膜吸附和膜吸收研究进展-中国工程科学.PDF

膜吸附和膜吸收研究进展 1，2 1，2 1，2 1，2 1，2 林立刚 ，叶 卉 ，赵莉芝 ，丁晓莉 ，张玉忠 （1.天津工业大学材料科学与工程学院分离材料与过程控制研究所，天津300387 ；2.天津工业大学中空纤维膜材料与膜 过程国家重点实验室培育基地，天津300387） [摘要] 近年来，膜集成过程备受研究者关注，探究传统分离技术与膜技术的结合，充分发挥膜的高效率、 易于在线放大等优势，以期促进膜集成过程以低成本实现放大应用。其中，吸附膜、吸收技术兼具膜技术 和吸附、吸收技术的优势，在提纯、分离、净化等众多场合获得了日益广泛的应用。本文针对膜吸附、吸收 方面的研究，阐述该膜过程研究进展和发展趋势，为相关领域研究人员提供借鉴。 [关键词] 膜；膜吸附；膜吸收 [中图分类号] TQ028.8 [文献标识码] A [文章编号] 1009-1742（2014 ）12-0059-08 连接功能颗粒或配基，利用功能颗粒或配基与目标 1 前言 分子之间的相互作用进行分离纯化，当料液以一定 膜分离技术是材料科学和过程工程科学等诸 流速流过膜时，目标分子与膜介质表面或膜孔内功 多学科交叉结合、相互渗透而产生的新领域，是21 能颗粒或基团特异性结合，而其余料液则透过膜孔 世纪最有发展前途的高新技术之一，已成为解决资 流出，待处理结束后再通过洗脱液将目标分子洗脱 源、能源、环境、健康和传统技术改造等重大问题的 下来，如图1所示。 [1] 共性支撑技术之一 ，逐步成为生物医药、绿色能源 等新兴工业领域和水处理、冶金、石油、化工、轻工 食品等传统工业领域的关键新技术，近年来，为了 满足各领域特殊分离需求，集成膜过程备受研究者 关注，新型膜过程也不断涌现，如膜蒸馏、膜萃取、 膜吸收、膜催化、膜生物反应器、膜分相、膜控制释 放、膜吸附等均得到了不同程度的发展。本文重点 阐述膜吸附、吸收的研究进展和发展趋势，为相关 领域研究人员提供借鉴。 图1 膜吸附基本原理 2 膜吸附原理 Fig.1 Thebasicprincipleofmembraneadsorption 膜吸附是膜技术与吸附技术相结合的集成技 膜吸附技术中的每一片膜都相当于一个短而 术，膜吸附采用具有一定孔径的膜作为介质，嵌入/ 粗的吸附床层，膜厚相当于床层高度，当床层体积 [收稿日期] 2014-09-16 [基金项目] 国家自然科学基金项目）；海洋公益专项(201305004-5) [作者简介] 张玉忠，1963年出生，男，河北沧县人，教授，博士生导师，长期从事膜分离科学基础及应用研究； E-mail ：zhangyz2004cn@ 2014年第16卷第12期 59 2+ [7] 一定时，这种结构有利于在相同压降下获得更高的 合Cu 亲和膜 ，但随着处理流量的增加，膜吸附性 流速，从而提高了分离速度和处理量；由于在膜多 能降低，当流量大于10 mL/min 时，吸附容量接近 孔基质上的功能颗粒或配基与液流之间扩散路径 零。除了生物特异性亲和、金属离子螯合亲和外， 极短，传质极快，膜吸附的分离时间显著缩短，分离 研究者也采用价格便宜的活性染料等仿生配基，利 效率提高；由于膜的孔隙率大，孔表面积很大，所以 用其基团特异吸附性，以纤维素、壳聚糖、尼龙、聚 膜的厚度很薄就能满足分离要求，并且压