中空纖維膜材料比較

1、中空纖維膜材料比較(總7頁)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-CompanyOnel-CAL-本頁僅作為文檔封面，使用請直接刪除 Section1膜分離技術(shù)膜分離技術(shù)是一種利用半透膜將組分從流過半透膜的料液進(jìn)行機(jī)械分離的一種先進(jìn)的分離技術(shù)。在半透膜的膜壁上分布著眾多的微孔，正是這些微孔決定了半透膜的分離性能。根據(jù)微孔孔徑的不同，可將分離膜分為微濾（MF）、超濾（UF）、反滲透（RO）、納濾（NF）等。由于膜分離技術(shù)具有諸多優(yōu)勢，如常溫下操作、分離過程無相變、節(jié)能、污染小等，作為一項成熟的技術(shù)，它已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)用水及生活用水的制備，藻類和細(xì)菌的脫除，食品工業(yè)以及飲料果汁的提純等。在

2、解決水資源缺乏的問題上，膜分離過程起到了非常重要的作用。在水與廢水循環(huán)回用方面，膜的特殊作用顯得十分重要，尤其在水供應(yīng)缺乏的地區(qū)，更引起人們的極大關(guān)注，實踐證明這項技術(shù)已經(jīng)在工業(yè)和生活污水處理領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。超/微濾是細(xì)菌和隱孢子蟲、鞭毛蟲等原生寄生蟲的絕對屏障（一般細(xì)菌的粒徑范圍在0.20.6m之間），因此超濾膜被廣泛應(yīng)用于污水回用和城市給水處理，特別是作為RO系統(tǒng)的預(yù)處理方法，更顯示了超濾膜的優(yōu)越性。膜分離孔徑和分離對象如下表和下圖所示表1膜分離孔徑細(xì)菌、懸浮物，賈|第鞭毛蟲，隱抱子!蟲，酵母鹽水鹽蛋白質(zhì)、病毒、鹽、膠體.鹽、膠體、殺1蟲劑蛋白質(zhì)、病毒；鹽、膠體、殺：蟲劑!5k1-h

3、微濾超濾納濾反滲透圖1膜分離圖譜上圖顯示了水中各種雜質(zhì)的大小和去除它們所使用的分離方法,反滲透主要用來去除水中溶解的無機(jī)鹽；而超 #濾則可以去除病毒、大分子物質(zhì)、肢體等；超/微濾能夠去除水中的細(xì)菌、灰塵,具有很好的除濁效果，這是傳統(tǒng)的過濾（如砂濾、多介質(zhì)過濾等）工藝無法實現(xiàn)的。起濾膜分離產(chǎn)品從形式上分為中空纖維、管式、卷式、平板式等,從材質(zhì)上分PP、PE、PS、PES、PVDF、PAN等多種。這些膜產(chǎn)品能夠具備優(yōu)異的分離能力,是和它的結(jié)構(gòu)及材料密不可分的。圖2顯示了聚合物膜材料的結(jié)構(gòu)。圖2聚合物膜材料的結(jié)構(gòu)膜分離產(chǎn)品最近受到了市場的高度關(guān)注,這是因為它具有如下的優(yōu)點:V對雜質(zhì)的去除效率高，產(chǎn)水

4、水質(zhì)大大好于傳統(tǒng)方法；V大大減少化學(xué)藥劑的使用，避免相當(dāng)污染；系統(tǒng)易于自動化，可靠性高。運行簡易，設(shè)施只有開啟，關(guān)閉兩檔；占地面積?。还?jié)約水源，比常規(guī)水處理系統(tǒng)費用低廉。Section2技術(shù)對比分析2.1中空纖維超濾膜材料性能目前市場上比較常見的是聚砜（PS）、聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、聚氯乙?。≒VC）、聚醚砜（PES）、聚偏氟乙烯（PVDF）等六類。其中，PS多用于水質(zhì)較好的處理過程（如純水制備）、血液透析、氣體分離等領(lǐng)域。PE、PP、PVC多用于水凈化領(lǐng)域（如自來水處理等）。PES的適應(yīng)性較強(qiáng)，可適用于水凈化、中水回用等領(lǐng)域。PVDF適應(yīng)性最強(qiáng)，可適用于水凈化、中水回用、工業(yè)廢水處

5、理等各個領(lǐng)域。2.1.1烯烴類（PP、PE、PVC）（1）聚乙烯（PE）聚乙烯是最結(jié)構(gòu)簡單的高分子，也是應(yīng)用最廣泛的高分子材料。它是由重復(fù)的-CH2-單元連接而成的。聚乙烯是通過乙烯（CH2=CH2）的加成聚合而成的。聚乙烯的性能取決于它的聚合方式。在中等壓力（15-30大氣壓）有機(jī)化合物催化條件下進(jìn)行Ziegler-Natta聚合而成的是高密度聚乙烯（HDPE）。這種條件下聚合的聚乙烯分子是線性的，且分子鏈很長，分子量高達(dá)幾十萬。如果是在高壓力（100-300MPa），高溫（190-210C）,過氧化物催化條件下自由基聚 # 聚乙烯無臭，無毒，具有優(yōu)良的耐低溫性能（最低使用溫度可達(dá)-70-1

6、00C。），化學(xué)穩(wěn)定性好，能耐大多數(shù)酸堿（鹽酸、檸檬酸等）的侵蝕，耐氧化性能差，不耐氧化劑和具有氧化性質(zhì)的酸。常溫下可耐受一般溶劑（醇、烴等）；耐熱老化性差。聚丙?。≒P）聚丙烯（polypropylene）的分子結(jié)構(gòu)式為：聚丙烯的分子結(jié)構(gòu)為典型的主體規(guī)整結(jié)構(gòu)，為結(jié)晶聚合物，其分子量為1050萬。比重：0.9-0.91克/立方厘米，成型收縮率:1.02.5%成型溫度：160-220C聚丙烯的特點：強(qiáng)度、剛度、硬度耐熱性均優(yōu)于低壓聚乙烯，可在100C左右使用，具有良好的電性能和高頻絕緣性不受濕度影響，但低溫時變脆、不耐磨、易老化，可耐一般的酸堿和化學(xué)溶劑，耐氧化劑性能差。（3）聚氯乙?。≒VC）

7、聚氯乙稀（PVC）是產(chǎn)量最大的三大合成樹脂之一，是一種非結(jié)晶態(tài)的熱塑性塑料，沒有明顯的熔點，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度在80C左右，常溫條件下韌性較差。PVC可耐甲醇、乙醇、乙二醇、醇類、醋酸等，不耐丙酮、環(huán)己酮、硝基苯等有機(jī)溶劑。PVC耐氧化性能與聚乙烯（PE）接近，在氧化物存在條件下，易發(fā)生部分分解。同時，PVC分子中含有氯元素，在長期使用過程中會發(fā)生析出，影響過濾水質(zhì)。2.1.2聚砜（PS）和聚醚砜（PES）（1）聚砜（PS）聚砜（PS）是一類在分子主鏈上含有砜基的芳香族非結(jié)晶高性能的熱塑性工程塑料。PS可溶于二氯甲烷、二氯乙烯和芳烴等極性有機(jī)溶劑，相對密度1.24,吸水性（24h）0.22%，成型

8、收縮率0.7%；熔融溫度190C；，玻璃化溫度150%，熱變形溫度（1.82MPa）174C，連續(xù)使用溫度-1.00+150%；拉伸強(qiáng)度71.54MPa，彎曲強(qiáng)度105.8MPa,壓縮強(qiáng)度95.1MPa,拉伸模量2.5GPa，缺口沖擊強(qiáng)度（kj/m2）6.97.8；體積電阻率1015Qcm。聚砜的主鏈為苯環(huán)，通過醚、砜、異丙基等基“鉸鏈“聯(lián)接而成，因此兼有聚芳砜的剛性、耐熱性及聚芳醚的柔性，水解穩(wěn)定性、尺寸穩(wěn)定性好，在室溫下具有良好的形變穩(wěn)定性；具有突出的熱穩(wěn)定性，長期使用溫度為160C，短期使用溫度為190C，能在-100C+150C范圍內(nèi)保持良好的性能。PS具有優(yōu)良的力學(xué)性能，拉伸強(qiáng)度為7

9、075MPa，彎曲模量2680MPa，并具有突出的長期耐蠕變性，在長期時間使用過程中機(jī)械性能仍能保持不變。在150C下長時間熱老化 PS易于加工成型，可耐受常見的酸、堿、醇、脂肪烴等化學(xué)試劑。PS不耐硝酸、硫酸等強(qiáng)酸，不耐強(qiáng)氧化劑（如次氯酸鈉、二氧化氯、雙氧水、臭氧等），不耐極性溶劑（如二氯甲烷、二氯乙烯和芳烴）。聚醚砜（PES）聚醚砜分子結(jié)構(gòu)如下：PES分子結(jié)構(gòu)中的-SO2集團(tuán)由于兩側(cè)苯基的存在而比較穩(wěn)定，苯醚或者苯砜集團(tuán)具有一定的熱穩(wěn)定性和抗氧化性。由于聚醚砜分子結(jié)構(gòu)中不存在任何酯類結(jié)構(gòu)的單元，聚醚砜具有出色的熱性能和較強(qiáng)的氧化穩(wěn)定性。聚醚砜連續(xù)使用溫度為180C。，聚醚砜耐應(yīng)力開裂，不溶

10、于極性溶劑如酮類和一些含鹵碳?xì)浠衔?。耐水解，耐大多?shù)酸、堿、脂類碳?xì)浠衔?、醇、油及脂類?？梢酝ㄟ^對其分子量的控制或添加各種增強(qiáng)材料、各種纖維，以提高聚合物的性能。該樹脂滿足美國FDA要求可使用于與食品接觸的制件。特點：pH耐受范圍寬，可以達(dá)到2-10；易加工成型，可制成多孔徑的膜，從1nm到0,2um；耐多數(shù)化學(xué)溶劑性能較好。但不耐芳烴、酮、醚、酯等。缺點：耐壓性能不好，平板膜低于7bar。聚砜中空纖維膜低于1,7bar。疏水性，易于污堵。耐氧化性較PS強(qiáng)，但長期或者高濃度的氧化性清洗劑會對膜材料造成一定的破壞。2.1.3聚偏氟乙烯（PVDF）聚偏氟乙烯（PVDF）是一種半結(jié)晶態(tài)的聚合物，

11、密度為1.751.78g/cm3，吸水率0.04%，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為-39C。，脆化溫度在-62C以下，結(jié)晶熔點約170C，熱分解溫度大于316C。，長期使用溫度范圍為-40C150C。PVDF材料耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性、耐輻射性、物理機(jī)械性能良好，它的突出優(yōu)點是化學(xué)穩(wěn)定性好，在室溫下不易被酸、堿、強(qiáng)氧化劑和鹵素所腐蝕，脂肪烴、醇、醛、酮等有機(jī)溶劑對它也無影響。PVDF的一個重要特點是韌性高，拉伸強(qiáng)度為500kg/cm2，沖擊強(qiáng)度和耐磨性能也都較好，同時它還具有極好的耐氣候性，在波長為200400nm的紫外線下照射一年，其性能基本不變。由于其突出的化學(xué)穩(wěn)定性、耐輻射性、抗污染性和耐熱性更使其在膜分

12、離領(lǐng)域大顯身手，已經(jīng)形成了一系列的PVDF分離膜，已成功地應(yīng)用于化工、電子、紡織、食品、生化等領(lǐng)域。 # PVDF分子結(jié)構(gòu)是：優(yōu)點：pH耐受范圍寬，可以達(dá)到113甚至更寬；抗氧化能力極強(qiáng)，可經(jīng)受苛刻的氧化清洗條件；可耐烴類、酯類、醇類、醚類等絕大多數(shù)化學(xué)溶劑；耐生物降解；與聚醚砜類似，PVDF的也是疏水性，可以經(jīng)過多種方式進(jìn)行親水改性。改性后其親水性可以達(dá)到相當(dāng)令人滿意的程度。2.2主要超濾膜材料性能的評價超濾用于地表水、工業(yè)水處理或反滲透預(yù)處理時，對于材質(zhì)的關(guān)心主要集中在兩個方面：首先是化學(xué)穩(wěn)定性，其次是親水性?；瘜W(xué)穩(wěn)定性決定了材料在酸堿、氧化劑、微生物等的作用下的壽命，還直接關(guān)系到清洗可以

13、采取的方法；親水性則決定了膜材料對水中有機(jī)污染物的吸附程度，直接影響膜的通量。由于地表水、市政污水、各種工業(yè)污水中多含有較多的藻類、細(xì)菌等微生物，必須考慮在膜系統(tǒng)中加入次氯酸鈉、二氧化氯、雙氧水等殺菌劑，以抑制微生物生長繁殖；同時，微生物和有機(jī)污染往往是造成膜污染的主要原因，氧化劑清洗是膜通量恢復(fù)的有效手段，因此膜材料的耐氧化劑性能顯得尤為重要。與PE、PAN、PES等膜材料相比，PVDF膜材料具有優(yōu)良的耐氧化劑性能，其耐氧化劑（耐余氯可達(dá)4800000ppmh）的能力是PES等材料的10倍以上，可以保證膜材料在不同環(huán)境條件下能夠正常使用。PVDF材料與PES等材料相比，其耐受氧化劑清洗的能力更強(qiáng)。因而便于清洗，污堵后經(jīng)過清洗可以能夠更好的恢復(fù)性能并長期保持通量穩(wěn)定。對于常見的酸堿化學(xué)試劑的耐受能力依次為PVDFPESPVCPEPPPS。對于常見的氧化劑的耐受能力依次為PVDFPESPVCPEPPPS。對于常見的有機(jī)溶劑的耐受能力依次為PVDFPESPVCPEPPPS。表2中空纖維膜材料耐化學(xué)劑性能材質(zhì)，化學(xué)劑聚偏氟乙烯（PVDF）聚醚砜（PES）聚氯乙烯（PVC）聚乙烯酸冰醋酸CNNN醋酸，25%CCCC 鹽酸，25%CCCC硫酸，25%C堿NaOH,3NC醇類丁醇LLLL苯甲醇CNNN乙醇C甘油CCCC烴類己烷CLLL二甲苯CCCC甲苯CSSS苯CSSS鹵代烴四氯化碳CCCC