高分子分離膜材料

1、高分子分離膜材料 姓名：+ 學(xué)號(hào)：+ 高分子分離膜材料高分子分離膜材料 高分子分離膜概述高分子分離膜概述 高分子分離膜的材料高分子分離膜的材料 高分子分離膜的制備高分子分離膜的制備 一、高分子分離膜概述一、高分子分離膜概述 1. 高分子分離膜及膜分離的定義高分子分離膜及膜分離的定義 分離膜分離膜：若在一個(gè)流體相內(nèi)或兩個(gè)流體相之間有一薄層凝聚相物質(zhì)能把流體：若在一個(gè)流體相內(nèi)或兩個(gè)流體相之間有一薄層凝聚相物質(zhì)能把流體 相分隔開(kāi)來(lái)成為兩部分，那么這一凝聚相物質(zhì)就可稱(chēng)為分離膜。相分隔開(kāi)來(lái)成為兩部分，那么這一凝聚相物質(zhì)就可稱(chēng)為分離膜。 分離膜具有選擇透過(guò)性，它可以是固態(tài)的，也可以是液態(tài)的。分離膜具有選擇

2、透過(guò)性，它可以是固態(tài)的，也可以是液態(tài)的。 膜分離膜分離是一種很重要的分離技術(shù)，它的分離過(guò)程通常稱(chēng)為膜過(guò)程，也就是利是一種很重要的分離技術(shù)，它的分離過(guò)程通常稱(chēng)為膜過(guò)程，也就是利 用薄膜對(duì)混合物組分的選擇透過(guò)性使之在一定的推動(dòng)力下進(jìn)行分離。用薄膜對(duì)混合物組分的選擇透過(guò)性使之在一定的推動(dòng)力下進(jìn)行分離。 膜分離過(guò)程可以是主動(dòng)的，如滲透膜分離過(guò)程可以是主動(dòng)的，如滲透; 也可以是被動(dòng)的，此時(shí)的推動(dòng)力可以是也可以是被動(dòng)的，此時(shí)的推動(dòng)力可以是 壓力差、濃度差、電位差、溫度差等。壓力差、濃度差、電位差、溫度差等。 利用高性能分離膜可以實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的濃縮、純化、分離和反應(yīng)促進(jìn)等功能。利用高性能分離膜可以實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的濃縮

3、、純化、分離和反應(yīng)促進(jìn)等功能。 2. 膜的分類(lèi)膜的分類(lèi) 分離膜的種類(lèi)和功能繁多，不能用單一的方法來(lái)明確分類(lèi)。分離膜的種類(lèi)和功能繁多，不能用單一的方法來(lái)明確分類(lèi)。 材料的材料的性質(zhì)性質(zhì)天然生物膜和合成膜。天然生物膜和合成膜。 膜的膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)形態(tài)結(jié)構(gòu)多孔膜和非多孔膜，多孔膜又可分為對(duì)稱(chēng)膜和非對(duì)稱(chēng)膜，多孔膜和非多孔膜，多孔膜又可分為對(duì)稱(chēng)膜和非對(duì)稱(chēng)膜， 而非多孔膜可分為整體不對(duì)稱(chēng)膜和復(fù)合膜。而非多孔膜可分為整體不對(duì)稱(chēng)膜和復(fù)合膜。 膜的膜的分離原理和推動(dòng)力分離原理和推動(dòng)力的不同的不同微孔膜、超過(guò)濾膜、反滲透膜、納濾膜、微孔膜、超過(guò)濾膜、反滲透膜、納濾膜、 滲析膜、電滲析膜、滲透蒸發(fā)膜等。滲析膜、電滲析

4、膜、滲透蒸發(fā)膜等。 圖1. 多孔膜的分離特性 3. 高分子分離膜發(fā)展簡(jiǎn)史高分子分離膜發(fā)展簡(jiǎn)史 早在早在20世紀(jì)初已有用天然高分子或衍生物制透析、電滲析、微孔過(guò)世紀(jì)初已有用天然高分子或衍生物制透析、電滲析、微孔過(guò) 濾膜的例子。濾膜的例子。1960年年S.洛布和洛布和S.索里拉金成功開(kāi)發(fā)了各向異性的不索里拉金成功開(kāi)發(fā)了各向異性的不 對(duì)稱(chēng)膜的制備方法，由于起分離作用的活性層極薄，流體通過(guò)膜的對(duì)稱(chēng)膜的制備方法，由于起分離作用的活性層極薄，流體通過(guò)膜的 阻力小，從而開(kāi)拓了高分子分離膜在工業(yè)上的應(yīng)用。阻力小，從而開(kāi)拓了高分子分離膜在工業(yè)上的應(yīng)用。70年代以來(lái)，年代以來(lái)， 氣體分離膜、透過(guò)蒸發(fā)膜、液體膜以及

5、生物醫(yī)學(xué)用膜的研究，開(kāi)拓氣體分離膜、透過(guò)蒸發(fā)膜、液體膜以及生物醫(yī)學(xué)用膜的研究，開(kāi)拓 了高分子分離膜應(yīng)用的新領(lǐng)域。了高分子分離膜應(yīng)用的新領(lǐng)域。 二二. 高分子分離膜的材料高分子分離膜的材料 合成膜包括高分子膜和無(wú)機(jī)膜。有機(jī)高分子膜是指起分離作用的活性合成膜包括高分子膜和無(wú)機(jī)膜。有機(jī)高分子膜是指起分離作用的活性 層為層為有機(jī)高分子材料有機(jī)高分子材料，而無(wú)機(jī)膜的活性分離層則為無(wú)機(jī)金屬、金屬氧，而無(wú)機(jī)膜的活性分離層則為無(wú)機(jī)金屬、金屬氧 化物、陶瓷、玻璃、無(wú)機(jī)高分子材料等?；?、陶瓷、玻璃、無(wú)機(jī)高分子材料等。 根據(jù)不同的膜分離過(guò)程和被分離介質(zhì)，選擇合適的聚合物作為膜材料根據(jù)不同的膜分離過(guò)程和被分離介質(zhì)，

6、選擇合適的聚合物作為膜材料 是制備分離膜關(guān)鍵所在。是制備分離膜關(guān)鍵所在。 高分子分離膜材料主要有高分子分離膜材料主要有纖維素衍生物類(lèi)纖維素衍生物類(lèi)、聚砜類(lèi)、聚酰胺聚酰亞胺、聚砜類(lèi)、聚酰胺聚酰亞胺 類(lèi)、聚酯類(lèi)、聚烯烴類(lèi)、有機(jī)硅聚合物、含氟聚合物等。類(lèi)、聚酯類(lèi)、聚烯烴類(lèi)、有機(jī)硅聚合物、含氟聚合物等。 纖維素衍生物類(lèi)纖維素衍生物類(lèi) 纖維素是由幾千個(gè)椅式構(gòu)型的葡萄糖基通過(guò)纖維素是由幾千個(gè)椅式構(gòu)型的葡萄糖基通過(guò)1, 4甙鏈連接起來(lái)的甙鏈連接起來(lái)的 天然線(xiàn)性高分子化合物，其結(jié)構(gòu)式為：天然線(xiàn)性高分子化合物，其結(jié)構(gòu)式為： 其上的羥基可以在其上的羥基可以在催化劑催化劑（硫酸、高氯酸、氧化鋅）的作用下與（硫酸、高

7、氯酸、氧化鋅）的作用下與冰醋冰醋 酸、醋酸酐酸、醋酸酐等進(jìn)行等進(jìn)行酯化酯化反應(yīng)，得到其衍生物。反應(yīng)，得到其衍生物。 O H O H OH H OH H OH H CH2OH H H OH H OH H O CH2OH O O H O H OH H OH H OH H CH2OH H H H OH H OH H O CH2OH H n_2 2 由于纖維素的分子量較大，結(jié)晶性很強(qiáng)，因而很難溶于一般的溶劑。由于纖維素的分子量較大，結(jié)晶性很強(qiáng)，因而很難溶于一般的溶劑。 通常對(duì)之進(jìn)行改性使之通常對(duì)之進(jìn)行改性使之醚化醚化或或酯化酯化。如再生纖維素。如再生纖維素RCE、硝酸纖維素、硝酸纖維素 CN、醋酸纖維

8、素、醋酸纖維素CA、乙基纖維素、乙基纖維素EC以及其他纖維素衍生物等。以及其他纖維素衍生物等。 醋酸纖維素醋酸纖維素是由纖維素與醋酸反應(yīng)制成的，主要用于是由纖維素與醋酸反應(yīng)制成的，主要用于反滲透膜反滲透膜材料，材料， 也用于制造也用于制造超濾膜超濾膜和和微濾膜微濾膜。醋酸纖維素膜價(jià)格便宜，膜的分離和透。醋酸纖維素膜價(jià)格便宜，膜的分離和透 過(guò)的性能良好，但過(guò)的性能良好，但pH使用范圍窄（使用范圍窄（pH48），容易被微生物分解），容易被微生物分解 以及在高壓操作下時(shí)間長(zhǎng)了容易壓密，使透過(guò)性下降。以及在高壓操作下時(shí)間長(zhǎng)了容易壓密，使透過(guò)性下降。 硝酸纖維素硝酸纖維素（CN）由纖維素和硝酸制成。價(jià)格

9、便宜，廣泛用作）由纖維素和硝酸制成。價(jià)格便宜，廣泛用作透析透析 膜膜和和微濾膜微濾膜材料。為了增加膜的強(qiáng)度，一般與醋酸纖維混合使用。材料。為了增加膜的強(qiáng)度，一般與醋酸纖維混合使用。 纖維素本身也能溶于某些纖維素本身也能溶于某些溶劑溶劑，如銅氨溶液、二硫化碳等。在溶解過(guò)，如銅氨溶液、二硫化碳等。在溶解過(guò) 程中發(fā)生降解，相對(duì)分子質(zhì)量降至幾萬(wàn)到幾十萬(wàn)，在成膜過(guò)程中又回程中發(fā)生降解，相對(duì)分子質(zhì)量降至幾萬(wàn)到幾十萬(wàn)，在成膜過(guò)程中又回 復(fù)到纖維素的結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為復(fù)到纖維素的結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為再生纖維素再生纖維素。再生纖維素廣泛用于。再生纖維素廣泛用于人工腎透人工腎透 析膜析膜材料和材料和微濾、超濾膜微濾、超濾膜材料。材

10、料。 目前對(duì)纖維素類(lèi)的分離膜進(jìn)行了多種形式的改性研究，如氰乙基乙酸目前對(duì)纖維素類(lèi)的分離膜進(jìn)行了多種形式的改性研究，如氰乙基乙酸 纖維素、羥丙基乙酸纖維素、纖維素氨基甲酸酯等，以及纖維素與液纖維素、羥丙基乙酸纖維素、纖維素氨基甲酸酯等，以及纖維素與液 晶化合物，殼聚糖等共混，并采用了多種制備和表面處理工藝，以提晶化合物，殼聚糖等共混，并采用了多種制備和表面處理工藝，以提 高其使用性能。高其使用性能。 三、高分子分離膜的制備三、高分子分離膜的制備 膜的制備方法包括膜的制備方法包括膜制備原料的合成、膜的制備及膜的功能化膜制備原料的合成、膜的制備及膜的功能化，其中，其中 膜原料的合成屬于化學(xué)過(guò)程，膜制

11、備及功能的形成屬于物理過(guò)程或物膜原料的合成屬于化學(xué)過(guò)程，膜制備及功能的形成屬于物理過(guò)程或物 理化學(xué)過(guò)程。理化學(xué)過(guò)程。 膜的制備方法：有燒結(jié)法、拉伸法、徑跡蝕刻法、膜的制備方法：有燒結(jié)法、拉伸法、徑跡蝕刻法、相轉(zhuǎn)化法相轉(zhuǎn)化法、溶膠、溶膠 凝膠法、蒸鍍法和涂敷法等，此外還有復(fù)合膜的制備。凝膠法、蒸鍍法和涂敷法等，此外還有復(fù)合膜的制備。 燒結(jié)法、拉伸法、徑跡蝕刻法只能制備燒結(jié)法、拉伸法、徑跡蝕刻法只能制備多孔膜多孔膜，這種膜還可作為復(fù)合，這種膜還可作為復(fù)合 膜的支撐層，采用相轉(zhuǎn)化法可以制備膜的支撐層，采用相轉(zhuǎn)化法可以制備多孔膜多孔膜，也可以制備，也可以制備致密膜致密膜，涂，涂 敷法通常用來(lái)制備很薄但

12、很致密的膜，具有很高的選擇性和較低的通敷法通常用來(lái)制備很薄但很致密的膜，具有很高的選擇性和較低的通 量。量。 其中其中相轉(zhuǎn)化法相轉(zhuǎn)化法是最為常用的制膜方法。是最為常用的制膜方法。 相轉(zhuǎn)化法相轉(zhuǎn)化法 相轉(zhuǎn)化法是最重要的制膜方法，可制備多孔膜和致密膜，目前大多數(shù)相轉(zhuǎn)化法是最重要的制膜方法，可制備多孔膜和致密膜，目前大多數(shù) 的工業(yè)用膜都用該方法制備。的工業(yè)用膜都用該方法制備。 基本過(guò)程：配制一定組成的均相聚合物溶液，通過(guò)一定的物理方法改基本過(guò)程：配制一定組成的均相聚合物溶液，通過(guò)一定的物理方法改 變?nèi)芤旱臒崃W(xué)狀態(tài)，使其從均相的聚合物溶液發(fā)生相分離，最終轉(zhuǎn)變?nèi)芤旱臒崃W(xué)狀態(tài)，使其從均相的聚合物溶液發(fā)生相分離，最終轉(zhuǎn) 變成凝膠結(jié)構(gòu)。這一過(guò)程的關(guān)鍵是制備均質(zhì)溶液，并通過(guò)控制相轉(zhuǎn)化變成凝膠結(jié)構(gòu)。這一過(guò)程的關(guān)鍵是制備均質(zhì)溶液，并通過(guò)控制相轉(zhuǎn)化 的過(guò)程來(lái)控制膜的形態(tài)，從而得到多孔膜或致密膜。的過(guò)程來(lái)控制膜的形態(tài)，從而得到多孔膜或致密膜。 實(shí)現(xiàn)相轉(zhuǎn)變過(guò)程的方法：溶劑蒸發(fā)、控制蒸發(fā)沉淀、熱沉淀、蒸汽相實(shí)現(xiàn)相轉(zhuǎn)變過(guò)程的方法：溶劑蒸