膜和膜的應用

1、會計學1膜和膜的應用膜和膜的應用市場：市場：1990年，年， 國際膜市場達國際膜市場達72.92億美元，億美元， 分離膜的總產(chǎn)值達分離膜的總產(chǎn)值達22億美元，億美元， 年遞增年遞增1214%。50年代，開發(fā)了微濾膜和離子交換膜；60年代，反滲透膜；70年代，超濾膜；80年代，氣體分離膜；90年代，滲透汽化膜；發(fā)展史：發(fā)展史：膜性能要求：膜性能要求：具有高通量和高選擇性及膜耐用長壽命，易清洗等特點。（1）均質(zhì)膜）均質(zhì)膜通過膜材料改性的途徑得到如：將三甲基硅基團引入聚烯烴、聚炔烴分子中，使高分子自由體積增加，提高氣體的透過速率；將聚三甲硅基丙炔，聚4-甲基戊烯表面進行氟化或氟磺化處理，可使氧、氮的

2、透過選擇性大大提高。（2）多孔膜）多孔膜用于微濾超濾的多孔不對稱膜，表面引入荷電基團，表面化學改性，表面等離子體處理等，可改善表面濃差極化和膜的污垢清洗問題。以鋁箔陽極氧化可制得貫通型對稱膜和不對稱膜表面孔隙率最大，孔徑分布最窄的膜。利用熱致相轉(zhuǎn)換法可制備不對稱膜，如聚乙烯，聚丙烯，聚酯等常溫下不熔的結(jié)晶性高分子材料。（3）雜化膜過程的發(fā)展）雜化膜過程的發(fā)展A：膜分相和膜萃取已有實際應用，膜蒸餾由于通量太低需進 一步發(fā)展。B：膜生物反應器和膜催化得到迅速發(fā)展；C：親和層析可用于分離純化生物制品D：集成膜日益受到重視，如發(fā)酵制備無水乙醇時需要用膜反應器，膜蒸餾，分餾及滲透氣化等。（4）膜的種類）

3、膜的種類A：展開膜：指展開在表面上的一層物質(zhì)，其厚度達到重力效應可忽略那樣薄得程度。B：單分子膜：其厚度僅有一個分子程度的膜；C：雙重膜：具有兩個獨立界面，各有其特征的表面張力，并有足夠的厚度，但與塊體比較又是薄層狀的。在水面上加入一滴不相容或微溶于水的某一純液體，可能發(fā)生幾種情況：液滴迅速展開成膜；液滴不鋪展；起始鋪展，而后又收縮成滴。1、鋪展系數(shù)之液面應用、鋪展系數(shù)之液面應用液滴在水面上，鋪展系數(shù)：coscos/ABBAABS設(shè)：=0，則：ABBAABS/ 當A,B兩液體有少量互溶時，兩液體的表面張力會發(fā)生改變，鋪展系數(shù)也隨著微溶而變化。例：純異戊醇（B):cmB/7 .23 達因微溶水后

4、：cmAB/6 .23)(達因純水（A)cmA/8 .72 達因微溶異戊醇（B)后：cmBA/9 .25)(達因cmAB/0 . 5 達因則起始：1 .44)0 . 57 .23(8 .72/ABS最后：7 . 2)0 . 56 .23(7 .25)(/ )(BAABS 起始異戊醇迅速地鋪展在水面上，隨著互微溶至飽和，微溶水的異戊醇又迅速收縮成似透鏡狀。2、鋪展系數(shù)的測定與界面張力及粘附功關(guān)系、鋪展系數(shù)的測定與界面張力及粘附功關(guān)系（1）“活塞膜活塞膜”技術(shù)技術(shù)：以一不溶性，不揮發(fā)的表面活性化合物，如 硬脂酸，軟酯酸等在水面上形成單分子層吸附膜，作為傳遞表面 膜壓的功能性膜技術(shù)。（2）鋪展壓測定

5、）鋪展壓測定 將一小滴欲測鋪展壓或鋪展系數(shù)的液體置于“活塞”單分子膜遮蓋面中心，成為一漂浮的透鏡。隨此液體透鏡鋪展而產(chǎn)生的壓力，通過“活塞膜”傳遞到膜天平的漂浮阻擋欄。利用膜天平上既可滑動又能固定的阻擋欄，調(diào)節(jié)自身與漂浮阻擋欄之間的面積，待測液體薄透鏡隨之收縮或擴展，在1530秒內(nèi)不會引起漂浮阻擋欄所連接的膜天平指示膜壓力變化。此時，觀察到的恒定壓力即為該液體在水上的鋪展壓。（3）鋪展系數(shù)和鋪展壓）鋪展系數(shù)和鋪展壓 純液體b在純液體a上鋪展時的鋪展系數(shù)稱為起始鋪展系數(shù)Sb/a。鋪展壓為起始鋪展壓Fb/a。 Sb/a=Fb/a當b中飽和了a，a中飽和了b時，鋪展系數(shù)稱為最后鋪展系數(shù) ，鋪展壓為最

6、后鋪展壓 。)(/ )(baabS)(/ )(baabF)()()()()(/ )(abbaabbabaabS活塞膜“壓力/aaabF其中：:a:a純液體a的表面張力；吸附單分子層“活塞膜”覆蓋a所呈現(xiàn)的較低表面張力； 當固定阻擋欄沿盛液體a的槽滑動，使固定于漂浮的阻擋欄間所限制的面積從A減少到A-A，液體b薄透鏡也要減少A，表面自由能將減少 。液體b與a間的界面也會減少A。其界面自由能減少 。液體a的氣-液界面由于固定的阻擋欄移動而使表面自由能增加 。應用熱力學第二定律AbAabAaAAAAabbaaa)(abbaaa或：由于：abbaabS/所以：abaaabSF/液體b與a的可逆粘附功：

7、abbabaW液體的可逆內(nèi)聚功：bbbW2所以：abbbaabbbbaFWSWW/2;或：abbaabF/（4）離心旋轉(zhuǎn)水平管法測表面張力）離心旋轉(zhuǎn)水平管法測表面張力此法適用于較高粘度液體或高分子熔融液體物系表面張力測定。 方法：將一密度較大的液滴注入裝有較小密度的液體的旋轉(zhuǎn)水平管中央，當水平管旋轉(zhuǎn)時，液滴開始變形。當旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力和，兩液體間界面張力平衡時，液滴沿著旋轉(zhuǎn)軸方向變形的程度與水平管每分鐘旋轉(zhuǎn)數(shù)和界面張力大小有關(guān)。界面張力與兩液體密度差，旋轉(zhuǎn)角速度以及液滴形狀之間有以下關(guān)系：1)()1(33/1rHG4/)4/(2323/120HxG式中：r:旋轉(zhuǎn)水平管中變形液滴同體積的原液體

8、之球半徑。:0 x液滴變成圓柱體的1/2主軸長度。3212111)/(HHGGHG1、單分子膜的制備與膜壓力、單分子膜的制備與膜壓力（1）制備方法：）制備方法： 將長鏈烷基或含雙鍵烯基（R)且?guī)O性基團（x)的有機物，溶于揮發(fā)性非極性有機溶劑制成稀溶液。滴加于大面積的水面上完全鋪展，待溶劑揮發(fā)完全后即在水面上形成單分子膜。（2）表面膜壓）表面膜壓 由于鋪開單分子層不容物質(zhì)后，使基底液體表面張力降低，從而產(chǎn)生與純水表面的二維壓力差。0 表面膜壓的大小與水和有機物的化學性質(zhì)，溫度，所加有機物量及被覆蓋面積大小有關(guān)。（3）表面活性物質(zhì)）表面活性物質(zhì)RXRC10以上的烴基憎水端X：-OH,-COOH,

9、-CN,-CONH2,-COOR等；或-SO3-,-OSO3-,-NR3+等（4）測定單分子膜形成過程的方法）測定單分子膜形成過程的方法方法一：方法一： 將盛水淺盤邊緣涂上憎水的惰性物質(zhì)（如石蠟），加入的水略高于淺盤邊界。然后滴加可形成表面膜的物質(zhì)。通過平移調(diào)節(jié)的屏障有效地截住表面膜，使表面膜物質(zhì)在水表面上盡量鋪展。隨后平移屏障使膜面積縮小，表面能逐漸降低，表面張力越來越小。越來越大。最后形成緊密排列的單分子層。方法二：方法二： 用一對wilhelmy板與天平兩臂相連，其中一板豎著插入水表面，另一豎立板與單分子膜接觸，兩板間放置一屏障。將液體表面分隔成二部分。由于其中一部分有單分子膜使屏障兩側(cè)

10、的表面張力不同。表面張力高的一側(cè)對豎立平板拉力較大，使豎板進入水中的部分較多。從一對豎立平板形成的傾斜程度，可以得出兩側(cè)表面張力的差值或膜壓的大小。 設(shè)屏障兩側(cè)豎板的截面長l和厚度t相同，平衡后與液體的接觸角也相等，則兩豎立平板間受力關(guān)系為：cos)(2cos)(20tltlWW有膜潔凈2、表面膜的測定與、表面膜的測定與langmuir膜天平膜天平膜天平如示意圖： 天平的一臂固定在漂浮水面上的平臥屏障上，此屏障兩端用憎水細絲與淺盤兩邊內(nèi)側(cè)相連，以阻擋表面膜分子越過屏障跑到潔凈表面一方。另一可移動的屏障向平臥屏障近移壓迫單分子膜時，使膜占面積減小，引起表面膜在漂浮的平臥屏障上產(chǎn)生壓力變化。促使和

11、它以鋼絲連結(jié)的扭絲扭轉(zhuǎn)一定角度。根據(jù)扭絲所扭轉(zhuǎn)的角度計算其壓力。 設(shè)移動屏障的邊長為l，作用于屏障單位長度上的膜壓為 ，如果屏障移動dZ距離，則表面膜體系的表面自由能增加dG，它必等于屏障移動dZ距離所作的可逆功，即：ldZdWdGAiAi3、表面電勢和表面粘度、表面電勢和表面粘度（1）表面電勢）表面電勢 液體表面上膜展開前后的表面電勢差V，主要是由展開的單分子膜引起的。 設(shè)表面膜的每單位面積中有N個有效偶極矩，根據(jù)Helmholtz二平板電容器，表面電勢差為：0000/cos/NNNeddVer式中：d:二平板的距離； ：極間電荷密度； ：展開膜內(nèi)分子偶極矩 ：膜內(nèi)分子偶極的實際方向與垂直方

12、向的傾斜角。 成膜分子易被表面電荷和基底界面天然勢場所極化，Mac Donald和Barlow提出更完全的公式：reFqNV0/ )4(式中：吸附質(zhì)分子極化率；F:界面天然的表面電勢。q:吸附質(zhì)電荷密度；表面電勢測定方法：方法一：應用涂有如釙、镅類發(fā)射體的金屬探針方法二：應用音頻震蕩器所輸出的音頻電流。（2）表面粘度）表面粘度表面粘度可分為表面膨脹粘度和切變粘度。 膜的表面粘度e與單位時間內(nèi)面積變化率及其表面張力改變值（即膜壓）的關(guān)系為：dtAdAe/ 促使表面上單元長度為l的二單元線間發(fā)生以速度梯度 的相對移動，所需要施加的力為：dtdv/dtldvfs/s：膜切變粘度。Harkin導出了在

13、窄縫表面粘度計中膜粘性流動公式：/)/(123adtdAlas式中：: l:a:/a:/dtdA窄縫長度；窄縫寬度；基底溶液的溶劑粘度；溶劑的拖戈作用改正項；窄縫兩側(cè)各移動屏障施加在膜上的二維靜壓差；在二維靜壓差下測得膜流過窄縫的面積流速。單分子膜可分為氣態(tài)膜；液體擴展膜；液體凝聚膜和固態(tài)膜1、氣態(tài)膜、氣態(tài)膜 在氣態(tài)膜中表面活性物質(zhì)幾乎是平臥在表面上的，它有一個l2面積或更大一些的活動范圍（l為鏈烴的長度）。當表面壓很低時，膜內(nèi)分子服從理想氣體行為：kTNnA/以不同的正鏈烴羧酸同系物，/kT-作圖：（1）對短鏈羧酸，其在水中溶解度大，可用 Gibbs方程描述；（2）對長鏈羧酸，低壓時，類似于

14、實際氣體 偏離理想氣體，產(chǎn)生負偏差，這是由于 分子間相互吸引力大所致；（3）在高壓時，出現(xiàn)正偏差，這是分子體積因素所致。在二維 體系中表面上的分子占有一定的面積。用vander waals形式進行修正：kTba)(/(2b：相當于分子截面積0.2、液體擴展膜與二維體系的、液體擴展膜與二維體系的“氣氣”-液平衡液平衡 液體擴展膜是一種由氣態(tài)膜壓縮經(jīng)氣-液平衡得到的液態(tài)表面膜。含有高極性基團的長鏈化合物如酸、醇、胺、腈等非水溶性表面活性劑可制備L1態(tài)膜。例：十四烷醇形成的表面膜（1）當很低時，為氣態(tài)膜；（2）L1-G直線：相當于二維體系中的 “氣液平衡”，15時，其=0.11 達因/cm。（3）液

15、體擴展膜L1:增加減小。由L1線段 延伸至 0， =45552，表明液體 擴展膜中有些分子平躺，有些分子站立。 Mittelmann按液體擴展膜中分子的可能構(gòu)型，提出了一個對理論解釋每個分子平均面積的模型。設(shè)分子中每一構(gòu)型的能量為：)(al膜式中：: l:a: al膜: al分子躺在底液表平面上的鏈長，它可以等于或大于分子碳氫鏈長l;鏈的寬度；對抗膜壓所作的功；-CH2-鏈對底液的粘附功旋轉(zhuǎn)一個C-C鍵所需做的功。表面膜中每中分子之構(gòu)型的幾率為：/ ) (expkTalkp膜每個分子的平均面積為：llkTalkTalla00/ ) (exp/ ) (exp膜膜極注：極：極性基團的截面積在L1-

16、G“氣-液平衡”時，有：THdTd膜式中：:H:蒸發(fā)潛熱，即液體擴展膜分散為氣態(tài)膜所需能量；L1和G相得摩爾面積之差值（cm2/mol)3、液體凝聚膜和過度態(tài)膜、液體凝聚膜和過度態(tài)膜由液體擴展膜進一步壓縮而轉(zhuǎn)變成的膜。過渡態(tài)（中間態(tài)）膜（I): 從液體擴展膜變成液體凝聚態(tài)前的一種有規(guī)律的變化狀態(tài)?？赡苁怯捎诜肿娱g混亂地運動而引起相互纏繞和勾接變成整齊直立的單分子膜需經(jīng)過一個“脫鉤解纏”的過渡階段。液體凝聚態(tài)膜L2: -曲線外推至0時， =252，分子所占據(jù)面積與鏈長短關(guān)系越來越小，L2膜中分子已直立排列，但極性基團會因氫鍵作用而夾帶水分子，形成氫鍵的程度或夾帶水分子的多少會影響液體凝聚膜壓縮性

17、大小。液體凝聚膜的-關(guān)系近于直線關(guān)系。ab4、固態(tài)膜與、固態(tài)膜與“臨界臨界”膜壓膜壓 固態(tài)膜為一種密度大，難壓縮的堅硬單分子層表面相。其-關(guān)系線段因壓縮性更小而幾乎平行于坐標。由0得零膜壓所得的分子截面積=202，它與鏈長無關(guān)，同時與分子極性端基的性質(zhì)也無關(guān)。這是由于表面活性物質(zhì)分子幾乎是完全垂直于水面所致固態(tài)膜線起始部分狀態(tài)方程為ssab 02. 0sa 對固態(tài)膜施壓至一定時， 不受其影響。此時的膜壓稱為平衡膜壓，即 。若再施加壓時則引起表面膜破壞，此時的壓力稱為“臨界膜壓。e分子數(shù)據(jù)的計算：膜中有機化合物的分子數(shù)2310023. 6該化合物的分子量滴加有機化合物的重量2323210023.

18、 610023. 6密度分子量摩爾體積單個分子體積膜中分子數(shù)總面積（邊長）單個分子的面積“臨界臨界”膜壓：膜壓： 利用各種成膜物質(zhì)，通過分子因次控制其厚度和排布，從而得到具有高度順序結(jié)構(gòu)的有機或高分子功能性超薄膜。 如將酶和抗體蛋白制成的累積膜具有分子識別功能，可用于生物傳感器和集成電路的開發(fā)研究；卟啉環(huán)蛋白質(zhì)膜可作為開關(guān)元件等生物電子學元件方面的研究。1、累積膜的類型及其形成、累積膜的類型及其形成 將一固體基片越過膜面垂直地上下移動，使得單分子膜逐次轉(zhuǎn)移到固體基片表面，可獲得各種不同類型的累積膜。（1）Y型膜：疏水基與疏水基或親水基與親水基相對著吸引 的雙分子層重疊結(jié)構(gòu)，稱為Y型膜。（2）x

19、型膜：固體基片只在下降時，單分子層膜以疏水基附著 轉(zhuǎn)移而形成的膜稱x型膜。（3）z型膜：固體基片只在上升時，單分子膜以親水基附著 轉(zhuǎn)移而形成的膜稱為z型膜。形成條件：形成條件：若前進角是鈍角而后退角為銳角，則形成Y型膜；若前進角是鈍角而后退角也為鈍角，則形成X型膜；若前進角是銳角而后退角也為銳角，則形成Z型膜；2、混合膜和雜化復合累積膜、混合膜和雜化復合累積膜（1）混合膜：）混合膜： 若二種相似的長鏈脂肪酸、醇或胺混合組成理想混合物，在水面上形成單分子層膜轉(zhuǎn)移至固體基片上，則可形成混合膜。（a）面積收縮現(xiàn)象：）面積收縮現(xiàn)象： 兩種不同親水基團的長鏈碳氫化合物，因分子間吸引力或形成化學計量化合物

20、，混合膜的膜面積比各純物質(zhì)膜的面積之和減小的現(xiàn)象。如：反-9-十八烯醇與十六醇的1：1混合物可形成較高的稠密膜，出現(xiàn)收縮現(xiàn)象。（b）面積擴張現(xiàn)象：）面積擴張現(xiàn)象：混合膜所形成的膜面積大于此兩組分各自膜面積之和的現(xiàn)象。如順式油醇與十六醇的1：1混合物?；旌夏ぷ杂赡茏兓?lnln()(2211221112xxxxRTdAXAXAG:膜具有理想混合性質(zhì)所需要足夠低的表面膜壓。（2）雜化復合累積膜：）雜化復合累積膜： 不同種類單分子膜交替重疊形成雜化復合累積膜。即固體基片越過單分子膜1下降，得到單分子膜1覆蓋的膜，再穿越單分子膜2上升時，又將單分子膜2擴展到膜1表面上，并以各自的親水基團相對，得到雜

21、化Y型膜。3、面接觸吸附法制備累積膜、面接觸吸附法制備累積膜方法一：方法一： 將水平疏水性固體基片平靜地置于單分子膜上進行接觸，且在其兩側(cè)插入分隔浮板之后提起基片，單分子膜在此情況下沒有流動，重復操作，可得理想X型膜。方法二：方法二： 將水平軸的圓筒狀固體表面侵入覆蓋單分子膜的水面，讓其旋轉(zhuǎn)，單分子膜可連續(xù)地轉(zhuǎn)移到圓筒固體表面上，形成累積膜。 各種類型累積膜的穩(wěn)定性與端基化學結(jié)構(gòu)有關(guān)。此外與處于亞穩(wěn)狀態(tài)膜在累積過程中或累積之后發(fā)生重排有關(guān)。 若表面壓較高，則易得到Y(jié)型膜；表面壓較低，易得到X型膜。長鏈脂肪酸及其二價金屬鹽或甲酯和長鏈醇可形成長的面距離Y型復合結(jié)構(gòu)膜；脂肪酸的乙基和乙烯基酯等易形

22、成單層結(jié)構(gòu)的X型膜。4、高分子累積膜、高分子累積膜具有能量和各種信息轉(zhuǎn)換功能的有機超薄膜屬于累積膜。 在分子電子學元件上，附著高分子累積膜或通過累積膜組成中的單體發(fā)生聚合反應形成高分子化膜，以提高元件的機械強度和耐熱穩(wěn)定性。 在制造超大規(guī)模集成電路平板印刷技術(shù)中的高分辨能力保護膜，不僅要引入合適功能性原子基團，還要引入聚合性基團兩親溶劑性分子的累積膜。 如：含丁二炔（HCC-CC-)基團的長鏈脂肪酸累積膜聚合后成為共軛電子體系而在表面排布固定化。由此得到非線性光學材料等。1、生物膜、生物膜 生物細胞大多為膜的結(jié)構(gòu)。如核膜、線粒體內(nèi)膜和外膜、高爾基體復合體膜、溶酶體膜、過氧物酶體膜、細胞膜等。細

23、胞膜的脂為磷酸酯衍生物，分子結(jié)構(gòu)為：R1OCOCH2ROCOCHCH2OPOHXOHX=(-OCH2CH2NH2) 乙醇胺-OCH2CH2N(CH3)3 膽堿 它們首先形成不溶性混合單分子層，然后由雙分子的疏水基團尾對尾定向構(gòu)成復層結(jié)構(gòu)，即類脂雙分子層。生物膜損傷學：生物膜損傷學： 老年細胞膜受到游離基“損害”，導致溶酶體的穩(wěn)定性下降，引起細胞自溶與死亡，人就衰老致死。 如超氧離子游離基 ；羥基游離基 ；過氧游離基 ； 有機游離基 等。這些游離基是新陳代謝活動中產(chǎn)生的。也有 從空氣中進入人體的臭氧產(chǎn)生的。 2OHO2HOR自由基：自由基：天然氧化劑和抗氧酶：天然氧化劑和抗氧酶： 使活性高的游離

24、基轉(zhuǎn)變成惰性化合物而吸收或排泄，不再危害細胞。年齡增加，抗氧功能衰退，過氧離子游離基對不飽和脂肪酸發(fā)生過氧化，引起分子間一系列連鎖反應，使該部位失去某些生理功能，出現(xiàn)動脈粥樣化。生物膜再造：生物膜再造：按照磷脂閉合板狀膠囊的生理膜模型，可仿制人造膜。方法一：方法一： 以直徑約2nm小孔的聚四氟乙烯膜浸漬在水溶液中，其小孔部位涂以磷脂葵烷溶液后，形成薄膜，亦稱黑膜。方法二：方法二： 將磷脂有機稀溶液的溶劑蒸除，所得膠囊用超聲波進一步處理，使它分散成雙分子層膠囊，所組成的閉合膜亦稱脂質(zhì)體。2、蛋白質(zhì)膜、蛋白質(zhì)膜 蛋白質(zhì)在基底水相表面鋪展形成的膜結(jié)構(gòu)復雜，其分子鏈構(gòu)型呈伸展線性構(gòu)型和天然形式的-螺旋

25、結(jié)構(gòu)。從麩元，蛋白元和聚-甲基-谷氨酸酯的實驗結(jié)果得到，當膜壓很低時：RTAAA0102式中：A:蛋白質(zhì)表面吸附所占表面除以表面 吸附著蛋白質(zhì)的摩爾數(shù)。:,0102AA分別為表面吸附蛋白質(zhì)和表面溶劑的摩爾數(shù)。根據(jù)Flory-Huggins溶液晶格模型： 設(shè)蛋白質(zhì)有n個氨基酸的鏈節(jié)，每個鏈節(jié)的柔性以Z表示，若一個鏈節(jié)密堆面積為b，平面面積為。當表面壓不大時，蛋白質(zhì)處于自然狀態(tài)，其柔性長鏈即不會完全伸展，也不會完全卷曲。若表面壓增加，則處于卷曲緊縮狀態(tài)，降低了構(gòu)型熵。Z，b對膜壓的函數(shù)關(guān)系為：)21ln()2() 1()1)ln(/(ZbZnnbbkT對蛋白原，Z=2.015;=0.050.35達

26、因/厘米 功能高分子膜由高分子制成，其表面含有特殊功能基團，如具有 選擇透氣或透液、選擇性透離子、選擇性催化等功能。1、離子交換膜、離子交換膜種類：異相膜、半均相膜、均相膜和復合膜等異相膜：異相膜：離子交換樹脂粉末與膠黏劑共混煉后熱壓成膜。均相膜和半均相膜：均相膜和半均相膜：由含浸法、刮漿法和流延法制成，均相膜中交換 基分布均勻，半均相膜介于均相膜和異相膜之間。按功能基團分類，有陽離子交換膜和陰離子交換膜。陽離子交換膜結(jié)構(gòu)有：CHCH2SO3HnOHCH2SO3HCH3OHCH2COOHHO強酸陽離子交換膜弱酸陽離子交換膜陰離子交換膜結(jié)構(gòu)有：CHCH2CH2N(CH3)CClnCHCH2N(C

27、H3)3CH2強酸陰離子交換膜弱酸陰離子交換膜離子交換膜特性：離子交換膜特性： 溶液濕潤性好，選擇性好，遷移數(shù)數(shù)高，化學穩(wěn)定性，熱穩(wěn)定性好，膜電阻低，機械強度高，交換容量大，容易再生，成本低等。（1）電化學工藝的電槽隔膜）電化學工藝的電槽隔膜 使用陽離子交換膜為隔膜的金屬陽極槽。離子交換膜為全氟高聚物上接上磺酸基制成?？芍苯拥玫?0%左右高濃度和高純度的氫氧化鈉電解液，且隔膜壽命長。（2）提取或提純用滲析膜）提取或提純用滲析膜采用陽離子交換膜和陰離子交換膜并用的二級電滲析裝置。 原理：利用作為兩側(cè)溶液間隔膜的陽離子交換膜或陰離子交換膜分子結(jié)構(gòu)形成的微孔通道，浸潤的溶液界面區(qū)分別產(chǎn)生擴散層的Ze

28、ta電位。當電場中微孔-溶液界面擴散層為負值時，水向負極流動，若為正時，水則向正極流動。通過微孔的體積流量/02XrVr式中：r:膜中孔道半徑；X：電場施加的場強（伏/米）：溶液粘滯度0r：分別為真空介電常數(shù)和溶液的相對介電常數(shù)滲析膜適用領(lǐng)域：滲析膜適用領(lǐng)域：（1）處理核能利用中所排放的低放射性廢水和電鍍工業(yè)廢水，回收放射性元素如Cs137，Na24，Np239等；電鍍液中的Ni，Ag，Cu等。（2）合成或天然的有機物提純和純化。如海帶提碘后提取甘露醇；生物發(fā)酵液中提取檸檬酸等。（3）利用異相陽、陰離子交換膜電滲析裝置濃縮淡鹵水等。2、高分子分離膜、高分子分離膜 由高分子制成，能從氣體、有機液

29、體溶液等混合物中分離某些特定物質(zhì)的膜。該膜要求具有高透過率、選擇性和分離效果好。如：再生纖維素制成的分離膜，能選擇性透過尿素、尿酸和肌酸酐等而不透析蛋白質(zhì)?？捎糜谥圃烊斯つI。醋酸纖維素膜，可選擇性使某些氣體透過，或具有作為溶液反滲透膜制取高純水的功能。3、高分子多孔膜表面的催化功能、高分子多孔膜表面的催化功能 許多酸或堿催化的有機反應，可用酸性或堿性離子交換樹脂多孔膜來代替。如：Amberlite IR-4B催化醛與氰基乙酸縮合反應：RCHO+CH2CNCOOHIR-4BRCH=CCNCOOH Amberlite IR-120催化高級脂肪酸或苯甲酸與二甘醇的酯化反應：RCOOH+HOCH2CH

30、2OCH2CH2OHIR-120RCOOCH2CH2OCH2CH2OH聚苯乙烯磺酸催化丁醛-乙二醇的反應：C3H7CHO+HOCH2CH2OHOOC3H74、膜表面高分子的配位與吸附功能、膜表面高分子的配位與吸附功能 具有功能基團的高分子，可在幾種金屬離子混合液中選擇性地與一些金屬離子配位形成配位聚合物或螯合物，也可選擇性地吸附某些金屬離子。如1）聚丙烯酰胺分子C-N上的N與Cu2+離子生產(chǎn)內(nèi)軌型絡(luò)合物。（2）殼聚糖與氯化銅或氯化鎳形成殼聚糖-CuCl2和殼聚糖-NiCl2配位結(jié)構(gòu)物，也能吸附銅離子和鎳離子。（3）聚苯乙烯骨架上引入EDTA即成螯合樹脂，對二價金屬離子具有選擇性的螯合性能。以聚

31、苯乙烯為母體進行重氮化，再與水楊酸偶聯(lián)合成螯合樹脂：CHN=NCH2OHCOOH能用于海水中含鐵，銅的定量分析。 膜的化學反應指組成膜的物質(zhì)與接觸膜的相中某物質(zhì)間所發(fā)生的化學反應。反應與一般的化學反應的影響因素有關(guān)，也與膜物質(zhì)分子的取向密切相關(guān)。1、膜中反應動力學、膜中反應動力學 若膜中物質(zhì)a與接觸相物質(zhì)反應生成產(chǎn)物b，設(shè)于a，b質(zhì)量數(shù)有關(guān)的某種物質(zhì)數(shù)值q具有加和性，則：bbaanqnqq：各自代表1mol a, b所具有某種性質(zhì)的數(shù)值：各自代表1mol a, b的摩爾數(shù)baqq ;bann ;若起始反應時a的量為 摩爾，1mol a生成1 mol b，則：)(0aabaannqnqq0an兩

32、邊乘以 ，且令：0anqnqqnqabaa000,)/()(/00qqqqnnaa則：:,0qq代表膜中a起始量 摩爾和a完全變?yōu)閎所呈現(xiàn)某性質(zhì)的總數(shù)值。0an（1）恒膜壓下產(chǎn)物溶解的膜反應）恒膜壓下產(chǎn)物溶解的膜反應單分子膜體系在恒溫恒壓下，膜面積A隨摩爾數(shù)變化。由于產(chǎn)物B溶于接觸相中，則反應終點時，0A00/AAnnaa反應可用一級動力學方程表示：kTaaenn0kTeAA0（2）恒膜壓下產(chǎn)物參與膜組成的反應）恒膜壓下產(chǎn)物參與膜組成的反應 產(chǎn)物b留在膜中，若膜面積具有加和性，則膜面積為a，b所占面積之和，則：)/()(/00AAAAnnaakTeAAAA)()(0(3)膜總面積恒定膜壓變化的

33、反應膜總面積恒定膜壓變化的反應對于單分子層氣態(tài)或固態(tài)凝聚膜：nRTA 當膜總面積恒定時，膜壓與膜組分摩爾量改變而改變，具有加和性，則：kTe)()(0（4）膜壓恒定膜電勢改變的反應）膜壓恒定膜電勢改變的反應 液面上極性分子組成的膜具有膜電勢性質(zhì)，它與膜面積成函數(shù)關(guān)系，即：)( VfA膜電勢差：rrerNNdV000/cos/令：arareKNN00/則面積為A的單分子膜中a的摩爾數(shù)為：AnnaTa于是：TaanKVAAA與A一樣，具有加和性，則：kTeVAAAAAAA)()(002、膜反應示例、膜反應示例（1）酯類（）酯類（RCOOR)膜水解反應膜水解反應 當R為短鏈時，如乙基壓縮成固態(tài)膜，被

34、擠到溶液的表層下面，酯基被屏蔽，不易受到OH-的攻擊，水解速度慢。 當R為長鏈時，R伸向空間，使酯基完全暴露在溶液表層下面，易受OH-攻擊，水解速度快。（2）-甘油單硬脂酸酯水解反應甘油單硬脂酸酯水解反應 在堿性水溶液表面， -甘油單硬脂酸酯單分子膜發(fā)生水解反應，產(chǎn)物甘油溶于水溶液，皂化形成的硬脂酸陰離子參與反應物-甘油單硬脂酸酯組成混合膜，反應遵守：kTeAAAA)()(0（3）光化學反應）光化學反應 甘油三棕櫚酸與順式硫靛染料混合膜在紫外光照射下反應，順式硫靛染料發(fā)生異構(gòu)化生成反式硫靛染料，使混合膜面積顯著下降。1、表面膜測試實驗技術(shù)的應用、表面膜測試實驗技術(shù)的應用（1）鯊魚肝油醇和板鰓魚

35、肝油醇的結(jié)構(gòu)測定）鯊魚肝油醇和板鰓魚肝油醇的結(jié)構(gòu)測定 鯊魚肝油醇和板鰓魚肝油醇都是長鏈醇的單甘油醚，實驗得知，這些醚的表面膜壓都與-單棕櫚脂十分相似。-單棕櫚脂的結(jié)構(gòu)為：C15H31COOCH2CHOHCH2OH由此推測，這兩種醚的結(jié)構(gòu)為：CH3(CH2)17OCH2CHOHCH2OHCH3(CH2)15OCH2CHOHCH2OH（鯊魚肝油醇）（板鰓魚肝油醇）（2）固醇、激素、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推定）固醇、激素、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推定膽脂醇分子式為：C27H45OH 應用表面膜測得膽脂醇的極限面積不超過402，表明膽脂醇的羥基位于長軸末端，分子緊密排列在水面上。2、延遲蒸發(fā)、延遲蒸發(fā) 單分子膜可防止江河湖海中

36、水的蒸發(fā)。固態(tài)醇在水面上形成單分子膜，可避免水的揮發(fā)。 每天每畝水面約放0.0374公斤固態(tài)醇，每公斤十六醇可節(jié)水15670公斤左右。（1）形成單分子膜物質(zhì)所具備的條件：）形成單分子膜物質(zhì)所具備的條件：A:易在水面上鋪展形成單分子膜，其表面壓（）高；B:具有粘性膜性能，其膜在波浪中遭受破壞時有自動吻合的能力；C：在自然界廣泛灑用，價格低廉；D:對人、魚和畜生無害，對水生植物無妨礙，一般采用C12C14的有機醇。（2）蒸發(fā)速度）蒸發(fā)速度 水表面單分子膜分子溶劑化形成界面“阻擋膜”，其產(chǎn)生的阻力為Rf，對水的蒸發(fā)阻力位Rt，Rt的倒數(shù)稱為透過系數(shù)Pt。ttRP/1單位：ms-1。 對于平面界面，蒸

37、發(fā)量與面積大小、濃度差和透過系數(shù)成正比，即：CAPdtdQt/Q: t秒內(nèi)通過面積A物質(zhì)的量（mol);C：兩相間通過的物質(zhì)分子濃度差。討論：（a）若單分子膜的膜壓增加，則延遲蒸發(fā)阻力Rf增大，即：fR（b）同一表面膜壓下，Rf 隨表面膜分子中碳原子數(shù)增加而增大。（c）以溶劑為表面膜展開劑時，溶劑的性質(zhì)對Rf 影響較大，這是因為溶劑在單分子膜中構(gòu)成一些蒸發(fā)孔道所致。（3）蒸發(fā)速度測定）蒸發(fā)速度測定 將一個盒底為絲織屏而內(nèi)放置粉末干燥劑（常用氯化鋰）的盒吊在水表面上12mm處，分別測定有膜和無膜存在時盒重增加的速度。若水的吸收速度為：)/(/2cmsgAtm單位：則：RCCAtmdw)()/(:,dwCC分別為水和干燥劑的平衡水蒸氣濃度；R:透過表面及其與絲織屏之間間隙的擴散阻力。當水表面無膜時，0RR 有膜時：膜RRR0比蒸發(fā)阻力 r (秒/厘米）為：)/(1)/(1)(wfdwtmtmCCAr實驗證明：在同一表面壓時，r 的值結(jié)果為：C22OHC20OHC18OHC16OHC14OHC22H45OH單分子膜的延遲蒸發(fā)效果最好。3、薄膜蒸發(fā)、薄膜蒸發(fā)4、膜蒸餾技術(shù)的開發(fā)、膜蒸餾技術(shù)的開發(fā)5、液膜萃取技術(shù)、液膜萃取技術(shù)6、滲透蒸發(fā)、滲透蒸發(fā)7、濾膜與親和膜過濾技術(shù)、濾膜