常见的第二章：膜材料与制备.ppt

膜材料及膜的制备 1、膜材料 2、膜的制备 3、膜组件 膜材料的特性 对于不同种类的膜都有一些基本要求： 耐压：膜孔径小，要保持高通量就必须施加较高的压力，一般模操作的压力范围在0.1~0.5MPa，反渗透膜的压力更高，约为1~10MPa 耐高温:高通量带来的温度升高和清洗的需要 耐酸碱：防止分离过程中，以及清洗过程中的水解； 化学相容性：保持膜的稳定性； 生物相容性：防止生物大分子的变性； 成本低； 无机膜材料 无机膜多以金属及其氧化物、多孔玻璃、陶瓷为材料。从结构上可分为致密膜、多孔膜和复合非对称修正膜三种。以陶瓷材料的微滤膜最常用。多孔陶瓷膜主要利用氧化铝、硅胶、氧化锆和钛等陶瓷微粒烧结而成，膜厚方向上不对称。 优点：机械强度高、耐高温、耐化学试剂和有机溶剂。 缺点：不易加工，造价高。 有机高分子膜材料 膜材料 - 不同的膜分离技术 微滤膜：硝酸/醋酸纤维，聚氟乙烯，聚丙烯， 超滤膜：聚砜，硝酸纤维，醋酸纤维 反渗透膜 ：醋酸纤维素衍生物，聚酰胺 纳滤膜：聚电解质+聚酰胺、聚醚砜 透析：醋酸纤维、聚丙烯腈、聚酰胺 电渗析：离子交换树脂 渗透蒸发：弹性态或玻璃态聚合物;聚丙稀腈、聚乙烯醇、聚丙稀酰胺 1醋酸纤维素 亲水性好,利于减轻膜污染； 可制备从反渗透到微滤不同孔径的膜并具有较高通量； 成膜性能好，易于制备 成本低、无毒。 醋酸纤维素膜的结构示意图 2聚砜类 化学稳定性好，耐酸、碱、醇和脂肪烃； pH 范围宽（1-13），利于膜清洗； 耐热性好（使用温度可达75度），利于消毒； 耐氯性和抗氧化性较好； 具有较宽的孔径范围(1nm-0.2μm) 3芳香聚酰胺(PA) 高吸水性，具有较高的通量和较低的截留分子量； 机械稳定性、热稳定性较好； pH 范围宽（4-11）； 操作压力要求低 4聚酰亚胺(PI) 高吸水性，具有较高的通量和较低的截留分子量； 热稳定性较好(耐温125度)； pH 范围宽（4-11）； 5聚烯烃类 化学性能稳定;耐热性好 亲水性差 5聚烯烃类 耐酸碱性、耐溶剂性和耐热性好； 亲水性差 6芳香聚合物 7含氟聚合物 8含硅聚合物 膜的制备 要求： （1）透过速度 （2）选择性 （3） 机械强度 （4） 稳定性 膜的结构分类 按膜的结构分为： 对称膜(Symmetric Membrane) 非对称膜(Asymmetric Membrane) 复合膜(Composite Membrane) 对称膜厚度10-200μm。致密膜孔径在1.5nm以下，而微孔膜是相对致密膜而言，其孔径大于1.5nm。 非对称膜由厚度0.1-1 μm的致密皮层和厚度50-200 μm的多孔支撑层构成。分为非对称膜和复合膜。二者区别：复合膜致密皮层和支撑层不是一次同时形成，而是分两次制成；皮层的材料一般与支撑层材料不同。 高分子膜的制备 对称膜的制备 致密膜的制备 溶剂蒸发法 压延法 拉伸法 溶剂蒸发法 溶剂蒸发法（溶液浇铸法）即：将膜材料用适当溶剂溶解，制成均匀的铸膜液，将其倾倒在铸膜板上，用特制刮刀使之铺展成具有一定厚度的均匀薄层，然后移至特定环境中让溶剂完全挥发，从而形成均匀的薄膜 高分子膜的制备 非对称膜的制备 相转变制膜 不对称膜通常用相转变法(phase inversion method)制造，其步骤如下： 1．将高聚物溶于一种溶剂中； 2．将得到溶液浇注成薄膜； 3．将薄膜浸入沉淀剂（通常为水或水溶液）中，均匀的高聚物溶液分离成两相，一相为富含高聚物的凝胶，形成膜的骨架，而另一相为富含溶剂的液相，形成膜中空隙。 膜的内部结构 主要决定于动力 学因素。当高聚 物溶液缓慢沉淀 时，得出的是海 绵状结构(RO膜). 当快速形成凝胶 时，得出的是手 指状结构(UF膜). 浸没沉淀法 膜材料的选择-溶解度参数 高分子材料在溶剂中溶解 膜材料的选择-溶解度参数 定义溶解度参数 溶解度参数计算 例题： 溶解度参数与材料性能的关联 材料的溶解性：相似者相溶 材料的亲水性：高分子材料的含水率随着溶解度参数增加而上升。 溶解度参数与溶剂的选择 溶解度参数是目前选择溶剂的主要方法。高分子材料的溶解度参数与溶剂的溶解度参数之差的绝对值 ，高分子即溶解。 溶解度参数与溶剂的选择 首先考虑聚合物与溶剂的溶解度参数和极性。溶解度参数相近的相溶，极性相近的相溶，两者结合起来考虑，准确性一般可达95%； 其次考虑聚合物与溶剂的相互作用参数小于1/2的原则。 相转化法成膜机理与相图分析 由相转化法的湿法成形的聚合物膜在分离膜中有举足轻重的地位，膜的微观结构与相转化过程密切相关，人们通过改变成形