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超濾孔徑大約在0.001-0.1微米之間，可用于除去水中的微粒、膠體、細菌、病毒、熱源、蛋白質及高分子有機物，使水得以凈化。對于超濾而言，被廣泛用來形象的分析超濾膜分離機理的說法是"篩分"理論。理想的超濾膜分離是篩分過程，即在壓力作用下，原料液中的溶劑和小的溶質粒子從高壓料液側透過膜的低壓側，因為尺寸大于膜孔徑的大分子及微粒被膜阻擋，料液逐漸被濃縮；溶液中的大分子、膠體、蛋白質、微粒等則被超濾膜截留而作為濃縮液被回收。然而，實際上超濾膜在分離過程中，膜的孔徑大小和膜表面的化學性質等將分別起著不同的截留作用，因此，不能簡單的分析超濾現象，超濾膜具有孔結構的重要特性，同時還具有膜表面的化學性質。超濾膜的性能指標有滲透通量和截留率。超濾膜的耐壓性、耐清洗性、耐溫性等性能對于工業應用時非常重要。
