新型高分子材料第六章——高分子分離膜

1、化學(xué)與環(huán)境學(xué)院材料科學(xué)研究所化學(xué)與環(huán)境學(xué)院材料科學(xué)研究所王玉海王玉海第六章第六章 高分子分離膜高分子分離膜內(nèi)容內(nèi)容6.1 6.1 概述概述6.2 6.2 膜分離過(guò)程膜分離過(guò)程6.2 6.2 膜分離技術(shù)的應(yīng)用膜分離技術(shù)的應(yīng)用6.2 6.2 高分子功能膜的分類(lèi)高分子功能膜的分類(lèi)6.2 6.2 膜材料及膜的制備膜材料及膜的制備6.2 6.2 典型的膜分離技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域典型的膜分離技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域常見(jiàn)的分離方法常見(jiàn)的分離方法篩分篩分過(guò)濾過(guò)濾萃取萃取離心離心蒸餾蒸餾重結(jié)晶重結(jié)晶柱層析柱層析膜分離膜分離色譜分離色譜分離離子交換離子交換對(duì)于高層次的分離，如對(duì)于高層次的分離，如分子尺寸的分離分子尺寸的分離、生物

2、生物體組分的分離體組分的分離等，采用等，采用常規(guī)的分離方法是難以常規(guī)的分離方法是難以實(shí)現(xiàn)的，或達(dá)不到精度，實(shí)現(xiàn)的，或達(dá)不到精度，或需要損耗極大的能源或需要損耗極大的能源而無(wú)實(shí)用價(jià)值。而無(wú)實(shí)用價(jià)值。6.1 6.1 概述概述6.1 6.1 概述概述功能膜的概念功能膜的概念功能膜是指具有選擇性傳遞物質(zhì)的一類(lèi)高分子薄膜材料。功能膜是指具有選擇性傳遞物質(zhì)的一類(lèi)高分子薄膜材料?？捎糜谖镔|(zhì)的分離、濃縮、精制等，既省能又無(wú)污染?？捎糜谖镔|(zhì)的分離、濃縮、精制等，既省能又無(wú)污染。膜的形式可以是固態(tài)的，也可以是液態(tài)的。被膜分割的膜的形式可以是固態(tài)的，也可以是液態(tài)的。被膜分割的流體物質(zhì)可以是液態(tài)的，也可以是氣態(tài)的。流

3、體物質(zhì)可以是液態(tài)的，也可以是氣態(tài)的。膜至少具有兩個(gè)界面，膜通過(guò)這兩個(gè)界面與被分割的兩膜至少具有兩個(gè)界面，膜通過(guò)這兩個(gè)界面與被分割的兩側(cè)流體接觸并進(jìn)行傳遞。分離膜對(duì)流體可以是完全透過(guò)性側(cè)流體接觸并進(jìn)行傳遞。分離膜對(duì)流體可以是完全透過(guò)性的，也可以是半透過(guò)性的，但不能是完全不透過(guò)性的。的，也可以是半透過(guò)性的，但不能是完全不透過(guò)性的。膜分離膜分離- -半透膜半透膜 指一類(lèi)可以讓小分子物質(zhì)透指一類(lèi)可以讓小分子物質(zhì)透過(guò)而大分子物質(zhì)不能通過(guò)的薄膜過(guò)而大分子物質(zhì)不能通過(guò)的薄膜的總稱(chēng)。的總稱(chēng)。 例如：例如：細(xì)胞膜、膀胱膜、腸衣等細(xì)胞膜、膀胱膜、腸衣等 終端過(guò)濾終端過(guò)濾錯(cuò)流過(guò)濾錯(cuò)流過(guò)濾例如：果汁、酒的消毒與澄清例

4、如：果汁、酒的消毒與澄清澄清果蔬汁加工工藝澄清果蔬汁加工工藝超濾超濾6.2 6.2 膜分離過(guò)程膜分離過(guò)程1 1）過(guò)濾分離）過(guò)濾分離 利用組分分子的大小和性質(zhì)差別所表現(xiàn)出透過(guò)膜利用組分分子的大小和性質(zhì)差別所表現(xiàn)出透過(guò)膜的速率差別，達(dá)到組分的分離。屬于過(guò)濾式膜分離的的速率差別，達(dá)到組分的分離。屬于過(guò)濾式膜分離的有有 超濾超濾（Ultrafiltration,UF，孔徑，孔徑0.11um）、微濾、微濾(Microfiltration,MF,孔徑孔徑1100nm)、納濾、納濾(Nanofiltration,NF，孔徑，孔徑0.5 5nm)等；等；反滲透（反滲透（Reverse osmosisRever

5、se osmosis） 在膜的兩邊造成一個(gè)壓力差，并使其大于滲透壓，就在膜的兩邊造成一個(gè)壓力差，并使其大于滲透壓，就會(huì)發(fā)生溶劑倒流，使?jié)舛容^高的溶液進(jìn)一步濃縮會(huì)發(fā)生溶劑倒流，使?jié)舛容^高的溶液進(jìn)一步濃縮 選擇吸附，溶解選擇吸附，溶解- -擴(kuò)散機(jī)理擴(kuò)散機(jī)理（0.2 nm）Na+0.37nm過(guò)濾式膜分離過(guò)濾式膜分離2 2）滲析式膜分離）滲析式膜分離 料液中的某些溶質(zhì)或離子在濃度差、電位差的料液中的某些溶質(zhì)或離子在濃度差、電位差的推動(dòng)下，透過(guò)膜進(jìn)入接受液中，從而被分離出去。推動(dòng)下，透過(guò)膜進(jìn)入接受液中，從而被分離出去。 屬于滲析式膜分離的有屬于滲析式膜分離的有滲析和電滲析滲析和電滲析等。等。 電滲析（電

6、滲析（electrodialysiselectrodialysis） 在電場(chǎng)中交替裝配的陰離子和陽(yáng)離子交換膜，在電場(chǎng)中交替裝配的陰離子和陽(yáng)離子交換膜，在電場(chǎng)中形成一個(gè)個(gè)隔室使溶液中的離子有選擇地在電場(chǎng)中形成一個(gè)個(gè)隔室使溶液中的離子有選擇地分離或富集。分離或富集。電滲析過(guò)程電滲析過(guò)程+陽(yáng)極陽(yáng)極陰極陰極Cl-Na陽(yáng)膜陽(yáng)膜陽(yáng)極室陽(yáng)極室Cl-Cl-Cl-NaNaCl-NaNaCl-Cl-NaNa濃縮室淡化室淡化室濃縮室陰極室陰極室陰膜陽(yáng)膜陽(yáng)膜陰膜注意：注意：離子交換膜的作用離子交換膜的作用并不是起離子交換并不是起離子交換的作用，而是的作用，而是起離子起離子選擇透過(guò)性選擇透過(guò)性作用。作用。海水的淡化海水

7、的淡化 液膜與料液和接受液互不混溶，液液兩相液膜與料液和接受液互不混溶，液液兩相通過(guò)液膜實(shí)現(xiàn)滲透，類(lèi)似于萃取和反萃取的通過(guò)液膜實(shí)現(xiàn)滲透，類(lèi)似于萃取和反萃取的組合。組合。溶質(zhì)從料液進(jìn)入液膜相當(dāng)于萃取，溶溶質(zhì)從料液進(jìn)入液膜相當(dāng)于萃取，溶質(zhì)再?gòu)囊耗みM(jìn)入接受液相當(dāng)于反萃取質(zhì)再?gòu)囊耗みM(jìn)入接受液相當(dāng)于反萃取。 3 3）液膜分離）液膜分離4 4）氣體透過(guò)）氣體透過(guò) 利用微孔或無(wú)孔膜進(jìn)行氣體分離，主要是溶解利用微孔或無(wú)孔膜進(jìn)行氣體分離，主要是溶解- -擴(kuò)擴(kuò)散過(guò)程散過(guò)程 分離膜的基本功能是從物質(zhì)群中有選擇地透過(guò)分離膜的基本功能是從物質(zhì)群中有選擇地透過(guò)或輸送特定的物質(zhì)，如顆粒、分子、離子等。或者或輸送特定的物質(zhì)，

8、如顆粒、分子、離子等。或者說(shuō)，物質(zhì)的分離是通過(guò)膜的選擇性透過(guò)實(shí)現(xiàn)的。幾說(shuō)，物質(zhì)的分離是通過(guò)膜的選擇性透過(guò)實(shí)現(xiàn)的。幾種主要的膜分離過(guò)程及其傳遞機(jī)理如下表所示。種主要的膜分離過(guò)程及其傳遞機(jī)理如下表所示。膜膜分離過(guò)程的類(lèi)型分離過(guò)程的類(lèi)型幾種主要分離膜的分離過(guò)程幾種主要分離膜的分離過(guò)程膜過(guò)程膜過(guò)程推動(dòng)力推動(dòng)力傳遞機(jī)理傳遞機(jī)理透過(guò)物透過(guò)物截留物截留物膜類(lèi)型膜類(lèi)型微濾微濾壓力差壓力差顆粒大小形狀顆粒大小形狀水、溶劑溶解物水、溶劑溶解物懸浮物顆粒懸浮物顆粒纖維多孔膜纖維多孔膜超濾超濾壓力差壓力差分子特性大小分子特性大小形狀形狀水、溶劑小分子水、溶劑小分子膠體和超過(guò)截留膠體和超過(guò)截留分子量的分子分子量的分子非

9、對(duì)稱(chēng)性膜非對(duì)稱(chēng)性膜納濾納濾壓力差壓力差離子大小及電離子大小及電荷荷水、一價(jià)離子、水、一價(jià)離子、多價(jià)離子多價(jià)離子有機(jī)物有機(jī)物復(fù)合膜復(fù)合膜反滲透反滲透壓力差壓力差溶劑的擴(kuò)散傳溶劑的擴(kuò)散傳遞遞水、溶劑水、溶劑溶質(zhì)、鹽溶質(zhì)、鹽非對(duì)稱(chēng)性膜非對(duì)稱(chēng)性膜復(fù)合膜復(fù)合膜膜過(guò)程膜過(guò)程推動(dòng)力推動(dòng)力傳遞機(jī)理傳遞機(jī)理透過(guò)物透過(guò)物截留物截留物膜類(lèi)型膜類(lèi)型滲析滲析濃度差濃度差溶質(zhì)的擴(kuò)散溶質(zhì)的擴(kuò)散傳遞傳遞低分子量低分子量物、離子物、離子溶劑溶劑非對(duì)稱(chēng)性膜非對(duì)稱(chēng)性膜電滲析電滲析電位差電位差電解質(zhì)離子的電解質(zhì)離子的選擇傳遞選擇傳遞電解質(zhì)離子電解質(zhì)離子非電解質(zhì)，非電解質(zhì)，大分子物質(zhì)大分子物質(zhì)離子交換膜離子交換膜氣體分氣體分離離壓力差

10、壓力差氣體和蒸汽的氣體和蒸汽的擴(kuò)散滲透擴(kuò)散滲透氣體或蒸汽氣體或蒸汽難滲透性氣難滲透性氣體或蒸汽體或蒸汽均相膜、復(fù)合均相膜、復(fù)合膜，非對(duì)稱(chēng)膜膜，非對(duì)稱(chēng)膜滲透蒸滲透蒸發(fā)發(fā)壓力差壓力差選擇傳遞選擇傳遞易滲溶質(zhì)或易滲溶質(zhì)或溶劑溶劑難滲透性溶難滲透性溶質(zhì)或溶劑質(zhì)或溶劑均相膜、復(fù)合均相膜、復(fù)合膜，非對(duì)稱(chēng)膜膜，非對(duì)稱(chēng)膜液膜分液膜分離離濃度差濃度差反應(yīng)促進(jìn)和反應(yīng)促進(jìn)和擴(kuò)散傳遞擴(kuò)散傳遞雜質(zhì)雜質(zhì)溶劑溶劑乳狀液膜、支乳狀液膜、支撐液膜撐液膜續(xù)上表續(xù)上表 成本低成本低 能耗少能耗少 效率高效率高 無(wú)污染無(wú)污染 可回收利用有用物質(zhì)可回收利用有用物質(zhì)膜分離技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)膜分離技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)特別適用于特別適用于性質(zhì)相似組分性質(zhì)相似

11、組分同分異構(gòu)體組分同分異構(gòu)體組分熱敏性組分熱敏性組分生物物質(zhì)組分生物物質(zhì)組分6.3 6.3 膜分離技術(shù)的應(yīng)用膜分離技術(shù)的應(yīng)用 化工、環(huán)保、化工、環(huán)保、食品食品、醫(yī)藥醫(yī)藥、電子、電力、電子、電力、冶金、輕紡、冶金、輕紡、海水淡化海水淡化等領(lǐng)域廣泛使用等領(lǐng)域廣泛使用海水海水 過(guò)濾過(guò)濾 沉降沉降 鈉離子交換柱去除高價(jià)陽(yáng)離子鈉離子交換柱去除高價(jià)陽(yáng)離子 逆滲透逆滲透 濃水濃水淡水淡水反滲透純水設(shè)備反滲透純水設(shè)備1. 1. 按膜的材料分類(lèi)按膜的材料分類(lèi) 膜材料的分類(lèi)膜材料的分類(lèi)類(lèi)類(lèi) 別別膜材料膜材料舉舉 例例纖維素酯類(lèi)纖維素酯類(lèi)纖維素衍生物類(lèi)纖維素衍生物類(lèi)醋酸纖維素，硝酸纖維素，乙基纖維素等醋酸纖維素，硝

12、酸纖維素，乙基纖維素等非纖維素酯類(lèi)非纖維素酯類(lèi)聚砜類(lèi)聚砜類(lèi)聚砜，聚醚砜，聚芳醚砜，磺化聚砜等聚砜，聚醚砜，聚芳醚砜，磺化聚砜等聚酰聚酰( (亞亞) )胺類(lèi)胺類(lèi)聚砜酰胺，芳香族聚酰胺，含氟聚酰亞胺等聚砜酰胺，芳香族聚酰胺，含氟聚酰亞胺等聚酯、烯烴類(lèi)聚酯、烯烴類(lèi)滌綸，聚碳酸酯，聚乙烯，聚丙烯腈等滌綸，聚碳酸酯，聚乙烯，聚丙烯腈等含氟含氟( (硅硅) )類(lèi)類(lèi)聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯，聚二甲基硅氧烷等聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯，聚二甲基硅氧烷等其他其他殼聚糖，聚電解質(zhì)等殼聚糖，聚電解質(zhì)等6.4 6.4 高分子功能膜的分類(lèi)高分子功能膜的分類(lèi)2. 2. 按膜的分離原理及適用范圍分類(lèi)按膜的分離原理及適用范圍分類(lèi)

13、根據(jù)分離膜的分離原理和推動(dòng)力的不同，可根據(jù)分離膜的分離原理和推動(dòng)力的不同，可將其分為將其分為微孔膜、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)膜滲析膜、電滲析膜、滲透蒸發(fā)膜等。等。3. 3. 按膜斷面的物理形態(tài)分類(lèi)按膜斷面的物理形態(tài)分類(lèi) 根據(jù)分離膜斷面的物理形態(tài)不同，可將其分根據(jù)分離膜斷面的物理形態(tài)不同，可將其分為為對(duì)稱(chēng)膜對(duì)稱(chēng)膜，不對(duì)稱(chēng)膜不對(duì)稱(chēng)膜、復(fù)合膜、平板膜、管式膜、復(fù)合膜、平板膜、管式膜、中空纖維膜等。中空纖維膜等。6.5 6.5 膜材料及膜的制備膜材料及膜的制備膜材料膜材料 用作分離膜的材料包括天然的和人工合成的用作分離膜的材料包括天然的

14、和人工合成的有有機(jī)高分子材料機(jī)高分子材料和和無(wú)機(jī)材料無(wú)機(jī)材料。 原則上講，凡能成膜的高分子材料和無(wú)機(jī)材料原則上講，凡能成膜的高分子材料和無(wú)機(jī)材料均可用于制備分離膜。但實(shí)際上，真正成為工業(yè)化均可用于制備分離膜。但實(shí)際上，真正成為工業(yè)化膜的膜材料并不多。這主要決定于膜的一些特定要膜的膜材料并不多。這主要決定于膜的一些特定要求，如求，如分離效率分離效率、分離速度分離速度等。此外，也取決于膜等。此外，也取決于膜的制備技術(shù)。的制備技術(shù)。 目前，實(shí)用的有機(jī)高分子膜材料有：目前，實(shí)用的有機(jī)高分子膜材料有：纖維素纖維素酯類(lèi)、聚砜類(lèi)、聚酰胺類(lèi)及其他材料酯類(lèi)、聚砜類(lèi)、聚酰胺類(lèi)及其他材料。從品種來(lái)。從品種來(lái)說(shuō)，已有

15、成百種以上的膜被制備出來(lái)，其中約說(shuō)，已有成百種以上的膜被制備出來(lái)，其中約4040多種已被用于工業(yè)和實(shí)驗(yàn)室中。以日本為例，纖多種已被用于工業(yè)和實(shí)驗(yàn)室中。以日本為例，纖維素酯類(lèi)膜占維素酯類(lèi)膜占5353，聚砜膜占，聚砜膜占33.333.3，聚酰胺膜，聚酰胺膜占占11.711.7，其他材料的膜占，其他材料的膜占2 2，可見(jiàn)纖維素酯，可見(jiàn)纖維素酯類(lèi)材料在膜材料中占主要地位。類(lèi)材料在膜材料中占主要地位。1. 1. 纖維素酯類(lèi)膜材料纖維素酯類(lèi)膜材料 纖維素是由幾千個(gè)纖維素是由幾千個(gè)椅式構(gòu)型的葡萄糖基通過(guò)椅式構(gòu)型的葡萄糖基通過(guò)1, 1, 4-4-甙鏈甙鏈連接起來(lái)的天然線性高分子化合物，連接起來(lái)的天然線性高分子

16、化合物，其結(jié)構(gòu)式為：其結(jié)構(gòu)式為：OHOHOHHOH HOHHCH2OHHHOH HOHHOCH2OHOOHOHOHHOH HOHHCH2OHHHHOH HOHHOCH2OHHn_222. 非纖維素酯類(lèi)膜材料非纖維素酯類(lèi)膜材料（1）非纖維素酯類(lèi)膜材料的基本特性）非纖維素酯類(lèi)膜材料的基本特性 分子鏈中含有親水性的極性基團(tuán)；分子鏈中含有親水性的極性基團(tuán)； 主鏈上應(yīng)有苯環(huán)、雜環(huán)等剛性基團(tuán)，使之有高的主鏈上應(yīng)有苯環(huán)、雜環(huán)等剛性基團(tuán)，使之有高的抗壓密性和耐熱性；抗壓密性和耐熱性； 化學(xué)穩(wěn)定性好；化學(xué)穩(wěn)定性好； 具有可溶性；具有可溶性； 常用于制備分離膜的合成高分子材料有常用于制備分離膜的合成高分子材料有聚

17、砜、聚酰聚砜、聚酰胺、芳香雜環(huán)聚合物和離子聚合物胺、芳香雜環(huán)聚合物和離子聚合物等。等。（2）主要的非纖維素酯類(lèi)膜材料）主要的非纖維素酯類(lèi)膜材料 （i）聚砜類(lèi)）聚砜類(lèi) 聚砜結(jié)構(gòu)中的特征基團(tuán)為聚砜結(jié)構(gòu)中的特征基團(tuán)為 ，為了引入親水基，為了引入親水基團(tuán)，常將粉狀聚砜懸浮于有機(jī)溶劑中，用氯磺酸進(jìn)行團(tuán)，常將粉狀聚砜懸浮于有機(jī)溶劑中，用氯磺酸進(jìn)行磺化。磺化。 聚砜類(lèi)樹(shù)脂常用的制膜溶劑有：聚砜類(lèi)樹(shù)脂常用的制膜溶劑有：二甲基甲酰胺、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亞砜甲基吡咯烷酮、二甲基亞砜等。等。SOO 聚砜類(lèi)樹(shù)脂具有良好的化學(xué)、熱學(xué)和水解穩(wěn)定性，聚砜類(lèi)樹(shù)脂具有良好的化學(xué)、

18、熱學(xué)和水解穩(wěn)定性，強(qiáng)度也很高，強(qiáng)度也很高，pH值適應(yīng)范圍為值適應(yīng)范圍為113，最高使用溫度，最高使用溫度達(dá)達(dá)120，抗氧化性和抗氯性都十分優(yōu)良?？寡趸院涂孤刃远际謨?yōu)良。 因此已成為重要的膜材料之一。這類(lèi)樹(shù)脂中，目因此已成為重要的膜材料之一。這類(lèi)樹(shù)脂中，目前的代表品種有：前的代表品種有：OCCH3CH3OS聚 砜聚 芳 砜聚 醚 砜聚苯醚砜OOnOnSOOSOOOnSOOOnSOOO （ii）聚酰胺類(lèi)）聚酰胺類(lèi) 早期使用的聚酰胺是早期使用的聚酰胺是脂肪族聚酰胺脂肪族聚酰胺，如，如尼龍尼龍-66等等制成的制成的中空纖維膜中空纖維膜。這類(lèi)產(chǎn)品對(duì)鹽水的分離率在。這類(lèi)產(chǎn)品對(duì)鹽水的分離率在8090之間

19、，但透水率很低，僅之間，但透水率很低，僅0.076 ml/cm2h。以后發(fā)展了以后發(fā)展了芳香族聚酰胺芳香族聚酰胺，用它們制成的分離膜，用它們制成的分離膜，pH適用范圍為適用范圍為311，分離率可達(dá)，分離率可達(dá)99.5（對(duì)鹽水），（對(duì)鹽水），透水速率為透水速率為0.6 ml/cm2h。長(zhǎng)期使用穩(wěn)定性好。由于。長(zhǎng)期使用穩(wěn)定性好。由于酰胺基團(tuán)易與氯反應(yīng)，故這種膜對(duì)水中的游離氯有酰胺基團(tuán)易與氯反應(yīng)，故這種膜對(duì)水中的游離氯有較高要求較高要求。 Du Pont公司生產(chǎn)的公司生產(chǎn)的DP-I型膜型膜即為由此類(lèi)膜材料即為由此類(lèi)膜材料制成的，它的合成路線如下式所示：制成的，它的合成路線如下式所示：H2NnCONH

20、NH2Cl+nCOCClNHCONHNHCCnDMACOOO （iii）芳香雜環(huán)類(lèi)）芳香雜環(huán)類(lèi) 聚苯并咪唑類(lèi)聚苯并咪唑類(lèi) 如由如由美國(guó)美國(guó)Celanese公司研制的公司研制的PBI膜膜即為此種即為此種類(lèi)型。這種膜材料可用以下路線合成：類(lèi)型。這種膜材料可用以下路線合成：NH2H2NNH2H2N+nOCOCOONNCHNNCH+2 nOH+2 n H2On 聚苯并咪唑酮類(lèi)聚苯并咪唑酮類(lèi) 這類(lèi)膜的代表是日本帝人公司生產(chǎn)的這類(lèi)膜的代表是日本帝人公司生產(chǎn)的PBLL膜，膜，其化學(xué)結(jié)構(gòu)為：其化學(xué)結(jié)構(gòu)為： 這種膜對(duì)這種膜對(duì)0.5NaCl溶液的分離率達(dá)溶液的分離率達(dá)9095，并有較高的透水速率。并有較高的透水速

21、率。NCONHSO2HNNCOn 聚酰亞胺類(lèi)聚酰亞胺類(lèi) 聚酰亞胺具有很好的熱穩(wěn)定性和耐有機(jī)溶劑能聚酰亞胺具有很好的熱穩(wěn)定性和耐有機(jī)溶劑能力，因此是一類(lèi)較好的膜材料。例如，下列結(jié)構(gòu)的力，因此是一類(lèi)較好的膜材料。例如，下列結(jié)構(gòu)的聚酰亞胺膜對(duì)分離氫氣有很高的效率。聚酰亞胺膜對(duì)分離氫氣有很高的效率。NCCOONCCOOArn 其中，其中，Ar為芳基，對(duì)氣體分離的難易次序如下：為芳基，對(duì)氣體分離的難易次序如下：H2O，H(He)，H2S，CO2，O2，Ar(CO)，N2(CH4)，C2H6，C3H8易易 難難 聚酰亞胺溶解性差，制膜困難，因此開(kāi)發(fā)了聚酰亞胺溶解性差，制膜困難，因此開(kāi)發(fā)了可可溶性聚酰亞胺溶

22、性聚酰亞胺，其結(jié)構(gòu)為：，其結(jié)構(gòu)為：NCCOOCH2CHRNCCOOCH2CHn （iv）離子性聚合物）離子性聚合物 離子性聚合物可用于制備離子交換膜。與離子離子性聚合物可用于制備離子交換膜。與離子交換樹(shù)脂相同，離子交換膜也可分為交換樹(shù)脂相同，離子交換膜也可分為強(qiáng)酸型陽(yáng)離子強(qiáng)酸型陽(yáng)離子膜、弱酸型陽(yáng)離子膜、強(qiáng)堿型陰離子膜和弱堿型陰膜、弱酸型陽(yáng)離子膜、強(qiáng)堿型陰離子膜和弱堿型陰離子膜離子膜等。在淡化海水的應(yīng)用中，主要使用的是強(qiáng)等。在淡化海水的應(yīng)用中，主要使用的是強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換膜。酸型陽(yáng)離子交換膜。 磺化聚苯醚膜和磺化聚砜膜磺化聚苯醚膜和磺化聚砜膜是最常用的兩種離是最常用的兩種離子聚合物膜。子聚合物膜

23、。OCH3H3CHClSO3SO3HHCl+CH3OH3C+nnCCH3CH3OSOOOHClSO3+nCCH3CH3OSOOOnSO3H （v）乙烯基聚合物）乙烯基聚合物 用作膜材料的乙烯基聚合物包括聚乙烯醇、聚用作膜材料的乙烯基聚合物包括聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚偏氯乙乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚偏氯乙烯、聚丙烯酰胺等。共聚物包括：聚丙烯醇烯、聚丙烯酰胺等。共聚物包括：聚丙烯醇/苯乙烯苯乙烯磺酸、聚乙烯醇磺酸、聚乙烯醇/磺化聚苯醚、聚丙烯腈磺化聚苯醚、聚丙烯腈/甲基丙烯甲基丙烯酸酯、聚乙烯酸酯、聚乙烯/乙烯醇等。聚乙烯醇乙烯醇等。聚乙烯醇/丙烯腈接枝共丙烯腈接

24、枝共聚物也可用作膜材料。聚物也可用作膜材料。膜的制備膜的制備 膜的制備工藝對(duì)分離膜的性能十分重要。同樣膜的制備工藝對(duì)分離膜的性能十分重要。同樣的材料，由于不同的制作工藝和控制條件，其性能的材料，由于不同的制作工藝和控制條件，其性能差別很大。合理的、先進(jìn)的制膜工藝是制造優(yōu)良性差別很大。合理的、先進(jìn)的制膜工藝是制造優(yōu)良性能分離膜的重要保證。能分離膜的重要保證。 目前，國(guó)內(nèi)外的制膜方法很多，其中最實(shí)用的目前，國(guó)內(nèi)外的制膜方法很多，其中最實(shí)用的是相轉(zhuǎn)化法（流涎法和紡絲法）和復(fù)合膜化法。是相轉(zhuǎn)化法（流涎法和紡絲法）和復(fù)合膜化法。膜分離裝置膜分離裝置1）平板式）平板式用于用于UF的板框系統(tǒng)的板框系統(tǒng)進(jìn)水進(jìn)

25、水透過(guò)水透過(guò)水濃縮水濃縮水耐壓容器耐壓容器透水板透水板半透膜半透膜板框式膜組件工板框式膜組件工作過(guò)程示意圖作過(guò)程示意圖特點(diǎn)：特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積比管式的小。比管式的小。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：裝卸復(fù)裝卸復(fù)雜，單雜，單位體積位體積膜表面膜表面積小。積小。密封密封密封密封密封密封2）螺旋卷式膜組件一個(gè)膜葉結(jié)構(gòu)示意圖）螺旋卷式膜組件一個(gè)膜葉結(jié)構(gòu)示意圖多孔透水材料多孔透水材料膜，上下兩層膜，上下兩層膜葉膜葉透水網(wǎng)狀材料透過(guò)水透過(guò)水濃濃水水進(jìn)進(jìn)水水螺旋卷式膜組件組合示意圖螺旋卷式膜組件組合示意圖進(jìn)進(jìn)水水口口耐壓耐壓容器容器連連接接器器膜膜組組件件密密封封圈圈端端蓋蓋透透過(guò)過(guò)液液濃濃縮縮液液工工業(yè)業(yè)應(yīng)應(yīng)

26、用用的的反反滲滲透透裝裝置置3 3）中空纖維式反滲透膜組件）中空纖維式反滲透膜組件 中空纖維膜組件是由中空纖維膜制成的。中空纖維膜組件是由中空纖維膜制成的。 中空纖維外徑中空纖維外徑50200 m，內(nèi)徑，內(nèi)徑25 42 m。 將數(shù)萬(wàn)至數(shù)十萬(wàn)根中空纖維制成膜束，膜束外側(cè)將數(shù)萬(wàn)至數(shù)十萬(wàn)根中空纖維制成膜束，膜束外側(cè)覆以保護(hù)性格網(wǎng)，內(nèi)部中間放置供分配原水用的覆以保護(hù)性格網(wǎng)，內(nèi)部中間放置供分配原水用的多孔管，膜束兩端用環(huán)氧樹(shù)脂加固。多孔管，膜束兩端用環(huán)氧樹(shù)脂加固。 將其一端切斷，使纖維膜呈開(kāi)口狀，并在這一側(cè)將其一端切斷，使纖維膜呈開(kāi)口狀，并在這一側(cè)放置多孔支撐板。將整個(gè)膜束裝在耐壓筒內(nèi)。放置多孔支撐板。

27、將整個(gè)膜束裝在耐壓筒內(nèi)。 進(jìn)水濃水濃水透過(guò)水透過(guò)水多孔進(jìn)水管多孔進(jìn)水管濃水出口濃水出口淡水出口淡水出口密封密封中空纖維膜中空纖維膜外徑外徑50200內(nèi)徑內(nèi)徑2542密封密封耐壓容器耐壓容器膜斷面圖膜斷面圖 典型的膜分離技術(shù)有微孔過(guò)濾典型的膜分離技術(shù)有微孔過(guò)濾(MF)、超濾、超濾(UF)、反滲透反滲透(RO)、納濾、納濾(NF)、滲析、滲析(D)、電滲析、電滲析(ED)、液膜、液膜(LM)及滲透蒸發(fā)及滲透蒸發(fā)( PV)等，下面分別介紹之。等，下面分別介紹之。6.6.1 微孔過(guò)濾技術(shù)微孔過(guò)濾技術(shù)1. 微孔過(guò)濾和微孔膜的特點(diǎn)微孔過(guò)濾和微孔膜的特點(diǎn) 微孔過(guò)濾技術(shù)始于十九世紀(jì)中葉，是以微孔過(guò)濾技術(shù)始于十

28、九世紀(jì)中葉，是以靜壓差為靜壓差為推動(dòng)力推動(dòng)力，利用篩網(wǎng)狀過(guò)濾介質(zhì)膜的，利用篩網(wǎng)狀過(guò)濾介質(zhì)膜的“篩分篩分”作用進(jìn)行作用進(jìn)行分分離的膜過(guò)程。實(shí)施微孔過(guò)濾的膜稱(chēng)為離的膜過(guò)程。實(shí)施微孔過(guò)濾的膜稱(chēng)為微孔膜微孔膜。6.6 6.6 典型的膜分離技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域典型的膜分離技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域 微孔膜是均勻的多孔薄膜，微孔膜是均勻的多孔薄膜，厚度在厚度在90150m左左右，過(guò)濾粒徑在右，過(guò)濾粒徑在0.02510m之間，操作壓在之間，操作壓在0.010.2MPa。到目前為止，國(guó)內(nèi)外商品化的微孔膜約有。到目前為止，國(guó)內(nèi)外商品化的微孔膜約有13類(lèi)，總計(jì)類(lèi)，總計(jì)400多種。多種。 微孔膜的主要優(yōu)點(diǎn)為：微孔膜的主要優(yōu)點(diǎn)為： 孔

29、徑均勻，過(guò)濾精度高。能孔徑均勻，過(guò)濾精度高。能將液體中所有大于制將液體中所有大于制定孔徑的微粒全部截留定孔徑的微粒全部截留； 孔隙大，流速快。一般微孔膜的孔密度為孔隙大，流速快。一般微孔膜的孔密度為107孔孔/cm2，微孔體積占膜總體積的，微孔體積占膜總體積的7080。由于膜很。由于膜很薄，阻力小，其過(guò)濾速度較常規(guī)過(guò)濾介質(zhì)快幾十倍；薄，阻力小，其過(guò)濾速度較常規(guī)過(guò)濾介質(zhì)快幾十倍； 無(wú)吸附或少吸附。微孔膜厚度一般在無(wú)吸附或少吸附。微孔膜厚度一般在90150m之間，因而吸附量很少，可忽略不計(jì)。之間，因而吸附量很少，可忽略不計(jì)。 無(wú)介質(zhì)脫落。微孔膜為均一的高分子材料，過(guò)無(wú)介質(zhì)脫落。微孔膜為均一的高分子

30、材料，過(guò)濾時(shí)沒(méi)有纖維或碎屑脫落，因此能得到高純度的濾液。濾時(shí)沒(méi)有纖維或碎屑脫落，因此能得到高純度的濾液。 微孔膜的缺點(diǎn)：微孔膜的缺點(diǎn)： 顆粒容量較小，易被堵塞；顆粒容量較小，易被堵塞； 使用時(shí)必須有前道過(guò)濾的配合，否則無(wú)法正常使用時(shí)必須有前道過(guò)濾的配合，否則無(wú)法正常工作。工作。2. 2. 微孔過(guò)濾技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域微孔過(guò)濾技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域 微孔過(guò)濾技術(shù)目前主要在以下方面得到應(yīng)用：微孔過(guò)濾技術(shù)目前主要在以下方面得到應(yīng)用：（1 1）微粒和細(xì)菌的過(guò)濾。）微粒和細(xì)菌的過(guò)濾?？捎糜诳捎糜谒母叨葍艋母叨葍艋?、食品食品和飲料的除菌和飲料的除菌、藥液的過(guò)濾藥液的過(guò)濾、發(fā)酵工業(yè)的空氣凈化和、發(fā)酵工業(yè)的空氣凈化和除菌

31、等。除菌等。（2 2）微粒和細(xì)菌的檢測(cè)。）微粒和細(xì)菌的檢測(cè)。微孔膜可作為微粒和細(xì)菌的微孔膜可作為微粒和細(xì)菌的富集器，從而進(jìn)行微粒和細(xì)菌含量的測(cè)定。富集器，從而進(jìn)行微粒和細(xì)菌含量的測(cè)定。（3 3）氣體、溶液和水的凈化。）氣體、溶液和水的凈化。大氣中懸浮的塵埃、大氣中懸浮的塵埃、纖維、花粉、細(xì)菌、病毒等；溶液和水中存在的纖維、花粉、細(xì)菌、病毒等；溶液和水中存在的微小固體顆粒和微生物，都可借助微孔膜去除。微小固體顆粒和微生物，都可借助微孔膜去除。（4 4）食糖與酒類(lèi)的精制。）食糖與酒類(lèi)的精制。微孔膜對(duì)食糖溶液和啤、微孔膜對(duì)食糖溶液和啤、黃酒等酒類(lèi)進(jìn)行過(guò)濾，可除去食糖中的雜質(zhì)、酒黃酒等酒類(lèi)進(jìn)行過(guò)濾，可

32、除去食糖中的雜質(zhì)、酒類(lèi)中的酵母、霉菌和其他微生物，提高食糖的純類(lèi)中的酵母、霉菌和其他微生物，提高食糖的純度和酒類(lèi)產(chǎn)品的清澈度，延長(zhǎng)存放期。由于是常度和酒類(lèi)產(chǎn)品的清澈度，延長(zhǎng)存放期。由于是常溫操作，不會(huì)使酒類(lèi)產(chǎn)品變味。溫操作，不會(huì)使酒類(lèi)產(chǎn)品變味。（5 5）藥物的除菌和除微粒。）藥物的除菌和除微粒。以前藥物的滅菌主要以前藥物的滅菌主要采用熱壓法。但是熱壓法滅菌時(shí)，細(xì)菌的尸體仍采用熱壓法。但是熱壓法滅菌時(shí)，細(xì)菌的尸體仍留在藥品中。而且對(duì)于熱敏性藥物，如胰島素、留在藥品中。而且對(duì)于熱敏性藥物，如胰島素、血清蛋白等不能采用熱壓法滅菌。對(duì)于這類(lèi)情況，血清蛋白等不能采用熱壓法滅菌。對(duì)于這類(lèi)情況，微孔膜有突出

33、的優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)過(guò)微孔膜過(guò)濾后，細(xì)菌微孔膜有突出的優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)過(guò)微孔膜過(guò)濾后，細(xì)菌被截留，無(wú)細(xì)菌尸體殘留在藥物中。常溫操作也被截留，無(wú)細(xì)菌尸體殘留在藥物中。常溫操作也不會(huì)引起藥物的受熱破壞和變性。不會(huì)引起藥物的受熱破壞和變性。 許多液態(tài)藥物，如注射液、眼藥水等，用常許多液態(tài)藥物，如注射液、眼藥水等，用常規(guī)的過(guò)濾技術(shù)難以達(dá)到要求，必須采用微濾技術(shù)。規(guī)的過(guò)濾技術(shù)難以達(dá)到要求，必須采用微濾技術(shù)。1. 1. 超濾和超濾膜的特點(diǎn)超濾和超濾膜的特點(diǎn) 超濾技術(shù)始于超濾技術(shù)始于 1861 1861 年，其年，其過(guò)濾粒徑介于微過(guò)濾粒徑介于微濾和反滲透之間，約濾和反滲透之間，約5 510nm10nm，在，在 0.10.10

34、.5MPa 0.5MPa 的靜壓差推動(dòng)下截留各種可溶性大分子的靜壓差推動(dòng)下截留各種可溶性大分子，如多糖、，如多糖、蛋白質(zhì)、酶等相對(duì)分子質(zhì)量大于蛋白質(zhì)、酶等相對(duì)分子質(zhì)量大于500500的大分子及膠的大分子及膠體，形成濃縮液，達(dá)到溶液的凈化、分離及濃縮體，形成濃縮液，達(dá)到溶液的凈化、分離及濃縮目的。目的。 超濾技術(shù)的核心部件是超濾技術(shù)的核心部件是超濾膜超濾膜，分離截留的分離截留的原理為篩分原理為篩分，小于孔徑的微粒隨溶劑一起透過(guò)膜，小于孔徑的微粒隨溶劑一起透過(guò)膜上的微孔，而大于孔徑的微粒則被截留。膜上微上的微孔，而大于孔徑的微粒則被截留。膜上微孔的尺寸和形狀決定膜的分離效率?？椎某叽绾托螤顩Q定膜的

35、分離效率。6.6.2 6.6.2 超濾技術(shù)超濾技術(shù) 超濾膜均為超濾膜均為不對(duì)稱(chēng)膜不對(duì)稱(chēng)膜，形式有平板式、卷式、管，形式有平板式、卷式、管式和中空纖維狀等。超濾膜的結(jié)構(gòu)一般由式和中空纖維狀等。超濾膜的結(jié)構(gòu)一般由三層結(jié)構(gòu)組三層結(jié)構(gòu)組成成。即最上層的。即最上層的表面活性層表面活性層，致密而光滑，厚度為，致密而光滑，厚度為0.10.11.5m1.5m，其中細(xì)孔孔徑一般小于，其中細(xì)孔孔徑一般小于10nm10nm；中間的；中間的過(guò)渡層過(guò)渡層，具有大于，具有大于10nm10nm的細(xì)孔，厚度一般為的細(xì)孔，厚度一般為1 110m10m；最下面的最下面的支撐層支撐層，厚度為，厚度為5050250m250m，具有，

36、具有50nm50nm以上以上的孔。支撐層的作用為起支撐作用，提高膜的機(jī)械強(qiáng)的孔。支撐層的作用為起支撐作用，提高膜的機(jī)械強(qiáng)度。膜的分離性能主要取決于表面活性層和過(guò)度層度。膜的分離性能主要取決于表面活性層和過(guò)度層。 中空纖維狀超濾膜的外徑為中空纖維狀超濾膜的外徑為0.52m。特點(diǎn)是。特點(diǎn)是直徑小，強(qiáng)度高，不需要支撐結(jié)構(gòu)，管內(nèi)外能承受直徑小，強(qiáng)度高，不需要支撐結(jié)構(gòu)，管內(nèi)外能承受較大的壓力差。此外，單位體積中空纖維狀超濾膜較大的壓力差。此外，單位體積中空纖維狀超濾膜的內(nèi)表面積很大，能有效提高滲透通量。的內(nèi)表面積很大，能有效提高滲透通量。 制備超濾膜的材料主要有制備超濾膜的材料主要有聚砜、聚酰胺、聚丙聚

37、砜、聚酰胺、聚丙烯腈和醋酸纖維素烯腈和醋酸纖維素等。超濾膜的工作條件取決于膜等。超濾膜的工作條件取決于膜的材質(zhì)，如醋酸纖維素超濾膜適用于的材質(zhì)，如醋酸纖維素超濾膜適用于pH = 38，三，三醋酸纖維素超濾膜適用于醋酸纖維素超濾膜適用于pH = 29，芳香聚酰胺超，芳香聚酰胺超濾膜適用于濾膜適用于pH = 59，溫度，溫度040，而聚醚砜超，而聚醚砜超濾膜的使用溫度則可超過(guò)濾膜的使用溫度則可超過(guò)100。2. 2. 超濾膜技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域超濾膜技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域 超濾膜的應(yīng)用也十分廣泛，在作為超濾膜的應(yīng)用也十分廣泛，在作為反滲透預(yù)反滲透預(yù)處理、飲用水制備、制藥、色素提取、陽(yáng)極電泳處理、飲用水制備、制藥、色素

38、提取、陽(yáng)極電泳漆和陰極電泳漆的生產(chǎn)、電子工業(yè)高純水的制備、漆和陰極電泳漆的生產(chǎn)、電子工業(yè)高純水的制備、工業(yè)廢水的處理工業(yè)廢水的處理等眾多領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用。等眾多領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用。 超濾技術(shù)主要用于含分子量超濾技術(shù)主要用于含分子量500500500,000500,000的的微粒溶液的分離，是目前應(yīng)用最廣的膜分離過(guò)程微粒溶液的分離，是目前應(yīng)用最廣的膜分離過(guò)程之一，它的應(yīng)用領(lǐng)域涉及化工、食品、醫(yī)藥、生之一，它的應(yīng)用領(lǐng)域涉及化工、食品、醫(yī)藥、生化等。主要可歸納為以下方面。化等。主要可歸納為以下方面。（1 1）純水的制備。）純水的制備。超濾技術(shù)廣泛用于水中的細(xì)菌、超濾技術(shù)廣泛用于水中的細(xì)菌、病毒

39、和其他異物的除去，用于制備高純飲用水、病毒和其他異物的除去，用于制備高純飲用水、電子工業(yè)超凈水和醫(yī)用無(wú)菌水等。電子工業(yè)超凈水和醫(yī)用無(wú)菌水等。（2 2）汽車(chē)、家具等制品電泳涂裝淋洗水的處理。）汽車(chē)、家具等制品電泳涂裝淋洗水的處理。汽車(chē)、家具等制品的電泳涂裝淋洗水中常含有汽車(chē)、家具等制品的電泳涂裝淋洗水中常含有1 12 2的涂料（高分子物質(zhì)），用超濾裝置可的涂料（高分子物質(zhì)），用超濾裝置可分離出清水重復(fù)用于清洗，同時(shí)又使涂料得到濃分離出清水重復(fù)用于清洗，同時(shí)又使涂料得到濃縮重新用于電泳涂裝?？s重新用于電泳涂裝。（3 3）食品工業(yè)中的廢水處理。）食品工業(yè)中的廢水處理。在牛奶加工廠中用在牛奶加工廠中用

40、超濾技術(shù)可從乳清中分離蛋白和低分子量的乳糖。超濾技術(shù)可從乳清中分離蛋白和低分子量的乳糖。（4 4）果汁、酒等飲料的消毒與澄清。）果汁、酒等飲料的消毒與澄清。應(yīng)用超濾技術(shù)可應(yīng)用超濾技術(shù)可除去果汁的果膠和酒中的微生物等雜質(zhì)，使果汁和除去果汁的果膠和酒中的微生物等雜質(zhì)，使果汁和酒在凈化處理的同時(shí)保持原有的色、香、味，操作酒在凈化處理的同時(shí)保持原有的色、香、味，操作方便，成本較低。方便，成本較低。（5 5）在醫(yī)藥和生化工業(yè)中用于處理熱敏性物質(zhì)，）在醫(yī)藥和生化工業(yè)中用于處理熱敏性物質(zhì)，分離分離濃縮生物活性物質(zhì)，從生物中提取藥物等。濃縮生物活性物質(zhì)，從生物中提取藥物等。（6 6）造紙廠的廢水處理。）造紙廠

41、的廢水處理。6.6.3 6.6.3 反滲透技術(shù)反滲透技術(shù)1. 1. 反滲透原理及反滲透膜的特點(diǎn)反滲透原理及反滲透膜的特點(diǎn) 滲透是自然界一種常見(jiàn)的現(xiàn)象。人類(lèi)很早以滲透是自然界一種常見(jiàn)的現(xiàn)象。人類(lèi)很早以前就已經(jīng)自覺(jué)或不自覺(jué)地使用滲透或反滲透分離前就已經(jīng)自覺(jué)或不自覺(jué)地使用滲透或反滲透分離物質(zhì)。目前，反滲透技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為一種普遍物質(zhì)。目前，反滲透技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為一種普遍使用的現(xiàn)代分離技術(shù)。在使用的現(xiàn)代分離技術(shù)。在海水和苦咸水的脫鹽淡海水和苦咸水的脫鹽淡化化、超純水制備超純水制備、廢水處理等方面，反滲透技術(shù)、廢水處理等方面，反滲透技術(shù)有其他方法不可比擬的優(yōu)勢(shì)。有其他方法不可比擬的優(yōu)勢(shì)。 滲透和反滲透的

42、原理如滲透和反滲透的原理如圖圖所示。如果用一張只所示。如果用一張只能透過(guò)水而不能透過(guò)溶質(zhì)的半透膜將兩種不同濃度能透過(guò)水而不能透過(guò)溶質(zhì)的半透膜將兩種不同濃度的水溶液隔開(kāi)，水會(huì)自然地透過(guò)半透膜滲透從低濃的水溶液隔開(kāi)，水會(huì)自然地透過(guò)半透膜滲透從低濃度水溶液向高濃度水溶液一側(cè)遷移，這一現(xiàn)象稱(chēng)度水溶液向高濃度水溶液一側(cè)遷移，這一現(xiàn)象稱(chēng)滲滲透透（圖（圖a a）。這一過(guò)程的推動(dòng)力是低濃度溶液中水的。這一過(guò)程的推動(dòng)力是低濃度溶液中水的化學(xué)位與高濃度溶液中水的化學(xué)位之差，表現(xiàn)為水化學(xué)位與高濃度溶液中水的化學(xué)位之差，表現(xiàn)為水的滲透壓。隨著水的滲透，高濃度水溶液一側(cè)的液的滲透壓。隨著水的滲透，高濃度水溶液一側(cè)的液面

43、升高，壓力增大。當(dāng)液面升高至面升高，壓力增大。當(dāng)液面升高至H H時(shí)，滲透達(dá)到平時(shí)，滲透達(dá)到平衡，兩側(cè)的壓力差就稱(chēng)為滲透壓衡，兩側(cè)的壓力差就稱(chēng)為滲透壓（圖（圖b b）。 滲透過(guò)程達(dá)到平衡后，水不再有滲透，滲透通滲透過(guò)程達(dá)到平衡后，水不再有滲透，滲透通量為零。量為零。 滲透與反滲透原理示意圖滲透與反滲透原理示意圖 如果在高濃度水溶液一側(cè)加壓，使高濃度水溶如果在高濃度水溶液一側(cè)加壓，使高濃度水溶液側(cè)與低濃度水溶液側(cè)的壓差大于滲透壓，則高濃液側(cè)與低濃度水溶液側(cè)的壓差大于滲透壓，則高濃度水溶液中的水將通過(guò)半透膜流向低濃度水溶液側(cè)，度水溶液中的水將通過(guò)半透膜流向低濃度水溶液側(cè)，這一過(guò)程就稱(chēng)為反滲透（圖這一

44、過(guò)程就稱(chēng)為反滲透（圖c c）。）。 反滲透技術(shù)反滲透技術(shù)所分離的物質(zhì)的分子量一般小于所分離的物質(zhì)的分子量一般小于500500，操作壓力為操作壓力為 2 2100MPa100MPa。 用于實(shí)施反滲透操作的膜為用于實(shí)施反滲透操作的膜為反滲透膜反滲透膜。反滲透。反滲透膜大部分為膜大部分為不對(duì)稱(chēng)膜不對(duì)稱(chēng)膜，孔徑小于孔徑小于0.5nm0.5nm，可截留溶質(zhì)，可截留溶質(zhì)分子。分子。 制備反滲透膜的材料主要有制備反滲透膜的材料主要有醋酸纖維素、芳醋酸纖維素、芳香族聚酰胺、聚苯并咪唑、磺化聚苯醚、聚芳砜、香族聚酰胺、聚苯并咪唑、磺化聚苯醚、聚芳砜、聚醚酮、聚芳醚酮、聚四氟乙烯聚醚酮、聚芳醚酮、聚四氟乙烯等。等

45、。 反滲透膜的分離機(jī)理至今尚有許多爭(zhēng)論，主反滲透膜的分離機(jī)理至今尚有許多爭(zhēng)論，主要有氫鍵理論、要有氫鍵理論、選擇吸附選擇吸附- -毛細(xì)管流動(dòng)理論毛細(xì)管流動(dòng)理論、溶溶解擴(kuò)散理論解擴(kuò)散理論等。等。 反滲透反滲透、超濾超濾和和微孔過(guò)濾微孔過(guò)濾都是以都是以壓力差壓力差為推動(dòng)力為推動(dòng)力使溶劑通過(guò)膜的分離過(guò)程，它們組成了分離溶液中使溶劑通過(guò)膜的分離過(guò)程，它們組成了分離溶液中的的離子離子、分子分子到到固體微粒固體微粒的三級(jí)膜分離過(guò)程。一般的三級(jí)膜分離過(guò)程。一般來(lái)說(shuō)，來(lái)說(shuō)，分離溶液中分子量低于分離溶液中分子量低于500500的低分子物質(zhì)，應(yīng)的低分子物質(zhì)，應(yīng)該采用反滲透膜；分離溶液中分子量大于該采用反滲透膜；分

46、離溶液中分子量大于500500的大分的大分子或極細(xì)的膠體粒子可以選擇超濾膜，而分離溶液子或極細(xì)的膠體粒子可以選擇超濾膜，而分離溶液中的直徑中的直徑0.10.110m10m的粒子應(yīng)該選微孔膜的粒子應(yīng)該選微孔膜。以上關(guān)。以上關(guān)于反滲透膜、超濾膜和微孔膜之間的分界并不是十于反滲透膜、超濾膜和微孔膜之間的分界并不是十分嚴(yán)格、明確的，它們之間可能存在一定的相互重分嚴(yán)格、明確的，它們之間可能存在一定的相互重疊。疊。反滲透與超濾、微孔過(guò)濾的比較反滲透與超濾、微孔過(guò)濾的比較 微孔過(guò)濾、超濾和反滲透技術(shù)的原理和操作特微孔過(guò)濾、超濾和反滲透技術(shù)的原理和操作特點(diǎn)比較下表所示。點(diǎn)比較下表所示。反滲透、超濾和微孔過(guò)濾技

47、術(shù)的原理和操作特點(diǎn)比較反滲透、超濾和微孔過(guò)濾技術(shù)的原理和操作特點(diǎn)比較分離技術(shù)類(lèi)型分離技術(shù)類(lèi)型反滲透反滲透超濾超濾微孔過(guò)濾微孔過(guò)濾膜的形式膜的形式表面致密的非對(duì)稱(chēng)膜、復(fù)合膜表面致密的非對(duì)稱(chēng)膜、復(fù)合膜等等非對(duì)稱(chēng)膜，表面有微孔非對(duì)稱(chēng)膜，表面有微孔微孔膜微孔膜膜材料膜材料纖維素、聚酰胺等纖維素、聚酰胺等聚丙烯腈、聚砜等聚丙烯腈、聚砜等纖維素、纖維素、PVCPVC等等操作壓力操作壓力 /MPa/MPa2 21001000.10.10.50.50.010.010.20.2分離的物質(zhì)分離的物質(zhì)分子量小于分子量小于500500的小分子物質(zhì)的小分子物質(zhì)分子量大于分子量大于500500的大分的大分子和細(xì)小膠體微粒

48、子和細(xì)小膠體微粒0.10.110m10m的粒子的粒子分離機(jī)理分離機(jī)理非簡(jiǎn)單篩分，膜的物化性能對(duì)非簡(jiǎn)單篩分，膜的物化性能對(duì)分離起主要作用分離起主要作用篩分，膜的物化性能對(duì)篩分，膜的物化性能對(duì)分離起一定作用分離起一定作用篩分，膜的物理結(jié)篩分，膜的物理結(jié)構(gòu)對(duì)分離起決定作構(gòu)對(duì)分離起決定作用用水的滲透通量水的滲透通量 /(m/(m3 3.m.m-2-2.d.d-1-1) )0.10.12.52.50.50.55 520202002003. 3. 反滲透膜技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域反滲透膜技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域 反滲透膜最早應(yīng)用于苦咸水淡化。隨著膜技反滲透膜最早應(yīng)用于苦咸水淡化。隨著膜技術(shù)的發(fā)展，反滲透技術(shù)已擴(kuò)展到化工、電子及醫(yī)

49、術(shù)的發(fā)展，反滲透技術(shù)已擴(kuò)展到化工、電子及醫(yī)藥等領(lǐng)域。反滲透過(guò)程主要是從水溶液中分離出藥等領(lǐng)域。反滲透過(guò)程主要是從水溶液中分離出水，分離過(guò)程無(wú)相變化，不消耗化學(xué)藥品，這些水，分離過(guò)程無(wú)相變化，不消耗化學(xué)藥品，這些基本特征決定了它以下的應(yīng)用范圍。基本特征決定了它以下的應(yīng)用范圍。（1 1）海水、苦咸水的淡化制取生活用水，硬水軟化）海水、苦咸水的淡化制取生活用水，硬水軟化制備鍋爐用水，高純水的制備制備鍋爐用水，高純水的制備。近年來(lái)，反滲透。近年來(lái)，反滲透技術(shù)在家用飲水機(jī)及直飲水給水系統(tǒng)中的應(yīng)用更技術(shù)在家用飲水機(jī)及直飲水給水系統(tǒng)中的應(yīng)用更體現(xiàn)了其優(yōu)越性。體現(xiàn)了其優(yōu)越性。（2）在醫(yī)藥、食品工業(yè)中用以濃縮藥

50、液、果汁、）在醫(yī)藥、食品工業(yè)中用以濃縮藥液、果汁、咖啡浸液等咖啡浸液等。與常用的冷凍干燥和蒸發(fā)脫水濃縮。與常用的冷凍干燥和蒸發(fā)脫水濃縮等工藝比較，反滲透法脫水濃縮成本較低，而且等工藝比較，反滲透法脫水濃縮成本較低，而且產(chǎn)品的療效、風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)等均不受影響。產(chǎn)品的療效、風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)等均不受影響。（3）印染、食品、造紙等工業(yè)中用于處理污水）印染、食品、造紙等工業(yè)中用于處理污水，回收利用廢業(yè)中有用的物質(zhì)等?；厥绽脧U業(yè)中有用的物質(zhì)等。6.6.4 6.6.4 納濾技術(shù)納濾技術(shù)1. 1. 納濾膜的特點(diǎn)納濾膜的特點(diǎn) 納濾膜是八十年代在反滲透復(fù)合膜基礎(chǔ)上開(kāi)納濾膜是八十年代在反滲透復(fù)合膜基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的，是超低壓

51、反滲透技術(shù)的延續(xù)和發(fā)展分發(fā)出來(lái)的，是超低壓反滲透技術(shù)的延續(xù)和發(fā)展分支，早期被稱(chēng)作支，早期被稱(chēng)作低壓反滲透膜低壓反滲透膜或或松散反滲透膜松散反滲透膜。目前，納濾膜已從反滲透技術(shù)中分離出來(lái)，成為目前，納濾膜已從反滲透技術(shù)中分離出來(lái)，成為獨(dú)立的分離技術(shù)。獨(dú)立的分離技術(shù)。 納濾膜主要用于納濾膜主要用于截留粒徑在截留粒徑在0.10.11nm1nm，分子，分子量為量為10001000左右的物質(zhì)，可以使一價(jià)鹽和小分子物左右的物質(zhì)，可以使一價(jià)鹽和小分子物質(zhì)透過(guò)，具有較小的操作壓（質(zhì)透過(guò)，具有較小的操作壓（0.50.51MPa1MPa）。其被。其被分離物質(zhì)的尺寸介于反滲透膜和超濾膜之間，但分離物質(zhì)的尺寸介于反滲

52、透膜和超濾膜之間，但與上述兩種膜有所交叉。與上述兩種膜有所交叉。 目前關(guān)于納濾膜的研究多集中在應(yīng)用方面，目前關(guān)于納濾膜的研究多集中在應(yīng)用方面，而有關(guān)納濾膜的制備、性能表征、傳質(zhì)機(jī)理等的而有關(guān)納濾膜的制備、性能表征、傳質(zhì)機(jī)理等的研究還不夠系統(tǒng)、全面。進(jìn)一步改進(jìn)納濾膜的制研究還不夠系統(tǒng)、全面。進(jìn)一步改進(jìn)納濾膜的制作工藝，研究膜材料改性，將可極大提高納濾膜作工藝，研究膜材料改性，將可極大提高納濾膜的分離效果與清洗周期。的分離效果與清洗周期。6.6.5 6.6.5 離子交換膜離子交換膜1.離子交換膜的分類(lèi)離子交換膜的分類(lèi)（1）按可交換離子性質(zhì)分類(lèi)）按可交換離子性質(zhì)分類(lèi) 與離子交換樹(shù)脂類(lèi)似，離子交換膜按其可交換與離子交換樹(shù)脂類(lèi)似，離子交換膜按其可交換離子的性能可分為離子的性能可分為陽(yáng)離子交換膜、陰離子交換膜陽(yáng)離子交換膜、陰離子交換膜和雙極離子交換膜和雙極離子交換膜。這三種膜的可交換離子分別。這三種膜的可交換離子分別對(duì)應(yīng)為陽(yáng)離子、陰離子和陰陽(yáng)離子。對(duì)應(yīng)為陽(yáng)離子、陰離子和陰陽(yáng)離子。（2 2）按膜的結(jié)構(gòu)和功能分類(lèi)）按膜的結(jié)構(gòu)和功能分類(lèi) 按膜的結(jié)構(gòu)與功能可將離子交換膜分為按膜的結(jié)構(gòu)與功能可將離子交換膜分為普通普通離子交換膜、雙極離子交換膜和鑲嵌膜離子交換膜、雙極離子交換膜和鑲嵌膜三種。三種。 普通離子