膜孔径测定方法.ppt

膜孔径的测定方法 费锡智 环境工程 2013.9.24 目录 一、直接测量法 二、间接测量法 三、结论 1.直接法测膜孔径 （1）电子显微镜 扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM） 电子显微镜表征膜的孔径、孔径分布及膜的形态结构。 制样至关重要。湿膜样品要经过脱水、蒸镀、复型等处理 。 逐级脱水法：膜样品用5%锇酸固定，然后在提取器中用CCl4 或乙醇逐级脱水，再用环氧树脂包埋固化，最后用超薄切片 机切成薄片。适用透射电子显微镜的观察。 低温冷冻脱水法：膜样品放在液氮或其他低温介质中冷冻， 使膜样品中的水急速冷冻为细小的结晶，然后在低温（至少 低于-60°C）和低真空下，使冷冻的结晶逐级升华。这样制备 的膜样品不收缩，经镀金或复型，可用电子显微镜观测。 一、直接测量法 3-4? 微滤膜的孔径为0.05-10μm ，扫描电镜可分辨。 超滤膜的孔径为1nm-30nm ，扫描电镜的分辨率低于 5-10nmnm，所以采用扫描电镜观测超滤膜的结构是困难的。 透射电镜的分辨率比扫描电镜要高得多，约为 正确制样，高分辨率的透射电镜可以观测超滤膜的表面细 微结构。 环境扫描电子显微镜（ESEM），克服了常规SEM 的局限性。使湿的、油性的、脏的和不导电的样品不经处 理就可直接上机观测 。 二、间接测量法 间接法是利用与孔径有关的物理现象，通过实验测出相应的物理参数，在假设孔径为均匀直通圆孔的假设条件下，计算得到膜的等效孔径，主要方法有泡点压力法、压汞法、氮气吸附法、液液置换法、气体渗透法、截留分子量法、悬浮液过滤法[1]。 [1]张艳萍，潘献辉等 中空纤维微滤膜孔径检测方法研究[J] 膜科学与技术 2013年6月第3期第33卷 （1）泡点法 基本假设:膜孔截面为圆形。由固一液界面理论 （拉普拉斯） 最大孔径d=2r*Cos接触角/P 用气体对该液体施加一外界压力, 当气体压力差p=△P时, 液体被排出毛细管, 因此毛细管的半径 N/m； p—— Pa； k—— 泡点法测定微孔滤膜孔径 原理 当气体通过充满了液体的膜孔时，若气体的压力与 膜孔内液体的界面张力相等，则孔内的液体逸出， 即得泡点压力与膜的孔径之间关系： D= 4σk cosθ/p 式中 D——膜孔直径，μm； σ——液体表面张力， ——气体压力， ——液体与孔壁间的接触角，(oC)； ——孔形修正因子。 泡点压力所对应膜的最大孔径。实测时，膜应被液体完全 润湿，否则将带来误差。 亲水性膜采用水为润湿液体； 疏水性膜采用醇为润湿液体。 θ 测定步骤 a 将样品平行于液面浸入蒸馏水中，使其完全湿润 b 将滤膜置于测试池上，压上光滑的多孔板 c 在多孔板上加入3-5mm深的水 d 开通气源，使压力缓慢上升，当滤膜表面出现第—个气泡并 连续出泡时的气体压力值，带入公式可求出样品最大孔径值。 e 气泡出现最多时的压力值，带入公式可求出样品最小孔径。 f 由最大孔径与最小孔径即可算出平均孔径。 （2）压汞法 压汞法（Mercury intrusion porosimetry 简称MIP），又称汞孔隙率法。是测定部分中孔和大孔孔径分布的方法。基本原理是，汞对一般固体不润湿，欲使汞进入孔需施加外压，外压越大，汞能进入的孔半径越小。测量不同外压下进入孔中汞的量即可知相应孔大小的孔体积。目前所用压汞仪使用压力最大约200MPa，可测孔半径范围为3.75～750nm。 汞注入法（压汞法） 汞注入法是泡点法的一种。该方法是把汞注入干膜中，并在不同压力下测定汞的体积。压力和孔径的关系仍满足Laplace方程。由于汞不同润湿膜（接触角大于90度），汞与聚合物材料的接触角一般为141.3度，汞/空气界面的表面张力为0.48N/m，因此Laplace变为： 由于汞的体积可以准确测定，所以可以很准确地测定出孔径分布。 汞注入法实验中累积体积随压力的变化 随压力的增加，小孔逐渐被充满，直到所有孔均被充满，此时压入的汞体积达最大值。 由各压力下汞进入膜样品的累积体积，从而可得孔径－孔百分比的累积曲线，微分后则可得孔径分布曲线。 汞注入法既可测定孔径，也可测定孔径分布。 压汞法也可测膜的空隙率，即低压和高