膜是表面具有一定物理或化學特性的屏障物。根據(jù)成膜材料的不同，可將膜分為有機膜和無機膜，其中有機膜也稱高分子分離膜，是由聚合物或高分子復合材料制得的具有分離流體混合物功能的薄膜，通常包括醋酸纖維素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、氟聚合物等成膜材料。無機膜是指以金屬、金屬氧化物、陶瓷、沸石、多孔玻璃等無機材料為分離介質(zhì)制成的半透膜，常用材料包括Al2O3、ZrO2、TiO2、SiO2、SiC等。筆者對這兩類膜技術的綜合性能進行了綜述，分析了其在各自應用領域中的技術優(yōu)勢與不足，為膜技術的工業(yè)化應用提供一定的理論參考。
1技術背景與起源
20世紀上半葉，高分子膜和電滲析膜的研發(fā)應用占據(jù)了很大比重，而無機膜主要用于早期核工業(yè)
燃料鈾的濃縮工藝，直至20世紀80年代才得以廣泛應用。膜分離技術的發(fā)展歷史與應用概況如表
1所示。
2膜的分類與制備方法
2.1膜的分類
有機膜的成膜材料以聚合物或高分子復合材料為主，從最初的微濾、超濾膜發(fā)展至今，其類型幾乎囊括反滲透、納濾、電滲析、滲透蒸發(fā)等所有膜技術過程。
從不同角度來看，無機膜存在多種分類方式。根據(jù)表層結構不同，可分為致密膜、多孔膜和復合非對稱修正膜；根據(jù)制膜材料的不同，分為陶瓷膜、金屬膜、合金膜、碳化硅膜、分子篩復合膜、沸石膜和玻璃膜等；根據(jù)膜組件的空間結構，可分為平板型、管式、多通道等，其中多通道無機膜元件適用于大規(guī)模工業(yè)應用。
2.2制備方法
有機膜的常見制備方法有相轉(zhuǎn)化法（包括流涎法和紡絲法）和復合膜化法。無機膜的制備方法較多，包括固態(tài)粒子燒結法、溶膠-凝膠法、化學氣相沉淀法、熱分解法、陽極氧化法等。
3膜分離工藝的綜合性能比較
3.1材質(zhì)特點
根據(jù)相似相容原理，未經(jīng)改性處理的有機膜易受到有機料液和化學試劑的吸附、侵蝕甚至溶解，影響膜的抗污能力、分離效果、適用范圍和使用壽命。隨著制備技術的改進，多數(shù)有機膜表現(xiàn)出較優(yōu)
異的材料特性。如三醋酸纖維素膜具有高度疏水性，pH耐受范圍4~8，耐溫極限180℃，可耐受多數(shù)醇類和油類；再生纖維素膜的pH耐受范圍為1~13，耐溫極限180℃，耐受多數(shù)有機溶劑，特別適于微粒過濾；聚四氟乙烯膜具有疏水性，pH耐受范圍達1~14，耐溫極限230℃，耐所有有機溶劑，可用于空氣、氣體和疏水性化學品的過濾。與有機膜相比，無機膜的材質(zhì)特點及優(yōu)良性能體現(xiàn)為：化學穩(wěn)定性好；溫度適用范圍廣；耐污染能力強；機械強度高，更適于高黏度、高固含量、含
硬性顆粒的復雜流體物料的分離，對物料的預處理要求相對較低；分離效率高，可顯著提高對特征污染物或特定分子質(zhì)量溶質(zhì)的去除率；易于再生，使用壽命為有機膜的3~5倍以上。
無機材料的脆性大、彈性小，給膜的成型加工及組件裝備帶來一定困難。為彌補這一弱點，增強膜的機械性能，已有大量研究開始涉及膜材料改性、有機-無機雜化膜/復合膜、有機膜的無機改性等新型膜的制備及應用。
3.2應用領域
膜分離技術廣泛用于石油化工、生物醫(yī)藥、食品加工和環(huán)保工程等領域，但由于膜特性上的差別，有機膜的適用范圍往往局限于濃度較低或微污染等相對簡單的反應體系中。當原料體系具有強酸、強堿、強腐蝕性、高溫及高濃度有機溶劑的污染特征時，有機膜易發(fā)生膜孔堵塞且難以恢復，與高腐蝕物料發(fā)生反應大幅縮減使用壽命，還會產(chǎn)生二次污染問題。無機膜具有較高的膜滲透通量及分離效率，受污染后可用多種化學清洗劑進行正向清洗和反向脈沖在線清洗，或進行高溫消毒，同時能回收酸堿、高腐蝕性物料、表面活性劑、重金屬離子及熱能，可顯著降低資源和能源消耗。
3.3工藝性能參數(shù)
3.3.1經(jīng)濟技術分析
實際工程運行結果表明，系統(tǒng)滲透液水質(zhì)達到相關排放標準時，采用國產(chǎn)陶瓷膜比進口有機膜節(jié)約設備費2750萬元，節(jié)約運行費用253萬元/a，經(jīng)濟效益較為顯著。從投資成本來看，相同處理規(guī)模的國產(chǎn)無機膜比國產(chǎn)有機膜造價偏高，但考慮到無機膜在苛刻處理條件下的廣泛適用性及更長的使用壽命，國產(chǎn)無機膜的投資成本與國產(chǎn)有機膜相差不大。對于膜系統(tǒng)運行成本，由于錯流過濾操作比盲端過濾消耗更多的單位濾液能耗，較高的膜面流速會一定程度上消減膜污染程度，且無機膜往往具備更高的過濾操作壓力和反沖洗壓力，因此無機膜系統(tǒng)的單位處理成本一般不低于或略高于有機膜系統(tǒng)。
3.3.2膜的保存
保存條件是影響膜元件使用壽命的重要因素之一，無機膜和有機膜在保養(yǎng)方法上存在較大差異。無
機陶瓷膜管應干態(tài)保存，置于陰涼、干燥、通風的環(huán)境中，保存及運輸時應防止碰撞。有機膜可用濕法和干法保存，主要目的是防止膜水解、微生物滋生及膜收縮變形等。比較而言，無機膜的保存方式較為簡便，而有機膜對存儲溫度、相對濕度、pH及濕膜轉(zhuǎn)為干法保存的要求較嚴格。
3.3.3膜污染控制方法
（1）原料液預處理。無機膜對原料液進行預處理的目的在于去除大粒徑懸浮物和硬性顆粒，使微小懸浮物和溶解性污染物形成易碎而無黏聚力的絮凝物；有機膜預防污染的特殊性在于防止膜的生物性劣化、防止料液溫度和pH超出適宜范圍等。
（2）膜面改性與修飾。無機膜選用TiO2、ZrO2等具有催化活性和親水性的成膜改性材料以提高膜分離性能，此外其表面的官能團可與其他官能團、高分子發(fā)生反應而被修飾；與無機膜改性不同的是，高能射線輻射接枝可使有機膜分子發(fā)生氧化、刻蝕、裂解、交聯(lián)等，在不改變截流率下增加膜的透水性和耐污染性能。
（3）膜組件及流道設計和優(yōu)化。改變進料液的流動狀態(tài)可形成良好的操作條件、改善膜分離效率
和減少膜過程污染，常采用自然對流、紊流、脈沖流、螺旋流等流動狀態(tài)。部分有機膜如板式膜、中空纖維膜在設計動態(tài)膜結構、改變流道形狀和加設激湍構件時存在困難，而管式陶瓷膜卻非常適合組件和流道方面的優(yōu)化設計。
3.3.4膜的再生與清洗
膜的再生與清洗方法基本分為物理清洗和化學清洗，前者包括正反雙向清洗、氣液混洗、脈沖清洗、靜置浸泡、機械刮除等，后者涉及強酸、強堿、有機酸、表面活性劑、強氧化劑、配位劑和酶清洗劑等。常見的清洗方式是將物理清洗和化學清洗結合，同時配以混入氣體的反向脈沖清洗。無機膜在強化學清洗下通常可達到70%~90%的再生效率，而有機膜需根據(jù)膜材料的耐受能力選擇適當強度的清洗劑和清洗方式。
在操作條件方面，兩類膜有所區(qū)別并由此對膜清洗效果產(chǎn)生不同程度的影響。無機膜的高機械強度使其可采用較高的跨膜壓差（TMP）進行膜清洗，有研究表明，一定范圍內(nèi)TMP升高會使膜通量增加，但過高的TMP會使膜面污染層受壓縮而變得致密，繼而造成滲透通量下降。有機膜清洗應在較低
的操作壓力下（0.1MPa左右）進行，以免引起膜絲斷裂等膜結構損壞。作為無機膜清洗的獨特方法之一，熱清洗（130℃）甚至高溫灼燒（可耐250℃）可對膜面附著的生物質(zhì)型污染物