在膜分離技術(shù)應(yīng)用中 ,微孔濾膜是產(chǎn)業(yè)化最早 ,應(yīng)用面最廣,同時(shí)也是消耗量最大的一個(gè)膜品種.由于微孔濾膜過濾技術(shù)具有使用方法簡單 、快速 、高效節(jié)能等優(yōu)點(diǎn),因而倍受關(guān)注和采納 ,現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用到食品飲料 、醫(yī)藥、化工、電子、能源及環(huán)保等領(lǐng)域 .幾十年來 ,微孔濾膜在其應(yīng)用過程中,已逐步取代或提升了很多傳統(tǒng)的過濾工藝 , 如熟啤酒澄清過濾中代替了原先的紙板精濾機(jī) , 進(jìn)而提高了熟啤酒的清亮度 ;在空氣除菌過濾中取代了原先的棉布、活性炭填充塔 ,確保了除菌效果 .作為一項(xiàng)獨(dú)特的分離技術(shù),它已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè) ,尤其是高 、精 、尖端技術(shù)產(chǎn)業(yè),如電子 、生物制藥 、科學(xué)研究、及質(zhì)量檢測等領(lǐng)域中保證產(chǎn)品質(zhì)量的不可缺少的重要手段之一 .由于其優(yōu)越的特性及廣泛的應(yīng)用范圍 ,因此在世界膜市場的總體構(gòu)成中 ,微孔濾膜產(chǎn)品占有最大的份額.
1 　 微孔濾膜及其主要特征
微孔濾膜是功能分離膜大家族中的一個(gè)主要成員,可分為有機(jī)微孔濾膜和無機(jī)微孔濾膜.通常認(rèn)為微孔濾膜的主要功能是用于分離液相或氣相中大于0.05 μm 的微粒或物質(zhì).以孔徑大小來說,這并沒有一個(gè)嚴(yán)格的限定 ,因?yàn)樵谏?、下界限中它與超濾膜和粗過濾有一部分重疊區(qū), 通常認(rèn)為微孔濾膜的孔徑定在 0.05 μm 到 8 μm 之間的較多 .
微孔濾膜的主要特征表現(xiàn)在下列幾點(diǎn):
(1)分離效率高是微孔濾膜最重要的性能特性之一 .該特性受控于膜的孔徑和孔徑分布.圖 1 所示為 0.45 μm 孔徑的微孔濾膜與定量分析用的濾紙的孔徑分布的比較圖.
(1)分離效率高是微孔濾膜最重要的性能特性

由圖 1 可見,曲線越是陡直 , 孔徑分布越好, 這是微孔濾膜的重要特性指標(biāo)之一.只有達(dá)到孔徑的高度均勻 ,微孔濾膜的過濾精度才能達(dá)到高度準(zhǔn)確.
(2)空隙率高:單位體積的微孔濾膜內(nèi)孔體積占的份額很大 ,用相轉(zhuǎn)化法制造的有機(jī)高聚物類的微孔膜,空隙率一般可高達(dá) 70%以上 .據(jù)有關(guān)資料報(bào)道約 10 7 ～ 10 11 個(gè)孔/cm 2 .
(3)絕大多數(shù)微孔濾膜的厚度在 90～ 105 μm(無機(jī)微孔濾膜和核孔膜除外).與普通深層過濾介質(zhì)(目前也常稱深層過濾膜)相比 , 只有它們的幾分之一厚, 甚至更薄 .這不僅有利于過濾速度 ,而且 ,對(duì)過濾某些價(jià)格昂貴 ,且量又少的貴重液體, 無疑在過濾過程中由于被過濾層吸附而造成的損失將非常少.

(4)高分子聚合物制成的微孔濾膜為一均勻的連續(xù)體 ,過濾時(shí)沒有介質(zhì)脫落, 不會(huì)產(chǎn)生二次污染 ,從而能得到高度純潔的濾液或氣體 .
(5)由于微孔濾膜主要是表面截留分離 , 所以其納容量較小, 易被堵塞 ,因此它最適合應(yīng)用在精密的終端過濾.

2我國微孔濾膜的研究開發(fā)

我國對(duì)微孔濾膜的研究開發(fā)始于 1973年前后 ,比德國 、美國 、日本等技術(shù)先進(jìn)國家晚了近半個(gè)世紀(jì).當(dāng)時(shí),根據(jù)制藥工業(yè)和醫(yī)療衛(wèi)生工作的需要 ,由北京化工學(xué)校、四機(jī)部十院、上海醫(yī)藥工業(yè)研究院及上海第十制藥廠等單位首先開始了對(duì)混合纖維素脂為基材的微孔濾膜的研制 ,并于 1979 年前后形成了小規(guī)模的生產(chǎn) , 以供藥液過濾等方面的使用 .1981年國家海洋局杭州水處理技術(shù)研究開發(fā)中心針對(duì)海洋環(huán)境監(jiān)測和海洋地質(zhì)地貌調(diào)查的特殊要求 , 研制出含痕量金屬元素低, 孔徑均勻地分析級(jí)微孔濾膜(單層的 CN -CA 微孔濾膜),并達(dá)到了替代進(jìn)口同類膜產(chǎn)品的先進(jìn)水平 .1987 年又研制出增強(qiáng)型的混合纖維素(CN -CA)微孔濾膜, 1995 年完成了國家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目, 相繼研制出增強(qiáng)型聚偏氟乙烯(PVDF)微孔濾膜、尼龍(PN -6)微孔濾膜及聚丙烯腈(PAN)微孔濾膜 、聚烯烴類的中孔纖維微孔濾膜等.近幾年我國的無機(jī)微孔濾膜(如陶瓷濾膜 、金屬類的微孔膜等)發(fā)展迅速 ,推廣應(yīng)用也比較活躍 ,以上進(jìn)程說明我國的微孔濾膜產(chǎn)業(yè)正在向更深更廣闊的研究領(lǐng)域和應(yīng)用范圍拓進(jìn).20 多年來 , 我國的微孔濾膜過濾技術(shù)同反滲透 、超過濾 、納濾等多種膜分離技術(shù)相輔相成 ,都有了飛躍性的發(fā)展 ,特別是通過國家科委將微孔濾膜過濾技術(shù)列入“七五” 、“八五” 、“九五”國家重大科技攻關(guān)項(xiàng)目后 ,我國的微孔濾膜技術(shù)水平和相關(guān)的膜過濾器件等方面都躍上了一個(gè)新的高度, 特別是在微孔濾膜及相關(guān)的組器件的品種和性能方面大大縮短了與國外同類產(chǎn)品的差距 .
因而 ,應(yīng)用領(lǐng)域也有很大的拓寬.
20多年來參與或從事微孔濾膜研制和開發(fā)的單位有幾十家, 主要是在一些研究單和大學(xué)中組成的課題組中進(jìn)行 ,從膜材料、膜制備 、膜品種、膜形成和分離機(jī)理等全方位地投入關(guān)注和探討, 在有關(guān)科技書刊及行業(yè)研討會(huì)上發(fā)表的論文達(dá)數(shù)百篇之多 ,但多數(shù)僅停留在實(shí)驗(yàn)室階段.由于多方面原因 ,往往是在發(fā)表完論文后就沒有再深入.近 10 年是我國微孔濾膜研制開發(fā)較務(wù)實(shí)的 10 年.在這 10 年中, 我國的微孔濾膜及其相關(guān)濾膜產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化已具有了一定的規(guī)模 ,并擁有了一定數(shù)量具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的生產(chǎn)基地, 生產(chǎn)了不少品種的產(chǎn)品 , 如混合纖維素類、尼龍類、聚氟類等微孔濾膜及相關(guān)的折疊筒式濾芯等 ,部分已達(dá)到了替代進(jìn)口同類產(chǎn)品的水平, 奪回了部分被國外產(chǎn)品占據(jù)的市場, 而且還有一些品種的產(chǎn)品被國際廠商認(rèn)可, 已經(jīng)走出國門參入國際市場的競爭 .目前國內(nèi)已商品化的微孔濾膜及應(yīng)用較廣泛的品種主要有以下幾類 :
2.1 　 混合纖維素(CN -CA)
CN -CA 是一種較標(biāo)準(zhǔn)的常用微孔濾膜, 開發(fā)最早 ,應(yīng)用也比較成熟.由于成孔性能良好, 親水性強(qiáng), 因此該種濾膜的系列孔徑規(guī)格分級(jí)最多, 從 0.05μm 到 8μm ,約有近十個(gè)孔徑型號(hào), 現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于制藥工業(yè)中的藥液除菌過濾, 食品飲料中的液體終端過濾 、環(huán)境水樣的調(diào)查和實(shí)驗(yàn)室分析檢測等 .
2.2 　 聚酰胺類
如尼龍 6(PA -6)和尼龍 66(PA -66)微孔濾膜, 這類膜親水性好, 較耐堿而不耐酸 .在酮 、酚、醚及高分子量醇類中 , 不易被浸蝕 .孔徑型號(hào)也較多.適用于電子工業(yè)中超純水的過濾 、食品飲料及制藥工業(yè)中液體的終端過濾等領(lǐng)域 .該種國產(chǎn)濾膜在1995年開始商品化, 但近幾年發(fā)展很快 , 在市場銷售量方面已接近 CN -CA 膜 .
2.3 　 聚醚砜(PES)微孔濾膜
該類膜具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性, 耐輻射 ,濾速快, 應(yīng)用面也較廣.國內(nèi)研制的該種膜品到目前為止仍未能達(dá)到性能穩(wěn)定的工業(yè)應(yīng)用的水平, 所以目前絕大部分使用的都是進(jìn)口 PES 膜 .現(xiàn)已有美國膜制造商到中國獨(dú)資建廠 , 專業(yè)生產(chǎn) PES微孔濾膜 ,2003 年初已有產(chǎn)品進(jìn)入市場 .目前, PES微孔濾膜在食品飲料及醫(yī)藥工業(yè)中作為高檔微孔濾膜產(chǎn)品已得到認(rèn)可和應(yīng)用.
2.4 　 聚氟類
如聚 偏氟乙烯 膜(PVDF)和 聚四氟乙 烯膜(PTFE).這兩類微孔濾膜 , 都有極好的化學(xué)穩(wěn)定性,適合在高溫下使用.特別是 PTFE 膜, 其使用溫度-40 ℃～ 260 ℃, 并可耐強(qiáng)酸 、強(qiáng)堿和各種有機(jī)溶劑 ,由于具有強(qiáng)疏水性 ,因此非常適合于過濾蒸氣及各種腐蝕性液體 .國內(nèi)大部分藥廠、酒廠及其它發(fā)酵行業(yè)用的空氣無菌過濾系統(tǒng),其終端除菌膜, 相當(dāng)一部分是采用聚氟類微孔濾膜.

2.5　 聚碳酸酯和聚酯類
主要是核孔膜.從研究方面來說,核孔膜成孔的孔徑非常均勻 ,一般厚度為 5 ～ 15 μm .該膜的孔隙率雖然只有百分之十幾, 但因膜較薄,所以流體的過濾速度與上述的幾種膜相當(dāng).由于制做工藝較復(fù)雜 ,規(guī)模生產(chǎn)時(shí)重孔率高 ,且膜價(jià)格尚高,應(yīng)用受到了限制.目前該類膜也可制成多種孔徑規(guī)格 .
2.6　 聚烯烴類
如聚丙烯(PP)拉伸式微孔濾膜和聚丙烯(PP)纖維式深層過濾膜.該類微孔濾膜具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性,可耐酸 、堿和各種有機(jī)溶劑 .價(jià)格便宜 .但該類膜孔徑分布寬 .目前的商品膜有平板式和中空纖維式等多種構(gòu)型 .并具有從超濾級(jí)的微孔 ～ 70 μm多種孔徑規(guī)格.
2.7　 無機(jī)基材類微孔濾膜
如陶瓷微孔濾膜 ,玻璃微孔濾膜,各類金屬微孔濾膜等.這是近幾年來倍受重視的新一族微孔濾膜 .無機(jī)微孔濾膜, 具有化學(xué)穩(wěn)定性好, 機(jī)械強(qiáng)度高 、耐高溫、耐生物降解、可洗刷等優(yōu)點(diǎn) .特別在高溫氣體分離和膜催化反應(yīng)器及食品加工等行業(yè)中, 有良好的應(yīng)用前景.