mf

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。微濾廣泛應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。

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。
(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(UniversityofGöttingen)成立了世界上第一個微孔濾膜公司“SartoriusGmbH”,專門生產和銷售微孔濾膜。第二次世界大戰后,美國和英國也對微孔濾膜的製造技術和應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,佔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應用。
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應用等方面,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應用。

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稱為錯流過濾。
料液沿膜表面流動,對膜表面截留物產生剪切力,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。
在工業應用中,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。
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、二氧化硅等。其操作壓力在0.01-0.2MPa左右。

應用領域


(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:半導體工業超純水集成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。