膜分離技術(shù)是利用膜對混合物各組分選擇滲透性能的差異，來實(shí)現(xiàn)分離、提純或濃縮的新型分離技術(shù)。組分通過膜的滲透能力取決發(fā)現(xiàn)了透析現(xiàn)象，人們才開始重視對膜的研究。半個(gè)世紀(jì)以來，膜分離完成了從實(shí)驗(yàn)室到大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的于分子本身的大小與形狀，分子的物理、化學(xué)性質(zhì)，分離膜的物理化學(xué)性質(zhì)以及滲透組分與分離膜的相互作用關(guān)系。

  1748年Abbe Nollet發(fā)現(xiàn)水能自發(fā)地滲透到裝有酒精溶液的豬膀胱內(nèi)的現(xiàn)象，成為人們開始認(rèn)識和研究膜分離過程的標(biāo)志。但是，直到19世紀(jì)中葉Graham轉(zhuǎn)變，成為一項(xiàng)高效節(jié)能的新分離技術(shù)。1925年以來，差不多每十年就有一項(xiàng)新的膜過程在工業(yè)上得到應(yīng)用：30年代的微孔過濾（MF）；40年代開發(fā)的滲析；50年代的電滲析（ED）；60年代的反滲透（RO）；70年代的超濾（UF）；80年代的氣體分離（GS）；90年代的滲透汽化（PV）。膜過程迄今已得到世界各國的普遍重視，在能源緊張、資源短缺、生態(tài)環(huán)境惡化的今天，產(chǎn)業(yè)界和科技界把膜過程視為21世紀(jì)工業(yè)技術(shù)改造中的一項(xiàng)極為重要的高新技術(shù)。

  微濾是利用微孔膜孔徑的大小，以壓差為推動(dòng)力，將濾液中大于孔徑的微粒、細(xì)菌等懸浮物質(zhì)截留下來，達(dá)到去除濾液中微粒與溶液澄清的膜分離技術(shù)。通常，微孔膜孔徑在0.05～10μm范圍內(nèi)，其操作壓差約為0.01～0.2MPa。微濾技術(shù)的研究始于19世紀(jì)中葉，直到1907年，始由Bechhold發(fā)表了第一篇系統(tǒng)研究微濾膜性質(zhì)的報(bào)告。1918年Zsigmondy等人提出了規(guī)模生產(chǎn)硝化纖維素微濾膜的方法，并于1921年獲得專利。由此拉開了微濾技術(shù)在工業(yè)上的應(yīng)用的序幕。我國微孔膜的研制和生產(chǎn)較晚，直到70年代中前期才開始了這方面的開發(fā)和研制工作。通過國家“七五”和“八五”重大科技項(xiàng)目攻關(guān)后，微孔膜和膜過濾器的品種、性能等方面都躍上一個(gè)新的高度。與國外相比，我國相轉(zhuǎn)化法MF膜的性能和國外同類產(chǎn)品性能基本相同。

  超濾也是以壓力差為推動(dòng)力的膜過程，通過膜的篩分機(jī)理將溶液中的大分子溶質(zhì)截留，實(shí)現(xiàn)大分子溶質(zhì)與小分子溶劑分離。在超濾過程中，膜孔的大小和形狀對分離起主要作用，膜的物化性質(zhì)對分離性能影響不大。超濾膜大多用高分子聚合物材料經(jīng)相轉(zhuǎn)化法制得，也有用無機(jī)陶瓷材料制得。最早使用的超濾膜是1861年Sehmidt用牛心胞膜截留可溶性阿拉伯膠。1963年Michaels研制了不同孔徑的不對稱醋酸纖維素（CA）超濾膜。1965～1975年是超濾技術(shù)大發(fā)展階段。我國的超濾技術(shù)從20世紀(jì)70年代中期起步，80年代是快速發(fā)展階段，90年代獲得廣泛應(yīng)用。

  反滲透是藉助于半透膜對溶液中溶質(zhì)的截留作用，在高于溶液滲透壓的壓差推動(dòng)下，使溶劑滲透通過半透膜，達(dá)到溶液脫鹽的目的。1953年，美國佛羅里達(dá)大學(xué)的Reid教授開始了對醋酸纖維素滲透性的研究，并提出反滲透的概念。當(dāng)時(shí)是以海水和苦咸水的淡化為目標(biāo)，并被美國列為國家研究計(jì)劃。加利福尼亞大學(xué)的Loeb和Sourirajan經(jīng)過反復(fù)的研究和試驗(yàn)，于1960年通過濕相轉(zhuǎn)化法合成了第一張實(shí)用的不對稱醋酸纖維反滲透膜。我國從1965年開始對反滲透技術(shù)的研究，并于80年代實(shí)現(xiàn)了初步的工業(yè)化。國家海洋局杭州水處理技術(shù)開發(fā)中心于1982年研制成功直徑100mm的反滲透卷式膜組件，于1985年研制成功直徑200mm的反滲透卷式膜組件并成功研制了工業(yè)化SPC－801型元件及大型反滲透膜組件SPC－8014，該組件長4.3米，內(nèi)含直徑200mm卷式反滲透組件4個(gè)，在3.0MPa下，以自來水為進(jìn)水，初始產(chǎn)水量3t/h，脫鹽率為93%。在某些反滲透工藝上，我國已經(jīng)接近國際水平，但反滲透膜及組件的技術(shù)和性能與國外比仍有較大的差距。

  納濾（NF）是介于RO和UF之間的一種壓力驅(qū)動(dòng)型膜分離技術(shù)。它具有兩個(gè)特性：(1) 對水中分子量為數(shù)百的有機(jī)小分子組分具有分離性能；（2）對于不同價(jià)態(tài)的陰離子存在Donnan效應(yīng)。物料的荷電性、離子價(jià)數(shù)和濃度對膜的分離效應(yīng)有很大影響。

  納濾膜的研究始于70年代中期，80年代中期商品化，主要是芳香族聚酰胺復(fù)合納濾膜、醋酸纖維素不對稱納濾膜、聚哌嗪酰胺類復(fù)合納濾膜和磺化聚醚砜類復(fù)合納濾膜 。國內(nèi)于20世紀(jì)80年代開始了復(fù)合納濾膜的研究，并進(jìn)行了NF工藝的開發(fā)，取得了一些較好的成果。

  氣體膜分離技術(shù)是以膜兩側(cè)的氣體壓差為推動(dòng)力，利用不同氣體在膜中滲透速率的差異，使不同氣體在膜兩側(cè)富集實(shí)現(xiàn)分離的過程。它是本世紀(jì)開發(fā)的一類較為成熟的膜分離技術(shù)，由于它具有分離效率高、能耗低、設(shè)備簡單、操作方便、占地面積小、不產(chǎn)生二次污染等特點(diǎn)，使得氣體膜分離技術(shù)成為深冷分離、吸收和變壓吸附等傳統(tǒng)氣體分離方法的強(qiáng)有力的競爭者。早在1831年Mitchell用膜進(jìn)行氫氣和二氧化碳混合氣滲透實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了不同種類氣體分子透過膜的速率不同的現(xiàn)象，首先揭示了用膜實(shí)現(xiàn)氣體分離的可能性。1866年，Graham研究橡膠膜對氣體的滲透性能，用膜可以將空氣中氧氣由21%富集至41%，并提出了溶解－擴(kuò)散機(jī)理，使人們對氣體在膜中的滲透過程有了進(jìn)一步的認(rèn)識。

  氣體膜分離應(yīng)用研究始于20世紀(jì)50年代初。60年代，Leob和Sourirajan研制出了第一張醋酸纖維素非對稱膜，為制備高滲透通量分離膜奠定了基礎(chǔ)。70年代，Henis在非對稱膜基礎(chǔ)上研發(fā)了阻力復(fù)合膜，將硅橡膠涂在非對稱高分子基膜上，彌補(bǔ)了膜表面缺陷，得到了滲透通量和選擇性都很好的氣體分離膜，實(shí)現(xiàn)了氣體膜分離的飛躍。1979年，美國Monsanto公司研制出“Prism”膜分離裝置，成功應(yīng)用在合成氨弛放氣中回收氫氣。這是氣體膜分離技術(shù)發(fā)展過程中的一個(gè)重大的突破，標(biāo)志著氣體膜技術(shù)走向了工業(yè)應(yīng)用階段。自1980年以來，已有上百套裝置在運(yùn)行，用于合成氨馳放氣中氫氣的回收和石油煉廠氣中氫氣的回收。

  除氫氮分離膜外，近年來富氧、富氮膜也在工業(yè)應(yīng)用中取得了長足的進(jìn)展。氣體膜分離技術(shù)已在許多方面得到了廣泛的應(yīng)用。隨著氣體膜分離技術(shù)開發(fā)的不斷深入，市場的不斷擴(kuò)大，氣體膜分離技術(shù)也已從分離常量的永久性氣體（如O2、N2和H2等）向分離含有微量組分和可凝性氣體的過程發(fā)展。

  滲透汽化是在液體混合物中組分的蒸氣壓差推動(dòng)下，利用組分通過膜的溶解與擴(kuò)散速率的差異來實(shí)現(xiàn)分離的過程，它是近三十年來研究開發(fā)出來的一個(gè)新型膜分離過程。早在1906年Kahlenberg報(bào)道了醇與烴的混合物通過橡膠膜的選擇滲透作用。1917年，Kober發(fā)表的論文中介紹了蛋白質(zhì)－甲苯溶液中的水分透過火棉膠的選擇滲透作用，從而第一個(gè)提出滲透汽化(Pervaporation，簡稱PV)概念。1935年Farber采用滲透汽化法濃縮蛋白質(zhì)溶液，使人們認(rèn)識到滲透汽化在分離與濃縮方面的應(yīng)用價(jià)值。在50年代以后，對滲透汽化的研究才較廣泛展開。Binning等人認(rèn)識到了該過程的潛在開發(fā)價(jià)值，對此作了較廣泛、深入的研究，并試圖開發(fā)到工業(yè)應(yīng)用階段，但未取得大的突破。此后，這個(gè)領(lǐng)域沉寂了十多年，隨著新型高分子物質(zhì)的合成和制膜技術(shù)的發(fā)展，再加上能源危機(jī)的沖擊，滲透汽化在70年代中期再度被引起重視。直至1982年，德國GFT公司取得重要突破，率先推出商品化聚乙烯醇復(fù)合膜，在巴西建立第一座乙醇/水分離小型示范廠，其生產(chǎn)能力430kg/h，標(biāo)志著滲透汽化開始進(jìn)入工業(yè)化階段。至今在世界上已經(jīng)建立了100 多套PV 的工業(yè)裝置，90％是GFT 公司提供的膜和技術(shù)，多數(shù)用于有機(jī)溶劑的脫水，其中24 套用于乙醇脫水，16 套用于異丙醇脫水，其余的用于進(jìn)行酯類、醚類及其它有機(jī)溶劑脫水，裝置的產(chǎn)量大多在1500 噸/年～10000 噸/年，也有幾套年產(chǎn)4萬噸的裝置。