膜結構對分離性能的影響
時間：2020.06.22
隨著膜分離技術在市場上的應用越來越廣泛，膜作為核心元件，其種類材質也越來越多，讓人目不睱給，膜材質、結構的選擇也變得越來越難。有的膜材質選不好可能會直接影響整個分離效果。下面就以納濾膜為例，介紹一下膜結構對分離性能的影響。
1、膜孔徑對分離性能的影響
膜孔徑的大小決定了膜的篩分效應，從而影響分離中的對流作用。隨著通量的增大，截留率上升，當通量接近于無窮大時，截留率接近于一個定值。這個值是膜分離該溶液所能達到的最大值，可以表征膜對該溶液的分離能力。當納濾膜分離溶質半徑普遍較小的電解質溶液時，孔徑并不是決定其極限分離能力的因素，因為篩分作用不是主要的分離機理。但是，由孔徑大小所決定的空間位阻作用明顯，溶質顆粒很難通過膜層到達滲透液側，這使得分離很容易實現，反之，當孔徑較大時，溶質顆粒易于通過膜層，分離就較難實現。
2、膜厚度與孔隙對分離性能的影響
溶質和溶劑分子在壓力的驅動下以相同的速度進入膜層。溶劑分子較小，與孔壁碰撞的幾率小，可以很容易地穿過孔道，而溶質分子的大小與膜孔處于同一數量級，進入孔道后空間位阻作用影響顯著。一旦溶質顆粒與孔壁的碰撞發生，溶劑分子與溶質分子分離。通量較大時，溶劑和溶質分子進入膜層前都擁有較高的速度，一旦溶質受阻停留膜骨而溶劑繼續前行穿過膜層，二者就將以較高的速度分離，這就是在高通量下會獲得高截留率的原因。
由上可知，較小的孔徑或較大的溶質離子半徑能降低膜達到最大分離能力所需的通量，從而有利于降低膜分離過程的操作壓差。較大的膜厚或較小的孔隙率能使膜在較小的通量下達到最大的分離性能，反之亦然。
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膜孔徑的大小決定了膜的篩分效應，從而影響分離中的對流作用。隨著通量的增大，截留率上升，當通量接近于無窮大時，截留率接近于一個定值。這個值是膜分離該溶液所能達到的最大值，可以表征膜對該溶液的分離能力。當納濾膜分離溶質半徑普遍較小的電解質溶液時，孔徑并不是決定其極限分離能力的因素，因為篩分作用不是主要的分離機理。但是，由孔徑大小所決定的空間位阻作用明顯，溶質顆粒很難通過膜層到達滲透液側，這使得分離很容易實現，反之，當孔徑較大時，溶質顆粒易于通過膜層，分離就較難實現。
2、膜厚度與孔隙對分離性能的影響
溶質和溶劑分子在壓力的驅動下以相同的速度進入膜層。溶劑分子較小，與孔壁碰撞的幾率小，可以很容易地穿過孔道，而溶質分子的大小與膜孔處于同一數量級，進入孔道后空間位阻作用影響顯著。一旦溶質顆粒與孔壁的碰撞發生，溶劑分子與溶質分子分離。通量較大時，溶劑和溶質分子進入膜層前都擁有較高的速度，一旦溶質受阻停留膜骨而溶劑繼續前行穿過膜層，二者就將以較高的速度分離，這就是在高通量下會獲得高截留率的原因。
由上可知，較小的孔徑或較大的溶質離子半徑能降低膜達到最大分離能力所需的通量，從而有利于降低膜分離過程的操作壓差。較大的膜厚或較小的孔隙率能使膜在較小的通量下達到最大的分離性能，反之亦然。