超濾膜的工作原理主要基于篩分機制和選擇性透過，具體如下：

1. 篩分機制

• 膜孔徑：超濾膜的孔徑范圍通常為1-100納米，能夠截留大分子物質（如蛋白質、膠體、細菌、病毒等），同時允許水和小分子溶質（如鹽類、糖類）通過。

• 截留與透過：當液體在壓力驅動下通過超濾膜時，大分子物質被截留在膜表面，而小分子物質和水則透過膜，從而實現分離。

2. 選擇性透過

• 分子大小與形狀：超濾膜的分離效果主要取決于溶質分子的大小和形狀。分子量大于膜截留分子量（MWCO，Molecular Weight Cut-Off）的物質被截留，小于MWCO的物質則通過。

• 膜特性：膜的材料、表面電荷、親水性等特性也會影響分離效果。例如，親水性膜對水的通量更高，而帶電荷的膜可能通過靜電作用影響帶電溶質的透過。

3. 驅動 force

• 壓力驅動：超濾過程通常在外加壓力（1-10 bar）下進行，壓力驅動液體通過膜，形成透過液（濾液）和濃縮液（截留液）。

• 濃度梯度：在某些情況下，濃度梯度也會影響溶質的傳遞。

4. 分離過程

• 截留：大分子物質（如蛋白質、膠體、細菌等）被截留在膜表面，形成濃縮液。

• 透過：水和小分子溶質（如鹽類、糖類）通過膜孔，形成凈化后的透過液。

5. 膜污染與清洗

• 膜污染：在運行過程中，膜表面可能會被截留的物質堵塞，導致通量下降。常見的污染物包括有機物、膠體、微生物等。

• 清洗方式：定期通過物理清洗（如反沖洗）或化學清洗（如酸堿清洗）來恢復膜的通量。

6. 應用特點

• 高效分離：能夠高效分離大分子與小分子物質。

• 低溫操作：適用于熱敏性物質的分離，避免高溫破壞。

• 無相變：分離過程不發生相變，能耗較低。

總結

超濾膜的工作原理是通過篩分機制和選擇性透過，在壓力驅動下實現大分子物質的截留和小分子物質的透過。其核心在于膜孔徑的大小和膜的特性，廣泛應用于水處理、食品、制藥等領域。盡管存在膜污染問題，但通過定期清洗和維護，可以保持其高效運行。