等，而大量溶劑、小分子及少量大分子溶質都能透過膜的分離過程。

特點

微濾能截留0.1～1微米之間的顆粒，微濾膜允許大分子有機物和無機鹽等通過，但能阻擋住懸浮物、細菌、部分病毒及大尺度的膠體的透過，微濾膜兩側的運行壓差（有效推動力）一般為0.7bar。

屬於精密過濾，具有高效、方便及經濟的特點。

原理

微濾的過濾原理有三種:篩分、濾餅層過濾、深層過濾。一般認為微濾的分離機理為篩分機理，膜的物理結構起決定作用。此外，吸附和電性能等因素對截留率也有影響。其有效分離範圍為0.1-10μm的粒子，操作靜壓差為0.01-0.2MPa。

根據微粒在微濾過程中的截留位置，可分為3種截留機制：篩分、吸附及架橋，它們的微濾原理如下：

（1）篩分：微孔濾膜攔截比膜孔徑大或與膜孔徑相當的微粒，又稱機械截留。

微濾截留機製圖解

（2）吸附：微粒通過物理化學吸附而被濾膜吸附。微粒尺寸小於膜孔也可被截留。

（3）架橋：微粒相互堆積推擠，導致許多微粒無法進入膜孔或卡在孔中，以此完成截留。

發展歷程

微濾技術的研究是從19世紀初開始的，它是膜分離技術中最早產業化的一種，以天然或人工合成的聚合物製成的微孔過濾膜最早出現於19世紀中葉。

1907年Bechhold發表了第一篇系統研究微孔濾膜性質的報告。1918年Zsigmondy等首先提出了商品規模生產硝化纖維素微孔過濾膜的方法，並於1921年獲得專利，1925年在德國的哥丁根大學（University of Göttingen）成立了世界上第一個微孔濾膜公司“Sartorius GmbH”，專門生產和銷售微孔濾膜。第二次世界大戰後，美國和英國也對微孔濾膜的製造技術和套用進行了廣泛的研究，這些研究對微濾技術的迅速發展起到了推動作用，全世界微孔濾膜的銷售量，在所有合成膜中居第一位。據美國Freedonm公司的統計，2001年世界微濾膜材料的需求額為7.4億美元，到2006年和2011年，這個數字將分別達到9.8億美元和12.9億美元。

微濾技術在中國的研究開發則較晚，基本上是20世紀80年代初期才起步，但其發展速度非常快。截止至2005年，中國微濾技術已形成7000萬元的年產值，占中國膜工業年產值的1/5，經濟、社會效益也非常顯著。通過國家“十五”和“十一五”的科技攻關，中國的微濾技術改變了僅有醋酸-硝酸混合纖維素(CA-CN）膜片的局面，相繼開發了醋酸纖維素(CA)、聚苯乙烯（PS）、聚四氟乙烯（PTFE）、尼龍等膜片和筒式濾芯，聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE）、聚四氟乙烯(PTFE)等控制拉伸致孔的微孔膜和聚酯，聚碳酸酯等的核徑跡微孔膜，無機微孔膜也有了白己的產品。近十幾年來，中國在微濾膜、組件及相應的配套設備方面有了較大的進步，並在醫藥、飲料、飲用水、食品、電子、石油化工、分析檢測和環保等領域有較廣泛的套用。

與國外水平相比，中國的常規微濾膜的性能和國外同類產品的性能基本一致，摺疊式濾芯在許多場合替代了進口產品，但在錯流式微濾膜和組器技術及其在工程中的套用等方面，仍落後於國外，這就抑制了微濾技術在較高濁度水質深度處理中的套用。

分類

微濾操作過程分死端過濾和錯流過濾兩種模式。

死端過濾

在壓力推動下，料液流動方向與膜表面垂直的過濾方式稱為死端過濾。死端過濾又稱全量過濾，直流過濾。

在死端過濾時，溶劑和小於膜孔的溶質粒子在壓力的推動下透過膜，大於膜孔的溶質粒子被截留，通常堆積在膜面上。隨著時間的增加，膜面上堆積的顆粒越來越多，膜的滲透性將下降，這時必須停下來清洗膜表面或更換膜。

錯流過濾

在壓力推動下，料液流動方向與膜表面平行的過濾方式成為錯流過濾。

錯流過濾過程示意圖

料液沿膜表面流動，對膜表面截留物產生剪下力，使其部分返回主體流中，從而減輕了膜的污染。膜透過速度也能在相對長的一段時間裡保持在一個較高的水平。

所需器材

最主要的器材是微濾膜。

微濾膜、內外導流層、濾芯端蓋、殼體及中心桿等又可組成濾芯。濾芯有摺疊濾芯、熔噴濾芯等。

摺疊濾芯

在工業套用中，把微濾設備與一些配套的輔助設備有機結合起來，即組裝成一個獨立的微濾系統，如連續微濾系統。

決定膜的分離效果的是膜的物理結構，孔的形狀和大小。微孔膜的規格有十多種，孔徑從14μm至0.025μm，膜厚120～150μm。

微濾膜分類及製造工藝

根據微濾膜的材質分為有機和無機兩大類，有機聚合物有醋酸纖維素、聚丙烯、聚碳酸酯、聚碸、聚醯胺等。無機膜材料有陶瓷和金屬、燒結金屬(如不鏽鋼)、氧化鋁、玻璃、二氧化矽等。其操作壓力在0.01-0.2MPa左右。

套用領域

（1）水處理行業：水中懸浮物，微小粒子和細菌的去除；

（2）電子工業：半導體工業超純水、積體電路清洗用水終端處理；

（3）製藥行業：醫用純水除菌、除熱原，藥物除菌；

（4）醫療行業：除去組織液、抗菌素、血清、血漿蛋白質等多種溶液中的菌體；

（5）食品工業：飲料、酒類、醬油、醋等食品中的懸濁物、微生物和異味雜質、酵母和黴菌的去除，果汁的澄清過濾。

（6）化學工業：各種化學品的過濾澄清。