智能高分子膜.pptx

第四章 智能高分子膜 2 膜 料液 水 小分子 大分子 渗透液 定义：具有选择性分离功能的薄膜材料。 “21世纪的多数工业中，膜技术扮演着战略的角色” “谁掌握了膜技术，谁就掌握了21世纪化工的未来” 膜简介 3 膜用途 海水淡化 工业废水处理 城市废水资源化 天然气 生物利用 能源 水资源 传统工业 生态环境 除尘 CO2控制 制 药 食 品 化工石化 电子 冶 金 燃料电池 洁净燃烧 4 反渗透 以压力差为推动力，截留离子物质仅透过溶剂 5 血液透析 尿毒症 将体内堆积的毒素及时通过半透膜排出体外，净化血液 药物中毒患者 6 主要内容 概述 高分子分离膜的分离原理 高分子膜材料 高分子分离膜的制备方法 智能高分子膜 7 4.1 概 述 膜分离技术的发展历史 膜分离的特点 高分子分离膜的定义和分类 8 Abble Nelkt 发现水能自发地扩散到装有酒精的猪膀胱内，首次揭示了膜分离现象； 1748年 1864年 Traube成功研制了人类历史上第一张人造膜（亚铁氰化铜膜）。 1918年 Zsigmondy提出了商品微滤膜的制备方法，并将其应用于微生物、微粒等方面的分离和富集； 4.1.1 膜分离技术的发展历史 9 W.Juda成功研制了第一张具有实用价值的离子交换膜； 1950年 1960年 Loeb 研制出第一张不对称的醋酸纤维素反渗透膜，导致了膜分离技术进入了实用和装置的研制阶段； 1967年 在美国、丹麦、日本等国出现了多家膜及其组件的生产厂家，逐渐开始了膜分离技术的规模应用。 10 与蒸馏、分馏、沉淀、萃取、吸附等传统的分离方法相比,膜分离具有以下优点： 4.1.2 膜分离的特点 1. 没有相变化，不需要液体沸腾；也不需要气体液化，不需要投加化学物质，是低能耗、低成本的分离技术； 2. 分离过程在常温下进行，特别适用于热敏感物质如:蛋白质、酶、药品的分离、分级、浓缩和富集；分离浓缩同时进行，能回收有价值的物质； 11 3. 应用范围广,对无机物、有机物及生物制品都可适用,还适用于许多特殊溶液体系的分离,如:溶液中大分子与无机盐的分离、一些共沸物及近沸点物系的分离等; 4. 膜分离装置简单、操作容易、制造方便，不产生二次污染；易于实现自动化。 12 4.1.3 高分子分离膜的定义与分类 所谓的膜，是指在一种流体相内或是在两种流体相之间有一层薄的凝聚相，它把流体相分隔为互不相通的两部分，并能使这两部分之间产生传质作用。 膜的特性： 有两个界面。这两个界面分别与两侧的流体相接触 膜传质有选择性，它可以使流体相中的一种或几种物质透过，而不允许其它物质透过。 13 膜的种类 根据膜的材质 液体膜 根据材料来源 天然膜 合成膜 无机材料膜 有机高分子膜 根据膜的结构 多孔膜 致密膜 离子交换膜 渗析膜 微孔过滤膜 超过滤膜 反渗透膜 渗透汽化膜 气体渗透膜 根据膜的功能 固体膜 14 固体膜 根据膜断面的物理形态 根据固体膜的形态 对称膜 不对称膜 复合膜 平板膜 管式膜 中空纤维膜 核径蚀刻膜 15 膜分离过程原理：以选择性透膜为分离介质，通过在膜两边施加一个推动力（如浓度差、压力差或电压差等）时，使原料侧组分选择性地透过膜，以达到分离提纯的目的。通常膜原料侧称为膜上游，透过侧称为膜下游。 膜上游 透膜 膜下游 4.2 高分子分离膜的分离原理 16 多孔膜 致密膜 筛分原理 溶解扩散作用 微滤（0.1-10μm） 超滤（2-100 nm） 纳滤（0.5-5nm） 反渗透（0.5nm） 气体与膜接触 分子溶解在膜中 溶解的分子由于浓度梯度进行扩散 分子在膜的另一侧逸出 根据表面平均孔径大小 表征膜性能的参数 水通量 在一定条件下(0.35MPa, 25°C)，测量单位面积膜透过一定量纯水所需的时间。 截留率和截断分子量 截留率：膜对溶质的截留能力，以R来表示。 17 Cp和Cb分别表示在某一瞬间，透过液和截留液的浓度。 18 截留率与分子量之间的关系称为截断曲线。 质量好的膜应有陡直的截断曲线,可使不同分子量的溶质分离完全； 反之，斜坦的截断曲线会导致分离不完全。 19 4.3 高分子分离膜材料 膜应该满足的特性 膜应具有较大的透过速度和较高的选择性. 机械强度好，耐压 耐热、耐化学试剂、不被细菌侵袭（清洗） 可以高温灭菌 价廉 原则上讲，凡能成膜的高分子材料和无机材料均可用于制备分离膜。实际上，真正成为工业化膜的膜材料并不多。这主要决定于膜的一些特定要求。 20 实用的有机高分子膜材料有：纤维素酯类、聚砜类、聚酰胺类及其他材料。 日本： 纤维素酯类膜：53％， 聚砜膜：33.3％， 聚酰胺膜：11.7％， 其他：2％ 21 1. 纤维素酯类膜材料 纤维素是由几千个椅式构