分离膜具有神奇的魔术师般的本领，从下面的实验中不难领会。将一瓶含酒精4.5％的普通啤酒用水稀释成两瓶，然后倒入玻璃容器内，只要将这种溶液通过薄薄的一层分离膜，就能够在几分钟内提取出酒精浓度达 93％的乙醇。这种乙醇用一根火柴就能点燃。这个实验中在分离膜的表面施加了高频电场，促使乙醇溶解、扩散、和水分离，所耗电能仅为蒸馏法的十分之一。在过去要从液体中分离另一种液体，只能使用蒸馏法。
    分离膜是80年代初迅速发展起来的高分子材料，它能从混合物中有选择地提取所需要的物质，包括固体、液体和气体。分离膜的工作原理还不十分清楚，大致可以认为是以浓度差或压力差为驱动力，选择透过的结果。从分离方式上看，可以分为混合气体的分离，混合有机液体的分离，水溶液中溶质、离子的分离（液-液透析）和水溶液的分离（逆渗透）等。
    分离膜可以是一种高分子材料，也可以是两种或多种高分子材料的共聚体，分离膜的结构类似于筛网，不过它不存在任何肉眼可见的网眼，它的自由空间是高分子膜的高分子链间的间隙，其大小至多只有100纳米（0.1微米）。
    气体、有机溶液、溶质、水都是具有低分子量的物质，叫做低分子。低分子物质在透过分离膜时不是像穿过筛网那样直接通过，而是被分离膜面吸附经溶解后通过上述高分子链间的间隙扩散，由浓度高的一侧向浓度低的一侧移动，从分离膜的另一面脱出。
    1950年美国研制出由空气浓缩制氧的乙基纤维素分离膜，膜厚25微米，每分钟能为医疗目的提供4～8升浓度为40％的氧。这种气体分离膜的潜在用途很多，因此一直是研究的重点。例如，高炉或炼钢炉的鼓风机安装这种薄膜，就可以使进入的富氧空气促进燃烧节约燃料，缩短熔炼时间。如果用在汽车发动机内，则不仅能提高燃料的燃烧效率，而且可以大大降低废气排放量。
    人们正在研究一种用作人工肺的厚度薄、透过率高的高强度膜，例如硅橡胶膜，只能达到最薄25微米，采用硅橡胶（聚二甲硅氧烷）-聚碳酸酯共聚体就可以将厚度降低至0.1微米。
    二氧化硫、二氧化碳、硫化氢等工业废气会造成严重的大气污染——酸雨，正在试验用聚醚磺酰高分子膜来回收。因为这些高分子材料的化学结构中含有二氧化硫，与回收物的结构相似，可以增加溶解度，提高透过性。这与某些植物的树叶净化空气的原理类似。
    天然气中的氦是一种重要的工业气体，一般含量为0.1％～5％，可用以充填氦气球和制冷。采用多层醋酸纤维素分离膜可使氦浓度提高到 60％。
    渗析分离膜是一种半透膜，已用于医学中的人工肾脏，它可以滤除尿中毒病人血液中的尿素、尿酸、肌酸酐等毒性物质。使之与血液中的蛋白质分离开。工业废水与人中毒的血液一样，含有多种金属离子，采取渗析分离膜就可以回收有用物质，净化水质。
    能从海水中分离出淡水的逆渗透膜已达到大规模使用的阶段，它也是一种半透膜，只让水分子通过，而使含盐的低分子溶质几乎不能通过，施加一定的压力后，就能使水加速挤出。采用不同结构的逆渗透膜就可以获得工业锅炉水、饮料水、无菌水、去离子水、洗涤半导体的超纯水等。在非洲一些缺水地区建立起不少海水淡化装置。一种PEC—1000的海水淡化装置对海水如加压 40～70公斤/平方厘米，就可以得到16％～20％的淡水。建于沙特阿拉伯的基塔自来水厂，是世界上最大的海水淡化厂，日供应淡水12000吨，主要使用醋酸纤维素分离膜装置。
    利用海水温差代替压力，也能获得大量淡水。
    海水中含有微量金属，总量达几千亿吨，分离膜浓缩提取是一项低能耗技术，因此已有人着眼于提取铀、镧、锂的研究，以弥补地球资源的日益匮乏。
    在分离膜的实际应用中，较简单的装置如医用富氧器可直接采用平膜，而在要求小型化的人工肾中，分离膜被制成中空纤维，其外径为0.03～0.1毫米，内径为0.015～0.05毫米，长度为2～4米。把若干中空纤维集合成束使用，以增大接触面积。这种人工肾的年产量已达数百万件。能分离二氧化碳和氧的有机硅胶膜试用于人工肺，年产量也达到几万件。
    在海水淡化和其它分离装置中，微型化不是主要要求，可采用管形或多层卷管形分离膜组件。
    目前，分离膜的研究方向是不断扩大品种，寻找适合于各种分离物质使用的新型高分子材料，这种材料既要有高的吸附力和透过度，又要有好的支撑力，这样才能获得高效薄膜，减轻装置重量。
  

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