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微滤又称微孔过滤,属于精密过滤。微滤能够过滤掉溶液中的微米级或纳米级的微粒和细菌。
微滤广泛应用于微电子行业超纯水的终端过滤,各种工业给水的预处理和饮用水的处理等,也是在生物医学、尖端科技中检测微细杂质、进行科学实验的一个重要工具。
微滤的过滤原理有三种:筛分、滤饼层过滤、深层过滤。一般认为微滤的分离机理为筛分机理,膜的物理结构起决定作用。此外,吸附和电性能等因素对截留率也有影响。其有效分离范围为0.1-10μm的粒子,操作静压差为0.01-0.2MPa。
根据微粒在微滤过程中的截留位置,可分为3中截留机制:筛分、吸附及架桥,它们的微滤原理如下:
(1)筛分:微孔滤膜拦截比膜孔径大或与膜孔径相当的微粒,又称机械截留。
(2)吸附:微粒通过物理化学吸附而被滤膜吸附。微粒尺寸小于膜孔也可被截留。
(3)架桥:微粒相互堆积推挤,导致许多微粒无法进入膜孔或卡在孔中,以此完成截留。[2]
2、发展历程
微滤技术的研究是从19世纪初开始的,它是膜分离技术中最早产业化的一种,以天然或人工合成的聚合物制成的微孔过滤膜最早出现于19世纪中叶。
1907年Bechhold发表了第一篇系统研究微孔滤膜性质的报告。1918年Zsigmondy等首先提出了商品规模生产硝化纤维索微孔过滤膜的方法,并于1921年获得专利,1925年在德国的哥丁根大学(University of Göttingen)成立了世界上第一个微孔滤膜公司“Sartorius GmbH”,专门生产和销售微孔滤膜。第二次世界大战后,美国和英国也对微孔滤膜的制造技术和应用进行了广泛的研究,这些研究对微滤技术的迅速发展起到了推动作用,全世界微孔滤膜的销售量,在所有合成膜中居第一位。据美国Freedonm公司的统计,2001年世界微滤膜材料的需求额为7.4亿美元,到2006年和2011年,这个数字将分别达到9.8亿美元和12.9亿美元。
微滤技术在中国的研究开发则较晚,基本上是20世纪80年代初期才起步,但其发展速度非常快。截止至2005年,中国微滤技术已形成7000万元的年产值,占中国膜工业年产值的1/5,经济、社会效益也非常显著。通过国家“十五”和“十一五”的科技攻关,中国的微滤技术改变了仅有醋酸-硝酸混合纤维素(CA-CN)膜片的局面,相继开发了醋酸纤维素(CA)、聚苯乙烯(PS)、聚四氟乙烯(PVDF)、尼龙等膜片和筒式滤芯,聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚四氟乙烯(PTFE)等控制拉伸致孔的微孔膜和聚酯,聚碳酸酯等的核径迹微孔膜,无机微孔膜也有了白己的产品。近十几年来,中国在微滤膜、组件及相应的配套设备方面有了较大的进步,并在医药、饮料、饮用水、食品、电子、石油化工、分析检测和环保等领域有较广泛的应用。
与国外水平相比,中国的常规微滤膜的性能和国外同类产品的性能基本一致,折叠式滤芯在许多场合替代了进口产品,但在错流式微滤膜和组器技术及其在工程中的应用等方面,仍落后于国外,这就抑制了微滤技术在较高浊度水质深度处理中的应用。
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