膜过程的定义
膜:起栅栏作用,阻止块体移动(mass movement)而允许一个或几个物类有序通过的相。
超滤（ultrafiltration,UF）是以压力为驱动力，利用合成的高分子半透膜高精度的截留性能进行固液分离或使不同分子量物质分级的膜法分离技术。
超滤介于纳滤与微滤之间，它的定义域为截留分子量5000—500000左右，相应的孔径大小的近似值为2×10-9—100×10-9米。
超滤膜对溶质的分离过程
超滤膜对溶质的分离过程主要有：
1.在膜表面及微孔内吸附；
2.在孔中停留而被除去（阻塞）；
3.在膜表面的机械筛留（筛分）。
超滤过程的原理
在膜两侧压力差的作用下，以超滤膜为过滤介质。在一定压力下，当溶液流过膜表面时，只允许水、无机盐和小分子物质透过膜，而阻止水中的悬浮物、胶体、蛋白质和微生物通过，以达到溶液的净化分离和浓缩的目的
基本术语
产水量：单位时间，单位膜面积透过膜的液体量．单位为Ｌ/Ｍ2h。
截留分子量(MWCO)：截留率为０.9(0.95)时被膜截留的最小物质的分子量。
截留率(%)：在特定条件下膜对溶质截留能力的定量量度。
透过率（%）：溶质在膜上的透过性能＝１－截留率。
亲疏水性：膜与水的亲和能力的量度。
超滤浓水：超滤过程中未透过膜而排出的水。
跨膜压差：膜截留液侧与透过液侧的压力差.
浓缩因子：进料液的最初体积（质量）与超滤后浓缩液的最终体积（质量）的比率
全过滤（死端过滤 ）：通过往浓缩液中加入溶剂来实现分离的过程。（连续和间歇）。
错流过滤：指部分进水透过膜元件形成产水，其余部分形成浓水的过滤方式。
浓差极化：被膜截留的溶质在膜表面聚积导致溶剂迁移阻力的增加或局部渗透压的增加（该两者均使通量下降）并可能改变膜的截留性能的现象。
流动沟：膜组件中流体流动的空间。
膜组件：膜单元和承装该膜单元的筒体（压力容器）组成组件。
按膜材料超滤膜可以分为有机高分子材料和无机材料
有机高分子材料
1.纤维素酯类
主要有CA、CTA、CA-CN
优点：亲水性好，成孔性好，材料来源方便，成本低
缺点：耐酸碱性能差（pH4-6）；耐溶剂性能也差 ;使用温度低(30-35℃);耐微生物降解差;
2.聚砜类
PS、SPS、PES等
优点：优良的机械强度和耐高温、耐化学侵蚀性；使用温度范围广；pH 范围广；耐氯性能好；
缺点：膜为疏水性，易污染。
3.聚烯烃类
PP、PAN
机械强度好，而且耐热，耐化学性能较好，是目前用的较多的膜材料。
4.含氟类材料
PVDF、PTFE
这类材料制备的超滤膜是品质最好的膜，有优良的机械强度和耐高温、耐化学侵蚀性。使用温度范围广，可在强酸、强碱和各种有机溶剂条件下使用
缺点是材料疏水性强
其他高分子材料
无机材料
主要有陶瓷、玻璃和金属。最突出的优点是耐高温，耐有机溶剂性能好，不易老化，可再生强，适用于特种分离
超滤膜聚合物的基本属性
聚合物须与所选择的成膜方法配伍；
聚合物须具有满足特定应用目标的性质；
聚合物须市场有售，供应有保证；
具有良好的成膜性能；
对透过组分的亲和性强。
按膜的形状分为
平板膜（板式超滤器；卷式超滤器 ）
管式膜（内压式超滤器；外压式超滤器 ）
中空纤维膜（内压式超滤器；外压式超滤器，帘式超滤器）
膜的结构和性能表征
膜的形态结构
由不对称工艺（L—S）法制得的超滤膜具有不对称性。在制膜时，与空气接触的一侧是厚度为0.1～0.25微米的致密层，其下部是0.1～0.2毫米的多孔支撑层。通过调节凝胶时沉淀剂与溶剂的交换速度可以制得指状孔结构和海绵状孔结构的膜。指状孔结构对流体的阻力小，透水速率较高，但抗压密能力较差，而海绵状孔的情况则相反。
超滤膜的性能表征
定义
膜的性能表征通常是指膜的物化性能和分离性能。膜的物化性能主要包括膜的机械强度、耐化学药品、耐热温度和适用的酸碱度范围等。分离性能主要指膜的透水速率和截留分子量和截留率 。
透水速率
透水速率是指在一定的工作压力下，单位面积的膜在单位时间内所透过的水量。
纯水透过速率的测定
测定方法：利用杯式评价池或小型超滤器，在0.1～0.5MPa压力下，25℃时，测定单位膜面积、单位时间内纯水的透过量。
聚乙二醇标准物
它的水溶性好，相对分子量的分布窄，原料易得，并且对大多数有机膜无污染或污染小，但是大分子量的聚乙二醇不易得到。
聚乙二醇测试法
1、试剂的配制
1.1 碘化铋钾试剂的配制
A液的配制：准确称取0.800g次硝酸铋放入50ml的容量瓶中,加入10ml的冰乙酸,用蒸馏水稀释至刻度。
B液的配制：准确称取20.000g碘化钾放入50ml的棕色容量瓶中, 用蒸馏水稀释至刻度。
1.2 乙酸～乙酸钠缓冲溶液的配制：
量取0.2mol/l乙酸钠溶液590ml及0.2mol/l冰乙酸溶液410ml入1000ml的容量瓶中,配制成pH4.8的乙酸～乙酸钠缓冲溶液。
1.3标准溶液的配制
将聚乙二醇在60下干燥4小时，准确称取聚乙二醇1.000g于1000ml的容量瓶中定容，分别移取0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0分别于100ml的容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度，配制成浓度为0、5、10、15、20、25、30mg/l的标准溶液。
1.4标准曲线的制作
将上述的聚乙二醇标准溶液各取5ml分别加入到10ml的容量瓶中，分别加入1ml的D试剂和1ml的乙酸-乙酸钠缓冲溶液，用蒸馏水稀释至刻度。放置15min后，在波长510nm处测定溶液的吸光度，以蒸馏水为空白。测试数据以聚乙二醇浓度为横坐标，吸光度为纵坐标绘制标准曲线。
1.5膜的测定
选择一分子量的聚乙二醇，配制成100——200mg/l的水溶液作为超滤的进水，在一定的条件下运行30min后取样测定，在标准曲线中查出进水及产水的聚乙二醇含量。

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超滤膜分离实验装置QY-HGGY43

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