液相色谱仪液体样品预处理技术--膜分离的原理及特点

膜分离技术是1960年前后开发、20世纪70年代开始实用化的。随着其用途不断扩大,近年来已迅速发展成为大型化的分离装置,广泛用于海水淡化、洁净水、纯水和超纯水制造、废水处理等众多领域。膜分离是利用固膜或液膜的选择性渗透作用而分离气体或液体混合物的一种方法。固膜分离有超滤、微孔过滤、反渗透、气体渗透分离等。液膜分离则往往是模拟生物膜的结构和功能。膜的分离,简单地说就是筛分,即利用膜表面孔的机械筛分原理,将不同大小的物质分离开,达到分离、纯化浓缩的目的。膜分离过程具有分离迅速、节约能耗、减少污染、设备简单、连续操作等特点。选择适当的膜分离技术,可以代替传统工艺的蒸馏蒸发、真空过滤、浓缩抽提、离子交换等多种工艺,解决目前某些产品在工业生产过程中传统工艺无法解决的能耗高、质量差,收率低,污染重等难题,与其他样品预处理技术相比,膜分离技术过程中样品或基质成分超载的危险性可以忽略,大多数膜过程在密封流动系统中进行,能降低污染,避免接触有毒或危险的样品,使用有机溶剂量少,流动系统易于实行自动化。同时也具有孔易堵塞、易污染以及效率低的缺点。

膜分离技术实际上是一种借助于膜而实现的各种分离过程。以选择性透过膜为分离介质,在膜两侧施加某种推动力,如压力差、浓度差、电位差等,使样品一侧中的预分离组分选择性地透过膜,低分子溶质通过膜,而大分子溶质被截流,以此来分离溶液中不同分子量的物质,从而达到分离、纯化的目的。膜的种类繁多,大致可按下面几个方面对膜进行分类:

①根据膜的材质,从相态上可分为固体膜和液体膜;

②从材料来源上可分为天然膜和合成膜,合成膜又分为无机材料膜和有机材料膜,常用膜材料见表1;

③根据膜的结构可分为多孔膜和致密膜;

④按膜断面的物理形态,固体膜又可分为对称膜、不对称膜和复合模;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;复合膜通常用两种不同的膜材料分别制成表面活性层和多孔支撑层;

⑤根据膜的功能,可分为离子交换膜、渗透膜、微滤膜、超滤膜、反渗透膜、渗透气化膜和气体分离膜,表2为常用膜的功能及应用范围;

⑥根据固体膜的形状,可分为平板膜、管式膜、中空纤维膜等。不同分离过程使用不同的膜,推动力也不同。根据推动力的不同,膜分离过程分为依靠压力差分离的反渗透、微滤、超滤、气体分离,依靠浓度差分离的渗析、乳化液膜分离、膜萃取,依靠电位差分离的电渗析,依靠温度差分离的膜蒸发、渗透气化。表3给出了常用膜分离过程的基本特点及其应用范围。

表1 膜材料分类

表2 主要膜的功能及其实用范围

表3 常用膜分离过程的基本特点