分離膜及膜過濾

Q

何謂「膜」及

「膜過濾」

?

A

此處所謂的「膜」均是針對「分離膜」而言,其厚度一般為微米級(um),有別於一般的塑膠膜,它必須具有選擇透過性的功能,可將它看成是兩流相間的一個半滲透的隔層,此隔層阻止兩相直接接觸,並按膜材料的特性(如膜的孔徑大小、厚薄度、均質度、及膜表面的化學特性等)截留分子。

「膜過濾」是指在某種推動力(如壓力差、電位差、濃度差、溫度差等)的作用下,利用不同成分透膜速率上的差異,達到分離混合物(如溶液)中離子、分子及某些微粒子的過程。與傳統過濾最大不同的是,膜可以在分子或離子範圍內進行分離,並且是一種物理過程,不需發生相變化及添加助劑。

Q

膜過濾技術的優點為何?

A

經濟、過程簡單、沒有相變化、分離係數大、節能高效,無二次污染、可在常溫下操作,系統可直接放大,可專一配膜,特別適用於熱敏感性物質的處理,在食品加工、醫藥、生化技術領域有其獨特的適用性

Q

膜可以分為哪些種類

A

1.膜可以分生物膜及合成膜兩大類,依功能區分,可以下表分類:

2. 膜過濾主要依據孔徑大小來區分,膜可分為下列四類:

A. 微濾膜 (簡稱MF):

膜孔介於0.05 ~ 10um之間,主要應用是從氣相和液相物質中,截留微米級的微粒、微生物、細菌、酵母、紅血球等。

B. 超濾膜 (簡稱UF):

膜孔介於1~100nm之間,截留分子量界限為0.5~500K,可分離大分子、膠體物質、蛋白質及微粒等。

C. 奈米濾膜 (簡稱NF):

膜孔約為1nm,截留分子量界限為200~1000,可阻擋 二價以上的離子,如Ca2+、Mg2+,主要應用於飲用水及工業 用水的純化、廢水淨化處理、流體中有價值成分的濃縮等。

D. 逆滲透膜 (簡稱RO):

膜孔小於1nm,截留分子量界限為1~10,可阻擋一價以上的離子 ,如Na+、Cl-。可從混合液中去除全部的懸浮物、溶解物及膠體物質,將純水分離出來,除了海水及鹹水的淡化傳統 應用外,範圍擴及化工、食品、製藥業分離純化使用。

Q

何謂ePTFE微孔濾膜?其特性及應用為何?

PTFE微孔濾膜(MF)的成分是聚四氟乙烯,也是我們所熟知的鐵氟龍(TEFLON)材料,製膜的方法採用拉伸法使之膨脹成交錯曲折的多孔洞性質,因此也稱之為膨化PTFE微孔濾膜(ePTFE膜)。

PTFE微孔濾膜為強疏水性膜,耐溫範圍-40~260℃,化學穩定性極佳,可耐熱的強酸強鹼及各種有機溶劑,可用於過濾蒸氣及各種腐蝕性液體。其抗微生物侵蝕,低摩擦及低黏著性,剝離自潔性佳等性能,適用於微生物及微粒子檢測等應用。

知名的Gore-TexR布料,即是採用此膜材的防雨水透汗氣特性製成各式戶外高級休閒服飾;更由於其極佳的疏水透氣功能及防蝕性,本公司生產TEFLUXR PTFE微孔過濾膜已被廣泛應用在薄膜蒸餾裝置 (海水淡化技術)及薄膜生物反應器MBR(廢水二三級處理技術) 上,其它在電子產業及生化產業的應用甚多,如數位相機的鏡頭防潮應用、生鮮蔬果的保鮮應用等。

Q

何謂複合膜

複合膜是由兩種不同材質的濾層所組成,結構屬於非對稱型,其製造方法一般是先製作多孔支撐濾層,然後直接在多孔支撐層上利用各種方法製作超薄的微孔膜皮層,此種膜結構由於皮層厚度變得更薄,使得通透量大為提高,同時支撐層可採用耐壓密性及物化穩定性良好的材質,因此更能強化膜的結構,使用壽命更長,為了與一般的非對稱膜(相轉化膜-即同一種膜材利用轉相法成為不對稱結構)有所區別,因此稱之為複合膜。

本公司 PTFE過濾膜即是以PP或PET濾材當支撐層(厚度約0.1 ~0 .15mm ),將拉伸成型的PTFE微孔膜(厚度約25um)利用熱化固著於支撐層上的作法。

薄膜蒸餾(MD)技術

Q

何謂薄膜蒸餾?主要作用原理為何?

薄膜蒸餾顧名思義即蒸餾法與薄膜法相結合的一種分離技術,主要作用原理是以非揮發物質的水溶液為蒸餾對象,當一疏水性微孔高分子薄膜將不同溫度的冷熱水流分隔開時,由於表面張力的作用,膜兩側的水溶液都不能通過膜孔進入另一側,但是熱流端的水蒸氣在膜兩側水蒸氣壓差驅動下,會通過膜孔從熱流端進入冷流端、然後在冷流端冷凝下來成為高純度蒸餾水。

PTFE微孔濾膜為強疏水性膜,耐溫範圍-40~260℃,化學穩定性極佳,可耐熱的強酸強鹼及各種有機溶劑,可用於過濾蒸氣及各種腐蝕性液體。其抗微生物侵蝕,低摩擦及低黏著性,剝離自潔性佳等性能,適用於微生物及微粒子檢測等應用。

Q

何謂直接接觸式薄膜蒸餾(DCMD)?

主要作用原理是以非揮發物質的水溶液為蒸餾對象,當一疏水性微孔高分子薄膜將不同溫度的冷熱水流分隔開時,由於表面張力的作用,膜兩側的水溶液都不能通過膜孔進入另一側,但是熱流端的水蒸氣在膜兩側水蒸氣壓差驅動下,會通過膜孔從熱流端進入冷流端、然後在冷流端冷凝下來成為高純度蒸餾水。

熱流端熱源分為潛熱與傳導熱,潛熱轉化為蒸氣為有效熱源(30%),其餘為傳導熱為無效熱源(70%)。溫差所產生的水蒸氣壓差是蒸氣擴散透膜的驅動力,所以溫差是決定水通量的主因。

如果水蒸氣透過膜孔後直接與冷側水接觸,冷側水將冷凝水直接帶走,此種方式稱為直接接觸式薄膜蒸餾,簡稱DCMD。

Q

何謂空氣間隙式薄膜蒸餾(AGMD)?

主要作用原理是以非揮發物質的水溶液為蒸餾對象,當一疏水性微孔高分子薄膜將不同溫度的冷熱水流分隔開時,由於表面張力的作用,膜兩側的水溶液都不能通過膜孔進入另一側,但是熱流端的水蒸氣在膜兩側水蒸氣壓差驅動下,會通過膜孔從熱流端進入冷流端、然後在冷端流冷凝下來成為高純度蒸餾水。

熱流端熱源分為潛熱與傳導熱,潛熱轉化為蒸氣為有效熱源(30%),其餘為傳導熱為無效熱源(70%)。溫差所產生的水蒸氣壓差是蒸氣擴散透膜的驅動力,所以溫差是決定水通量的主因。

如果水蒸氣透過膜孔後不直接與冷流端水接觸,中間以冷流端水之冷壁間隔成空氣間隙,此時水蒸氣透過膜孔後,擴散至冷壁表面被冷凝下來收集,此種方式稱空氣間隙式薄膜蒸餾,簡稱AGMD。