膜结构对分离性能的影响
时间：2020.06.22
随着膜分离技术在市场上的应用越来越广泛，膜作为核心元件，其种类材质也越来越多，让人目不睱给，膜材质、结构的选择也变得越来越难。有的膜材质选不好可能会直接影响整个分离效果。下面就以纳滤膜为例，介绍一下膜结构对分离性能的影响。
1、膜孔径对分离性能的影响
膜孔径的大小决定了膜的筛分效应，从而影响分离中的对流作用。随着通量的增大，截留率上升，当通量接近于无穷大时，截留率接近于一个定值。这个值是膜分离该溶液所能达到的最大值，可以表征膜对该溶液的分离能力。当纳滤膜分离溶质半径普遍较小的电解质溶液时，孔径并不是决定其极限分离能力的因素，因为筛分作用不是主要的分离机理。但是，由孔径大小所决定的空间位阻作用明显，溶质颗粒很难通过膜层到达渗透液侧，这使得分离很容易实现，反之，当孔径较大时，溶质颗粒易于通过膜层，分离就较难实现。
2、膜厚度与孔隙对分离性能的影响
溶质和溶剂分子在压力的驱动下以相同的速度进入膜层。溶剂分子较小，与孔壁碰撞的几率小，可以很容易地穿过孔道，而溶质分子的大小与膜孔处于同一数量级，进入孔道后空间位阻作用影响显著。一旦溶质颗粒与孔壁的碰撞发生，溶剂分子与溶质分子分离。通量较大时，溶剂和溶质分子进入膜层前都拥有较高的速度，一旦溶质受阻停留膜骨而溶剂继续前行穿过膜层，二者就将以较高的速度分离，这就是在高通量下会获得高截留率的原因。
由上可知，较小的孔径或较大的溶质离子半径能降低膜达到最大分离能力所需的通量，从而有利于降低膜分离过程的操作压差。较大的膜厚或较小的孔隙率能使膜在较小的通量下达到最大的分离性能，反之亦然。
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膜孔径的大小决定了膜的筛分效应，从而影响分离中的对流作用。随着通量的增大，截留率上升，当通量接近于无穷大时，截留率接近于一个定值。这个值是膜分离该溶液所能达到的最大值，可以表征膜对该溶液的分离能力。当纳滤膜分离溶质半径普遍较小的电解质溶液时，孔径并不是决定其极限分离能力的因素，因为筛分作用不是主要的分离机理。但是，由孔径大小所决定的空间位阻作用明显，溶质颗粒很难通过膜层到达渗透液侧，这使得分离很容易实现，反之，当孔径较大时，溶质颗粒易于通过膜层，分离就较难实现。
2、膜厚度与孔隙对分离性能的影响
溶质和溶剂分子在压力的驱动下以相同的速度进入膜层。溶剂分子较小，与孔壁碰撞的几率小，可以很容易地穿过孔道，而溶质分子的大小与膜孔处于同一数量级，进入孔道后空间位阻作用影响显著。一旦溶质颗粒与孔壁的碰撞发生，溶剂分子与溶质分子分离。通量较大时，溶剂和溶质分子进入膜层前都拥有较高的速度，一旦溶质受阻停留膜骨而溶剂继续前行穿过膜层，二者就将以较高的速度分离，这就是在高通量下会获得高截留率的原因。
由上可知，较小的孔径或较大的溶质离子半径能降低膜达到最大分离能力所需的通量，从而有利于降低膜分离过程的操作压差。较大的膜厚或较小的孔隙率能使膜在较小的通量下达到最大的分离性能，反之亦然。