4.1 概 述
超滤现象在130多年前就已经被发现，最早使用的超滤膜是天然的动物脏器薄膜。1861年，Schmidt首次公开用牛心胞膜截留可溶性阿拉伯胶的实验结果，堪称世界上第一次超滤试验，但当时超滤并未作为一项实验方法而得到发展。1907年，Bechhold较系统地研究了超滤膜，并首次采用“超滤”这一术语。1963年，在Loeb-Sourirajan成功试制不对称反渗透醋酸纤维素（CA）膜的影响下，Michaels开发了不同孔径的不对称醋酸纤维素超滤膜。1965～1975年，超滤技术经历了大发展阶段，膜材料从醋酸纤维素扩大到聚苯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯腈、聚醚砜和尼龙等，许多新品种高聚物超滤膜被研发出来并很快商品化［1］。超滤膜的截留分子量可控制在103～106，孔径可控制在1～100nm。多种形式的膜器被相继开发，如板式、管式、中空纤维式和卷式。20世纪70年代，超滤进入工业应用的快速发展阶段，并在20世纪80年代逐步建立了大规模工业生产装置。
我国的超滤技术在20世纪70年代中期起步，我国拥有完全自主知识产权的第一支国产超滤膜于1974年诞生于天津纺织工学院膜分离研究所（即现在的天津膜天膜科技股份有限公司），80年代经历大发展，90年代获得广泛应用。目前国内超滤膜的制造厂商多达一百多家（如天津膜天膜、北京碧水源、膜华科技、北京特里高、杭州北斗星、海南立升等），是我国膜产业中企业数量最多、产品种类最多、产量最大、产品质量能与国外产品抗衡的一项膜技术。目前市场上主要使用的超滤膜材料有聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯腈、聚氯乙烯和多孔陶瓷等十余个品种。虽然在膜材料中占据主导地位的是有机高分子，但无机材料也是一类重要的膜材料。常见的无机膜材料包括多孔陶瓷、分子筛、多孔金属等。多孔陶瓷膜是高性能膜材料的重要组成部分，属于国家大力发展的战略新兴产业。国内主要的陶瓷超滤膜生产厂商包括江苏久吾高科、浙江净源、湖州奥泰、上海科琅等。随着超滤膜种类的增多、膜性能的提高，国内超滤膜在应用开发方面将具有更大的发展空间。
由于超滤技术具有相态不变、无需加热、设备简单、占地面积小、操作压力低、能量消耗低等明显优点，这项技术很快便从研究转向实际应用，并在工业上迅速得到大规模应用。
目前，超滤技术的应用实例多达上千种。超滤技术既可作为预处理过程与其他分离过程结合使用，也可单独用于溶液的浓缩和小分子溶质的分离。超滤技术已成功应用于市政及工业废水处理、食品和乳品工业、制药工业、纺织工业、化学工业、冶金工业、造纸工业以及皮革工业中，同时正在向非水体系拓展（表4-1）［2］。
表4-1 超滤技术在国内工业生产中的应用领域
在实际应用过程中，超滤膜通量低的问题大大提高了其运行成本，成为制约其应用的瓶颈。膜通量除与膜结构（孔隙率、孔径大小及分布、亲疏水性和膜厚）等有关，还与原料液性质、操作条件和膜污染有关。在超滤运行过程中，分离体系中的微粒、胶体粒子或溶质大分子在膜表面或膜孔内吸附、沉积造成膜污染，会导致膜通量的迅速下降，缩短了膜的寿命［3，4］。为进一步拓宽超滤技术的应用领域，需优先研究以下课题：①高通量和抗污染超滤膜研制；②耐高温、耐酸碱、耐溶剂和抗氧化超滤膜研制［5，6］；③低能耗且寿命长的膜组件研制 ［7～9］；④合适的操作方式的设计 ［10～12］。