什么是超濾膜以及超濾膜的基本特性（超濾膜與微濾膜之間的關(guān)系）

超濾是介于微濾和納濾之間的一種膜過程，膜孔徑在0.05μm～1nm之間，實(shí)際應(yīng)用中一般不以孔徑表征超濾膜，而是以截留分子量(MWCO，又稱切割分子量)來表征。MWCO是指90%能被膜截留的物質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量。例如，某種膜的截留分子量為10000，就意味著相對(duì)分子質(zhì)量大于10000的所有溶質(zhì)有90%以上能被這種膜截留。一種膜制作好后，就要用實(shí)驗(yàn)手段測(cè)定其截留分子量和純水通量，以反映膜的分離能力和透水能力。超濾截留微粒范圍大約是1～20nm，相當(dāng)于相對(duì)分子質(zhì)量是500～300000的各種蛋白質(zhì)分子或相當(dāng)粒徑的膠體微粒，所以超濾膜主要用于溶液中的大分子、膠體、蛋白質(zhì)、微粒等和溶劑的分離。

超濾過程的基本特性

超濾膜的分離原理可用篩分機(jī)理來解釋，其截留率取決于溶質(zhì)的尺寸和形狀(相對(duì)于膜孔徑而言)。事實(shí)上，超濾和微濾是基于相同的分離原理的類似的膜過程，兩者主要的差別在于超濾膜具有不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，其皮層要致密得多(孔徑小，表面孔隙率低)，因此，流體阻力比微濾 膜要大得多。

超濾膜對(duì)大分子溶質(zhì)較易截留的原因主要是：

(1)在膜表面及微孔內(nèi)的吸附(一次吸附)；

(2)在孔中的停留而被去除(阻塞)；

(3)在膜表面的機(jī)械截留(篩分)。

由于理想的分離是篩分，因此要盡量避免一次吸附和阻塞的發(fā)生。典型的超濾過程

一次吸附或阻塞程度主要取決于溶質(zhì)的濃度、過濾量、膜與溶質(zhì)間相互作用的程度等因素。當(dāng)初始濃度高、過濾壓力大、膜薄、有表面活性劑存在時(shí)，一次吸附量急增。如果孔徑比粒徑大得多，則得到Ⅰ形曲線；若孔徑與粒徑為同一數(shù)量級(jí)，則得到Ⅱ～IV形曲線。在初期階段，由于溶質(zhì)在膜和細(xì)孔內(nèi)的一次吸附，所以濾液中溶質(zhì)濃度低。當(dāng)膜的內(nèi)外被溶質(zhì)覆蓋，濾液中溶質(zhì)的濃度與原液中溶質(zhì)濃度或相同(曲線Ⅰ)，或適當(dāng)降低，或緩慢地增加。在產(chǎn)生阻塞的異常過濾時(shí)，濃度達(dá)到最大值，然后下降。在孔徑比粒徑大得多時(shí)，殘留液的濃度不會(huì)變化，只有發(fā)生篩分現(xiàn)象時(shí)，殘留液的濃度才上升。這種現(xiàn)象在有阻塞時(shí)也同樣出現(xiàn)。當(dāng)添加其他粒子而產(chǎn)生阻塞時(shí)特別明顯。阻塞也可能由于溶質(zhì)在膜與溶液的界面上產(chǎn)生沉淀而引起。

增加過濾壓力，會(huì)使強(qiáng)烈吸附層外沿的溶質(zhì)吸附層剝落，結(jié)果減少了一次吸附的范圍。若添加表面活性劑，則表面活性劑在膜面被選擇吸附。于是，也減少了溶質(zhì)的一次吸附。阻塞在高濃度和高過濾壓力下容易發(fā)生，增加膜的厚度或添加其他粒子時(shí)，阻塞會(huì)更嚴(yán)重。但是與一次吸附一樣，添加表面活性劑會(huì)減少阻塞，使透過速度增加。這是由于超濾的細(xì)孔壁被覆蓋了，因而相對(duì)增大了流動(dòng)性。