第五高分子功能膜材料精要.ppt

第五章高分子功能膜材料 研究内容 5.1高分子功能膜材料概述 5.2高分子功能膜的制备方法 5.3高分子分离膜的分离机理与应用 膜分离技术发展简史 1748年，耐克特（A. Nelkt）发现水能自动地扩散到装有酒精的猪膀胱内 开创了膜渗透的研究。 1846年，Schonbem 硝酸纤维制备微滤膜 1861年，施密特（A. Schmidt）微孔过滤膜 用比滤纸孔径更小的棉胶膜或赛璐酚膜过滤，在溶液侧施加压力，使膜的两侧产生压力差，即可分离溶液中的细菌、蛋白质、胶体等微小粒子 1935年，Teorell 离子交换膜用于海水浓缩制盐 1961年，米切利斯（A. S. Michealis）等人用各种比例的酸性和碱性的高分子电介质混合物以水-丙酮-溴化钠为溶剂，制成了可截留不同分子量的膜，这种膜是真正的超过滤膜。 美国Amicon公司首先将这种膜商品化。 膜分离技术发展简史 一、高分子功能膜的分类 膜材料的分类 类 别 膜材料 举 例 纤维素酯类 纤维素衍生物类 醋酸纤维素，硝酸纤维素，乙基纤维素等 非纤维素酯类 聚砜类 聚砜，聚醚砜，聚芳醚砜，磺化聚砜等 聚酰(亚)胺类 聚砜酰胺，芳香族聚酰胺，含氟聚酰亚胺等 聚酯、烯烃类 涤纶，聚碳酸酯，聚乙烯，聚丙烯腈等 含氟(硅)类 聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯，聚二甲基硅氧烷等 其他 壳聚糖，聚电解质等 1. 按膜的材料分类 2.按使用功能划分：分离膜、缓释膜和保护膜等。 3.按被分离物质性质划分：气体分离膜、液体分离膜、固体分离膜、离子分离膜、微生物分离膜等。 4.按被分离物质的粒度大小分：反渗透膜、纳滤膜、超滤膜、微滤膜。 5.按膜的形成过程划分：沉积膜、相变形成膜、熔融拉伸膜、溶剂注膜、烧结膜、界面膜和动态形成膜。 6.按膜的结构与形态划分：密度膜、乳化膜和多孔膜。 一、高分子功能膜的分类 2017-6-1 材料 7 非对称性膜 微孔对称性膜 典型的膜分离技术及应用领域 : 1）微滤膜（Microfiltration MF） 均匀的多孔膜，静压差为推动力，筛分机理过滤，膜孔径在0.1~10μm之间，孔积率约为70%左右，孔密度为109个/cm2，操作压在69~207KPa。 其主要优点为： ① 孔径均匀，过滤精度高。能将液体中所有大于制定孔径的微粒全部截留； ② 孔隙大，流速快； ③ 无吸附或少吸附； ④ 无介质脱落。微孔膜为均一的高分子材料，过滤时没有纤维或碎屑脱落，因此能得到高纯度的滤液。 缺点： ① 颗粒容量较小，易被堵塞； ② 使用时必须有前道过滤的配合，否则无法正常工作。 微孔过滤技术应用领域： 在工业上用于含水溶液的消毒脱菌和脱除各种溶液中的悬浮微粒，适用于浓度10%的溶液处理。 1）微滤膜（Microfiltration MF） 2）超滤膜（Uicrofiltration UF） 特点： 多孔膜，静压差为推动力，膜孔径在1~100nm之间，孔积率约为60%左右，孔密度为1011个/cm2，操作压在345~689KPa。其过滤粒径介于微滤和反渗透之间，可截留多糖、蛋白质、酶等相对分子质量大于500的大分子及胶体，形成浓缩液，达到溶液的净化、分离及浓缩目的。 应用： 用于脱除粒径更小的大体积溶质，包括胶体级的微粒、大分子溶质和病毒等，适用于浓度更低的溶液分离。 3）纳滤膜（Nanofiltration NF） 早期被称作低压反渗透膜或松散反渗透膜。纳滤膜主要用于截留粒径在0.1~1nm，分子量为1000左右的物质，可以使一价盐和小分子物质透过，具有较小的操作压（0.5～1MPa）。其被分离物质的尺寸介于反渗透膜和超滤膜之间，但与上述两种膜有所交叉。有人认为纳滤膜与反渗透膜的区分在于纳滤膜可以使90%的氯化钠通过，而使99%的蔗糖被截留，而反渗透膜可以使绝大部分的氯化钠截留，这是两种膜最重要的区分点。 应用：海水及苦咸水的淡化，果汁生产，氨基酸生产、抗生素回收，催化剂分离回收等。 4）反渗透膜（Reverse Osmosis RO） 渗透与反渗透原理示意图 是压力驱动分离过程中分离颗粒粒径最小的一种分离方法，膜孔径在0.1~10nm之间，孔积率约为50%以下，孔密度为1012个/cm2，操作压力在0.69~5.5MPa。主要用于脱除溶液中的溶质，如海水和苦咸水的淡化。 上述四种多孔膜分高特征可以用下图来形象化表示。 5）密度膜（dense membrance)（聚合物膜） 几乎不存在人为的微孔，膜中聚合物以半晶态或非晶态存在，与其他常见聚合物结构类似，因此有时也称为聚合物膜。主要用于混合气体分离，如合成氨工业中原料水煤气与产品氨气的分离。其分离机理主要为气体在聚合物膜中的溶解和扩散作用