膜分离技术是一门新兴的高科技技术。虽然膜分离现象在自然界尤其是在生物界普遍存在，而且膜分离现象在200多年前就已经发现，但是长期以来并未受到人们应有的重视，20世纪上半叶出现了制造滤膜的企业，但膜分离技术的大发展和工业应用是在20世纪60年代以后。20世纪30年代，由于过滤微生物和其它微小颗粒的需要，德国建立了 上 个生产微滤膜的厂；50年代，由于发展原子能工业的需要，离子交换膜应运而生，并在此基础上发展了电渗析工业；到60年代初，由于海水淡化的需要，人们用相转化制膜法成功地制备了 上 张实用的反渗透膜，这一重大突破震动了整个 。在膜科学技术领域，开发较早的是有机膜，由于这种膜容易制备，容易成型，性能良好，价格便宜，已成为应用较广泛的微滤膜类型。但随着膜分离技术及其应用的发展，对膜的使用条件提出了越来越高的要求，因此而开发研制出了无机陶瓷膜。

1 膜的分类和制备方法

①根据膜的材质：可分为固体膜和液体膜。

②根据膜的结构：可分为多孔膜和致密膜。

③从材料来源上又可分为天然膜和合成膜，合成膜又分为无机材料膜和有机高分子膜。

④根据固体膜的形状：可分为平板膜、管式膜、中空纤维膜。

⑤根据膜的功能：可分为离子交换膜、渗析膜、微孔过滤膜、超过滤膜、反渗透膜、渗透气化膜和气体渗透膜等。

⑥根据膜断面的物理形态，固体膜又可分为对称膜、不对称膜和复合膜。对称膜又称均质膜；不对称膜具有极薄的表面活性层（或致密层）和其下部的多孔支撑层；复合膜通常是用两种不同的膜材料分别制成表面活性层和多孔支撑层。

无机膜的制备方法很多，主要有“物理气相沉积技术（PVD），化学气相沉积技术（CVD），电化学气相沉积技术（ECVD），溅射法，阳极氧化法，溶胶凝胶法，喷雾水解法等。

2 成膜原理以及影响膜性能的主要因素

2.1 成膜原理

陶瓷膜是以无机陶瓷原料经特殊工艺制备而成的非对称膜，呈管状或多通道状，管壁密布微孔，在压力作用下，原料液在膜管内或膜外侧流动，小分子物质（或液体）透过膜，大分子物质（或固体颗粒、液体液滴）被膜截留从而达到分离、浓缩和纯化之目的。

成膜原理是以无机中空纤维为载体，以聚合氯化铝（PAC）溶液为成膜剂，多孔载体与PAC溶液接触时，会产生毛细管压差，这种压差会使溶液流入载体的孔中，该溶液经氨处理、干燥和烧结可形成担载γ-Al₂O₃膜。

2.2 影响膜性能的主要因素

①PAC溶液羟铝比。

②PAC溶液浓度。

③浸渍时间。

④氨水浓度。

⑤氨化时间。

⑥热处理方式。

⑦循环次数和方式。

3 膜分离的过程及形式

3.1 膜分离的过程

膜分离过程是以选择透过膜作为组份分离的手段，当膜两侧存在其某种推动力（压力差、浓度差、电位差）时，原料两侧组份选择性地透过膜，以达到分离、提纯的目的。

3.2 膜分离的形式

①渗析式膜分离。溶液中的某些如溶质或离子在浓度差或电位差的推动下透过膜进入另一侧的接受液从而被分离出去，渗析和电渗析属于这类膜分离。

②过滤式膜分离。在压力差的作用下，部分物质透过膜而成为渗滤液或渗透气，留下部分则为滤余液。由于组分的分子大小和性质有别，它们透过膜的速率有差异，因为透过部分与留下部分的组分不同，实现了组分的分离。属于这类膜分离操作的有超滤、微滤、反渗透和气体渗透等。

③液膜分离。该过程涉及三个液相，料液和接受液都是液相，处于二者之间的液膜也是液相，液膜必须与料液和接受液互不混溶。液-液两相间的传质分离操作类似于萃取和反萃取，溶质从料液进入液膜相当于萃取，溶质再从液膜进入接受液相当于反萃取。

4 无机陶瓷膜的优点

①无机陶瓷膜耐高温性能优于有机膜，在生产过程中可直接用蒸汽或加热灭菌消毒。

②无机陶瓷膜耐化学腐蚀性好，可使用各种不同的清洗剂进行彻底清洗，膜通量可完全恢复，使用寿命长。

③无机陶瓷膜的孔分级精细，因而能准确有效地将原液中的某种成分分离，从而达到去除或提取的目的，这是有机膜所做不到的。

5 膜分离技术的应用

膜分离技术已涉及到多个领域，目前已在生物制药行业、食品饮料行业、化工行业、环保行业等领域得到应用。

5.1 膜分离技术在医药领域中的应用

膜分离技术是制药工业现代化的核心技术。因为膜分离技术可以使制药企业提高产品品质、提高产品得率、简化生产工艺、降低生产成本等。长期以来，我国的制药工业尤其是中药制药企业一直停留在传统的生产工艺上，它存在着生产周期长、成本高、收率低等问题，在除杂、除菌等方面具有极大的不稳定性，严重影响制剂的品质，并且生产中消耗大量水、电、能源及有机溶剂，造成生产成本增加。膜分离技术是用筛分原理或溶解扩散对匀相或非匀相体系进行选择性分离的一种当今 较 的分离操作单元技术。目前应用的有：

①用膜法精制中药口服液。可以简化生产周期，取代传统的板框过滤、离心分离等，有效去除淀粉、树脂、蛋白、果胶等。并且得到的产品无论是澄清度、透光度和稳定性都明显提高，长期存放澄清度不变，口服液不再有沉淀和挂壁现象。

②水提液无需冷却可直接过滤，由于胶脂类的物质被分离除去，料液浓缩时粘度大大降低，使浓缩蒸发和后续过滤更加方便，缩短了时间降低了成本。

③需要两次醇沉工艺的品种，采用膜技术只需一次醇沉，节约大量乙醇，降低了生产成本，还能降低乙醇回收所需能耗，缩短生产周期。

④能保持原配方的成分，提高产品中有效成分的含量。中药的成分很复杂，通常含有生物碱、有机酸、酚类、皂等化合物以及蛋白质、粘液质、多糖、淀粉、纤维素等。一般而言，非药用性成分或药用性较差的成分，分子量都很大（从几十万到几百万道尔顿），而有用成分即中药的目标产物的分子量一般较小（从几百到几千道尔顿）。传统的水提醇沉工艺不能将高分子量的非药用成分去除，使药液中有效成分（目标产物）的浓度降低，患者服用剂量加大，不仅给病人带来服用时的不便和痛苦，同时也使中药容易吸潮变质，难以保存。如采用膜分离技术，就可以解决这些问题，去除非药用性成分，使患者用药少而精，提高疗效。

⑤中药药液的除油。传统的中药制药多使用醇沉工艺，溶于乙醇而难溶于水的植物油和胶质在酒精蒸发后会从药液中析出。目前，常用的去除方法是用食用石蜡等进行萃取。这种方法不但需要消耗大量辅料，费用大，且劳动强度大，环境条件差。采用膜技术除油，效果好，且大大降低生产成本，实现自动化，改善工作条件和环境。

5.2 膜技术在食品饮料行业的应用

①白酒除浊。在酿酒业的酒类澄清过程中，无机膜的市场很大，在白酒、黄酒、啤酒的过滤等方面已有10多年的历史，在酒的过滤中，主要目标是除去酵母和菌体，尤其希望不经过预处理即可用膜进行错流过滤，这样传统工艺中的压榨、离心、硅藻土过滤等过程部分或全部取消，这将为酿酒业带来巨大的变革。

②葡萄酒澄清。葡萄酒制作过程极为复杂，其中需要几个澄清过程来稳定酒质。 上每年大约有38亿升葡萄酒是用膜进行过滤的，主要是除去酵母和细菌，微生物的去除可以有效地降低葡萄酒中SO₂的含量，0.2μm的膜不论在过滤通量上还是微生物、细菌等截留效果上均是较佳的。

③黄酒、药酒的传统制备工艺是以浸渍法和渗透法为主，澄清度是药酒的一项主要考核指标，也是较难解决的问题之一，采用陶瓷过滤膜可以纯化药酒，又可以提高药酒质量，且过滤前后药酒的有效成分不会改变，陶瓷膜过滤整个系统为不锈钢，可以直接用蒸汽消毒，因此过滤的药酒除菌率可达100%。

④啤酒过滤。过滤是啤酒生产的重要环节，目的是除去啤酒中的酵母、蛋白质和多酚复合物等微小物质，改善啤酒的生物和非生物的稳定性。啤酒的过滤一直以来都采用硅藻土过滤。经硅藻土过滤后的啤酒称为鲜啤（酒）或生啤（酒），贮存超过一周就会发生生物混浊。经分析，这些废硅藻土总有机物含量约10%～12%，其中蛋白质含量约6%，pH值偏酸，这些废弃硅藻土多数工厂都通过下水道排入江河湖海，对环境造成更大的污染和破坏。目前膜过滤是啤酒过滤的一个发展方向，尤其是无机膜过滤，由于其具有耐高温、耐低温、耐高压反冲和孔径分布窄等特点，既可在低温下过滤，设备也可用蒸汽进行消毒，将无机膜分离技术用于啤酒生产，它不仅可以充分保证鲜啤酒的风味和营养，还可提高啤酒澄清度，细菌截留率接近100%，保质期可延长至20天以上。

5.3 膜技术在化工行业、城市污水处理中的应用

①催化剂回收。在石化和化工生产中，催化剂的应用非常广泛，反应后一般需要对产物和催化剂进行分离。由于无机陶瓷膜具有很好的耐热、耐化学溶剂和较好的机械强度，在石化和化工生产的催化剂回收方面显现了突出的优势，已经在多个厂家得到应用。与传统的沉降、板框过滤、离心分离所不同的是，陶瓷膜在催化剂与反应产物的固液分离中主要采用错流过滤方式。需分离料液在循环侧不断循环，膜表面能够截留住分子筛催化剂，同时让反应产物透过膜孔渗出。由于流体流动平行于过滤介质表面，使过滤阻力大大降低，从而可在较低的压力下保持较高的渗透通量，使过滤操作可以在较长时间内连续进行，使浓缩液中催化剂固含量达到一个较高的水平。

②荧光增白剂的提取。荧光增白剂是一种无色染料，能产生荧光、提高物质的白度和色泽的有机化合物。荧光增白剂通过化学合成法生产出来后，其中的主要成分非常复杂，在其合成过程中会产生一些盐、残杂化合物及其它由于化合过程产生的异物、杂质及反应副产物，这些化合过程产生的杂物会直接影响到荧光增白剂的品质，降低了产品的纯度，尤其是目前精细化工行业的有些产品需要出口，利用传统的板框过滤、脱盐、除杂工艺，虽能截留荧光增白剂，脱去盐及其化学合成过程中的小分子物质及其杂质，但是产品品质从根本上是很难有长期保证，且产品纯度的提高也是无法实现的，从而使得烘干后的荧光增白剂干粉也无法达到合格产品或出口指标要求。陶瓷复合膜分离系统和膜浓缩系统新工艺应用于液体荧光增白剂除杂、脱盐、浓缩工艺中，可有效实现高精度的固液分离和高脱盐率的浓缩。

③城市污水的处理。城市污水对环境及人们日常生活有很大的影响，然而城市污水是一个重要的潜在水资源，使用膜生物反应器进行城市生活污水处理，可以生产出不同用途的再生水。膜生物反应器进行生活污水处理是将主生物降解的物质分离出去，而将微生物留在污水处理中。这样可以保持微生物的含量处于一个较佳的浓度，反应速度较快。这样大大减少了所需要的空间，也可以减少处理费用，同时可以避免二次污染。由于膜生物反应器进行生活污水处理所需要的空间很小，设备简单，很容易推广到小区，医院，学校，宾馆，公共场所等。

6 结束语

随着膜技术的发展，膜的分离功能将获得更多的实际应用，如人体器官、闸膜以及活性输送膜等。中国膜市场是巨大的，前景是广阔的，要进一步扩大膜技术在各行各业中的应用，一是要加快推广膜技术，二是要研制开发新的膜。中国膜工业协会任建新理事长指出：“发展中国的膜工业要以市场为导向，让市场引导膜技术的进步和膜工业的发展。”市场或利益是技术进步和工业发展的 大驱动力。当前知识和技术转变成生产力的模式已经发生了根本性的变化，这个过程就是MDR过程，也就是说技术首先要定位于市场M（market），再依据市场需求进行技术开发D（development），当在技术开发中遇到一些问题时，再对这些问题进行深入的研究R（research）。这样，研究和开发始终围绕市场这一主题，相信随着人们对膜技术认识的不断提高，无机陶瓷膜的应用范围将越来越广，前景越来越好。