超濾設備及超濾膜元件（一）

一、超濾膜元件

超濾膜，是一種孔徑規格一致，額定孔徑范圍為0.01微米以下的微孔過濾膜。在膜的一側施以適當壓力，就能篩出小于孔徑的溶質分子，以分離分子量大于500道爾頓(原子質量單位）、粒徑大于10納米的顆粒。超濾膜是早期開發的高分子分離膜之一，在60年代超濾裝置就實現了工業化。

1、超濾膜的應用

超濾膜的工業應用十分廣泛，已成為新型化工單元操作之一。用于分離、濃縮、純化生物制品、醫藥制品以及食品工業中；還用于血液處理、廢水處理和超純水制備中的終端處理裝置。在我國已成功地利用超濾膜進行了中草藥的濃縮提純和凈水設備的研發使用，尤其是國內研發的PVC合金超濾膜，攻克了普通PVC材料產業化生產超濾膜的世界難題，降低了超濾膜的生產成本和運行能耗，提高了超濾膜的過濾性能和使用壽命，被知識產權局列為節能減排推薦產品。超濾膜隨著技術的進步，其篩選功能必將得到改進和加強，對人類社會的貢獻也將越來越大。

2、產品結構

超濾膜的結構有對稱和非對稱之分。前者是各向同性的，沒有皮層，所有方向上的孔隙都是一樣的，屬于深層過濾；后者具有較致密的表層和以指狀結構為主的底層，表層厚度為0.1微米或更小，并具有排列有序的微孔，底層厚度為200～250微米，屬于表層過濾。工業使用的超濾膜一般為非對稱膜。超濾膜的膜材料主要有纖維素及其衍生物、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺、聚砜酰胺、磺化聚砜、交鏈的聚乙烯醇、改性丙烯酸聚合物等等。

3、過濾原理

超濾膜篩分過程，以膜兩側的壓力差為驅動力，以超濾膜為過濾介質，在一定的壓力下，當原液流過膜表面時，超濾膜表面密布的許多細小的微孔只允許水及小分子物質通過而成為透過液，而原液中體積大于膜表面微孔徑的物質則被截留在膜的進液側，成為濃縮液，因而實現對原液的凈化、分離和濃縮的目的。每米長的超濾膜絲管壁上約有60億個0.01微米的微孔，其孔徑只允許水分子、水中的有益礦物質和微量元素通過，而目前已知世界細菌的體積下限在0.2微米，因此細菌以及比細菌體積大得多的膠體、鐵銹、懸浮物、泥沙、大分子有機物等都能被超濾膜截留下來，從而實現了凈化過程。

其計算公式為：

S內=πdL×n

S外=πDL×n

其中：S內為膜絲總內表面積，d為超濾膜絲的內徑；

S外為膜絲總外表面積，D為超濾膜絲的外徑；

L為超濾膜絲的長度；

n為超濾膜絲的根數。

內壓式和外壓式中空纖維超濾膜。

4、產品材料

A、簡介

聚丙烯腈。英文簡寫PAN。由單體丙烯腈經自由基聚合反應而得到。大分子鏈中的丙烯腈單元是接頭-尾方式相連的。外觀為白色粉末狀，密度為1.14~1.15g/cm ，加熱至220~300℃時軟化并發生分解。

B、主要應用

聚丙烯腈主要用于制造合成纖維(如腈綸)。用丙烯腈和其他單體共聚的高分子聚合物仿制的合成纖維。聚丙烯腈纖維的中國商品名。俗稱人造羊毛。美國杜邦公司于20世紀40年代研制成功純聚丙烯腈纖維（商品名為奧綸），因染色困難、易原纖化，一直未投入工業化生產。后來在改善聚合物的可仿性和纖維的染色性的基礎上，腈綸才得以實現工業化生產。各個區域有不同的商品名，如美國有奧綸、阿克利綸、克麗斯綸、澤弗綸，英國有考特爾，日本有毛麗龍、開司米綸、依克絲蘭、貝絲綸等。纖維的特點是蓬松性和保暖性好，手感柔軟，并具有良好的耐氣候性和防霉、防蛀性能。主要用做人造纖維，俗稱人造羊毛；制毛線、針織物（純紡或與羊毛混紡）和機織物，尤其適宜作室內裝飾布，如窗簾等。在材料學中常以聚丙烯腈為基體來合成多空材料，例如PAN基活性炭。

C、簡介

聚氯乙烯。.英文簡寫PVC。是氯乙烯單體(vinyl chloride monomer, 簡稱VCM)在過氧化物、偶氮化合物等引發劑;或在光、熱作用下按自由基聚合反應機理聚合而成的聚合物。氯乙烯均聚物和氯乙烯共聚物統稱之為氯乙烯樹脂。

D、主要應用

PVC曾是世界上產量較大的通用塑料，應用非常廣泛。在建筑材料、工業制品、日用品、地板革、地板磚、人造革、管材、電線電纜、包裝膜、瓶、發泡材料、密封材料、纖維等方面均有廣泛應用。PVC材料在凈水行業的應用由來已久，曾經一度被新材料所取代，但PVC合金超濾膜的研發讓它在凈水行業又站穩了腳跟。目前國內使用PVC合金超濾膜技術的凈水器很少，其中國內一凈水器品牌研發的PVC合金超濾膜技術更是獲得了美國NSF的認證，在2010年的上海世博會上大放異彩，在國內形成了一家獨大的局面。

可以用來制造超濾的材質很多，包括：聚偏氟乙烯 (PVDF)、聚醚砜 (PES)、聚丙烯 (PP)、聚乙烯(PE)、聚砜(PS)、聚丙稀腈(PAN)等。90 年代初，聚醚砜材料在商業上取得了應用；而 90 年代末，性能更優良的聚偏氟乙烯超濾開始被廣泛地應用于水處理行業。因此聚偏氟乙烯和聚醚砜成為目前廣泛使用的超濾膜材料。