4.1 微滤 

4.1.1 什么是微滤？ 

微滤（又称微孔过滤）属筛分型膜分离过程，是以压力差为推动力，利用膜孔截留大于孔径的悬浮物微粒和细菌等，主要用于分离流体中尺寸为0.01～10μm的微生物和微粒。在水的净化过程中，微滤还能有效滤去水中原生动物孢囊及卵囊虫等微生物。由于微滤膜孔径相对较大，空隙率高，膜阻力小，过滤速度快，是目前应用的膜过程，已经广泛应用于化工、冶金、食品、医药、生化、水处理等各个行业。 

4.1.2 微滤膜的分离机理是什么？

微滤过程根据微粒被膜截留在膜表面或膜内部，分成表面过滤和深层过滤两种，如图4.1.2所示。表面过滤的截留机理可分为机械截留、吸附截留和架桥截留。机械截留使大于或与膜孔径大小相当的粒子被截留在膜面上；吸附截留是颗粒之间的相互作用（如聚集、吸附）和颗粒与膜表面层的吸附；架桥截留是膜孔口颗粒之间架桥作用。深层过滤是颗粒被截留在膜孔内部，随过程进行，内孔截面积减小甚至堵塞。

通常微滤膜的分离作用是由以上几种机理共同作用的结果，如圆柱孔结构的微滤膜同时存在机械截留和架桥截留作用，曲孔和指型孔的微滤膜同时存在机械截留、架桥截留和深层截留作用。 

4.1.3 制备微滤膜的材料有哪些？ 

微滤膜的制备材料可分为有机高分子材料和无机材料两大类。有机高分子微滤膜材料主要有：纤维素类（包括硝酸纤维素CN、醋酸纤维素CA、混合纤维素CN-CA和乙基纤维素EC），聚砜类（聚砜PS、聚醚砜PES），聚酰胺（PA-6、PA-66和聚砜酰胺PSA）、聚烯烃类（聚乙烯PE、聚丙烯PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚碳酸酯（PC）、含氟材料（聚四氟乙烯PTFE、聚偏氟乙烯PVDF）等。无机微滤膜材料主要有：无机陶瓷材料（氧化铝、氧化锆）、微孔玻璃、铝和不锈钢微孔膜、分子筛等，应用最多的是氧化铝、氧化锆。 

4.1.4 常用有机微滤膜材料有哪些性能特征？ 

（1）纤维素类  纤维素类是商品化较早的微滤膜材料。它包括硝酸纤维素（CN）、醋酸纤维素（CA）和醋酸纤维素与硝酸纤维素的混合物（CA-CN）等。这类膜材料成孔性能良好，亲水性好，原料易得且成本较低。其中，硝酸纤维素强度低，一般与醋酸纤维素混合使用。醋酸纤维素成膜性好，价格便宜，耐游离氯，膜表面光洁，不易结垢，耐污染；但pH值适用范围窄（pH=3～7），易于水解和被微生物侵蚀而分解。混合纤维素膜的孔径分级最多（从0.05～8μm），约十个孔径型号，使用温度范围广，耐弱酸，但不适用于酮类、酯类、强酸和碱等环境。（2）聚砜类  聚砜类包括双酚A型聚砜（PSF）、磺化双酚A型聚砜（SPSF）等。聚砜化学稳定性好，热稳定性较好，机械强度也较高。能耐酸、碱和脂肪烃溶剂，能经受50mg／L游离氯的长期侵蚀。（3）聚酰胺类  脂肪族聚酰胺和聚砜酰胺是聚酰胺类聚合物中比较重要的两种微滤膜材料。聚酰胺的代表产品有尼龙6（PA-6）和尼龙66（PA-66），这两种材料的织布和无纺布可用于RO膜和气体分离膜的支撑底布，而尼龙超细纤维的无纺布的平均孔径达1μm以下，将其制成平板膜折叠式滤芯，直接用于微滤。聚砜酰胺是一种颇具特色的超滤膜和微滤膜材料。聚酰胺类材料具有高强度、高熔点、亲水性强，对化学试剂（除强酸外）稳定，在酮、酚、醚及高分子量的醇中，不易被腐蚀。它本身无臭、无味、无毒，不会霉烂，可溶于浓硫酸、甲酸和酚类中。此类膜材料对氯极为敏感，允许浓度为0.1mg/L，因此在膜应用中要注意对氯的预处理。此类膜的孔径型号也较多，可用于酮、酚、醚及高分子量醇类的过滤。（4）聚烯烃类  聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）是聚烯烃类聚合物中比较重要的两种微滤膜材料。化工产业中聚乙烯产量，但在膜研究领域，聚丙烯应用得较多。这两种材料的主要制膜工艺是熔融拉伸和热致相分离（TIPS）。聚乙烯膜表面光滑，有一定弹性，但强度和耐热性较差。聚乙烯在常温下无溶剂，因而不能用常规的浸没沉淀相转化法制备。近年来，多家公司利用热致相分离法成功地制备出了聚乙烯的不对称弯曲孔微滤膜，但是大规模生产的报道较少。聚丙烯材料软化温度较高，耐酸、碱和各种有机溶剂，化学稳定性好且力学性能优良。因此，聚丙烯是拉伸法制膜的优选材料。商品化的聚丙烯膜多为拉伸式平板和中空纤维膜，孔径可从0.1～70μm，但孔径分布不太均匀。这种膜对气体、蒸汽有很高的渗透能力，经亲水处理或溶胀后对液体也有很好的渗透性，可用来过滤水溶液。这种膜缺点是易老化，低温脆性大，力学性能与原料相对分子量、结晶结构有关。（5）乙烯类聚合物  聚丙烯腈（PAN）和聚氯乙烯（PVC）是乙烯类聚合物中两种主要的膜材料，均可采用溶液相分离法制膜。聚丙烯腈还可作为超滤膜材料，其重要性仅次于醋酸纤维素和聚砜，有时也用于制备微滤膜；聚氯乙烯作为膜材料首先用于制备微滤膜。聚丙烯腈具有优良的耐光和耐温性，不溶于醇、醚、酯、酮及油类等常见溶剂，但耐碱性稍差，用稀碱处理会变黄，用浓碱处理会对膜造成破坏，溶于二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺等溶剂中。聚氯乙烯原料产量大，价格低。其膜材料具有耐生物侵蚀，耐酸、碱，化学稳定性好，机械强度较高等优点；缺点是光、热稳定性较差，温度超过170℃或长时间阳光曝晒会分解出。（6）含氟聚合物  聚四氟乙烯（PTFE）和聚偏氟乙烯（PVDF）是含氟聚合物中常用且比较重要的两种膜材料。其中，聚四氟乙烯主要采用熔融拉伸法制备微滤膜，而聚偏氟乙烯是浸没沉淀相转化法和热致相分离法制备超滤膜的重要原料，较少制备微滤膜。聚四氟乙烯是塑料中相对密度的，化学稳定性，俗称塑料王，除熔融金属钠和液氟外，能耐其他一切化学药品。因此，聚四氟乙烯制膜难度较大，目前制膜方法为双向熔融拉伸法，且局限于平板膜。聚四氟乙烯膜具有憎水性强，耐高温，化学稳定性好，耐强酸、强碱和各种有机溶剂，适用于过滤蒸汽和各种腐蚀性液体。（7）聚酯类  聚碳酸酯（PC）是聚酯类聚合物中一类重要的微滤膜材料。这种膜材料抗氧化性好，耐臭氧、吸收紫外线。PC不耐碱、胺、酯及芳烃，溶于二氯甲烷、甲酚、二噁烷等溶剂中。聚碳酸酯通常采用核径迹-刻蚀的方法制膜，孔径均匀，膜较薄，约为1～5μm，孔隙率一般为10%，通量与其他类型微滤膜相当，膜的价格较高。聚碳酸酯膜在水处理方面应用不多，由于其透气性好，氧、氮选择透过性高，已被用作新一代的富氧膜材料。