高分子分离膜材料

1、高分子分离膜材料 姓名：+ 学号：+ 高分子分离膜材料高分子分离膜材料 高分子分离膜概述高分子分离膜概述 高分子分离膜的材料高分子分离膜的材料 高分子分离膜的制备高分子分离膜的制备 一、高分子分离膜概述一、高分子分离膜概述 1. 高分子分离膜及膜分离的定义高分子分离膜及膜分离的定义 分离膜分离膜：若在一个流体相内或两个流体相之间有一薄层凝聚相物质能把流体：若在一个流体相内或两个流体相之间有一薄层凝聚相物质能把流体 相分隔开来成为两部分，那么这一凝聚相物质就可称为分离膜。相分隔开来成为两部分，那么这一凝聚相物质就可称为分离膜。 分离膜具有选择透过性，它可以是固态的，也可以是液态的。分离膜具有选择

2、透过性，它可以是固态的，也可以是液态的。 膜分离膜分离是一种很重要的分离技术，它的分离过程通常称为膜过程，也就是利是一种很重要的分离技术，它的分离过程通常称为膜过程，也就是利 用薄膜对混合物组分的选择透过性使之在一定的推动力下进行分离。用薄膜对混合物组分的选择透过性使之在一定的推动力下进行分离。 膜分离过程可以是主动的，如渗透膜分离过程可以是主动的，如渗透; 也可以是被动的，此时的推动力可以是也可以是被动的，此时的推动力可以是 压力差、浓度差、电位差、温度差等。压力差、浓度差、电位差、温度差等。 利用高性能分离膜可以实现物质的浓缩、纯化、分离和反应促进等功能。利用高性能分离膜可以实现物质的浓缩

3、、纯化、分离和反应促进等功能。 2. 膜的分类膜的分类 分离膜的种类和功能繁多，不能用单一的方法来明确分类。分离膜的种类和功能繁多，不能用单一的方法来明确分类。 材料的材料的性质性质天然生物膜和合成膜。天然生物膜和合成膜。 膜的膜的形态结构形态结构多孔膜和非多孔膜，多孔膜又可分为对称膜和非对称膜，多孔膜和非多孔膜，多孔膜又可分为对称膜和非对称膜， 而非多孔膜可分为整体不对称膜和复合膜。而非多孔膜可分为整体不对称膜和复合膜。 膜的膜的分离原理和推动力分离原理和推动力的不同的不同微孔膜、超过滤膜、反渗透膜、纳滤膜、微孔膜、超过滤膜、反渗透膜、纳滤膜、 渗析膜、电渗析膜、渗透蒸发膜等。渗析膜、电渗析

4、膜、渗透蒸发膜等。 图1. 多孔膜的分离特性 3. 高分子分离膜发展简史高分子分离膜发展简史 早在早在20世纪初已有用天然高分子或衍生物制透析、电渗析、微孔过世纪初已有用天然高分子或衍生物制透析、电渗析、微孔过 滤膜的例子。滤膜的例子。1960年年S.洛布和洛布和S.索里拉金成功开发了各向异性的不索里拉金成功开发了各向异性的不 对称膜的制备方法，由于起分离作用的活性层极薄，流体通过膜的对称膜的制备方法，由于起分离作用的活性层极薄，流体通过膜的 阻力小，从而开拓了高分子分离膜在工业上的应用。阻力小，从而开拓了高分子分离膜在工业上的应用。70年代以来，年代以来， 气体分离膜、透过蒸发膜、液体膜以及

5、生物医学用膜的研究，开拓气体分离膜、透过蒸发膜、液体膜以及生物医学用膜的研究，开拓 了高分子分离膜应用的新领域。了高分子分离膜应用的新领域。 二二. 高分子分离膜的材料高分子分离膜的材料 合成膜包括高分子膜和无机膜。有机高分子膜是指起分离作用的活性合成膜包括高分子膜和无机膜。有机高分子膜是指起分离作用的活性 层为层为有机高分子材料有机高分子材料，而无机膜的活性分离层则为无机金属、金属氧，而无机膜的活性分离层则为无机金属、金属氧 化物、陶瓷、玻璃、无机高分子材料等。化物、陶瓷、玻璃、无机高分子材料等。 根据不同的膜分离过程和被分离介质，选择合适的聚合物作为膜材料根据不同的膜分离过程和被分离介质，

6、选择合适的聚合物作为膜材料 是制备分离膜关键所在。是制备分离膜关键所在。 高分子分离膜材料主要有高分子分离膜材料主要有纤维素衍生物类纤维素衍生物类、聚砜类、聚酰胺聚酰亚胺、聚砜类、聚酰胺聚酰亚胺 类、聚酯类、聚烯烃类、有机硅聚合物、含氟聚合物等。类、聚酯类、聚烯烃类、有机硅聚合物、含氟聚合物等。 纤维素衍生物类纤维素衍生物类 纤维素是由几千个椅式构型的葡萄糖基通过纤维素是由几千个椅式构型的葡萄糖基通过1, 4甙链连接起来的甙链连接起来的 天然线性高分子化合物，其结构式为：天然线性高分子化合物，其结构式为： 其上的羟基可以在其上的羟基可以在催化剂催化剂（硫酸、高氯酸、氧化锌）的作用下与（硫酸、高

7、氯酸、氧化锌）的作用下与冰醋冰醋 酸、醋酸酐酸、醋酸酐等进行等进行酯化酯化反应，得到其衍生物。反应，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 由于纤维素的分子量较大，结晶性很强，因而很难溶于一般的溶剂。由于纤维素的分子量较大，结晶性很强，因而很难溶于一般的溶剂。 通常对之进行改性使之通常对之进行改性使之醚化醚化或或酯化酯化。如再生纤维素。如再生纤维素RCE、硝酸纤维素、硝酸纤维素 CN、醋酸纤维

8、素、醋酸纤维素CA、乙基纤维素、乙基纤维素EC以及其他纤维素衍生物等。以及其他纤维素衍生物等。 醋酸纤维素醋酸纤维素是由纤维素与醋酸反应制成的，主要用于是由纤维素与醋酸反应制成的，主要用于反渗透膜反渗透膜材料，材料， 也用于制造也用于制造超滤膜超滤膜和和微滤膜微滤膜。醋酸纤维素膜价格便宜，膜的分离和透。醋酸纤维素膜价格便宜，膜的分离和透 过的性能良好，但过的性能良好，但pH使用范围窄（使用范围窄（pH48），容易被微生物分解），容易被微生物分解 以及在高压操作下时间长了容易压密，使透过性下降。以及在高压操作下时间长了容易压密，使透过性下降。 硝酸纤维素硝酸纤维素（CN）由纤维素和硝酸制成。价格

9、便宜，广泛用作）由纤维素和硝酸制成。价格便宜，广泛用作透析透析 膜膜和和微滤膜微滤膜材料。为了增加膜的强度，一般与醋酸纤维混合使用。材料。为了增加膜的强度，一般与醋酸纤维混合使用。 纤维素本身也能溶于某些纤维素本身也能溶于某些溶剂溶剂，如铜氨溶液、二硫化碳等。在溶解过，如铜氨溶液、二硫化碳等。在溶解过 程中发生降解，相对分子质量降至几万到几十万，在成膜过程中又回程中发生降解，相对分子质量降至几万到几十万，在成膜过程中又回 复到纤维素的结构，称为复到纤维素的结构，称为再生纤维素再生纤维素。再生纤维素广泛用于。再生纤维素广泛用于人工肾透人工肾透 析膜析膜材料和材料和微滤、超滤膜微滤、超滤膜材料。材

10、料。 目前对纤维素类的分离膜进行了多种形式的改性研究，如氰乙基乙酸目前对纤维素类的分离膜进行了多种形式的改性研究，如氰乙基乙酸 纤维素、羟丙基乙酸纤维素、纤维素氨基甲酸酯等，以及纤维素与液纤维素、羟丙基乙酸纤维素、纤维素氨基甲酸酯等，以及纤维素与液 晶化合物，壳聚糖等共混，并采用了多种制备和表面处理工艺，以提晶化合物，壳聚糖等共混，并采用了多种制备和表面处理工艺，以提 高其使用性能。高其使用性能。 三、高分子分离膜的制备三、高分子分离膜的制备 膜的制备方法包括膜的制备方法包括膜制备原料的合成、膜的制备及膜的功能化膜制备原料的合成、膜的制备及膜的功能化，其中，其中 膜原料的合成属于化学过程，膜制

11、备及功能的形成属于物理过程或物膜原料的合成属于化学过程，膜制备及功能的形成属于物理过程或物 理化学过程。理化学过程。 膜的制备方法：有烧结法、拉伸法、径迹蚀刻法、膜的制备方法：有烧结法、拉伸法、径迹蚀刻法、相转化法相转化法、溶胶、溶胶 凝胶法、蒸镀法和涂敷法等，此外还有复合膜的制备。凝胶法、蒸镀法和涂敷法等，此外还有复合膜的制备。 烧结法、拉伸法、径迹蚀刻法只能制备烧结法、拉伸法、径迹蚀刻法只能制备多孔膜多孔膜，这种膜还可作为复合，这种膜还可作为复合 膜的支撑层，采用相转化法可以制备膜的支撑层，采用相转化法可以制备多孔膜多孔膜，也可以制备，也可以制备致密膜致密膜，涂，涂 敷法通常用来制备很薄但

12、很致密的膜，具有很高的选择性和较低的通敷法通常用来制备很薄但很致密的膜，具有很高的选择性和较低的通 量。量。 其中其中相转化法相转化法是最为常用的制膜方法。是最为常用的制膜方法。 相转化法相转化法 相转化法是最重要的制膜方法，可制备多孔膜和致密膜，目前大多数相转化法是最重要的制膜方法，可制备多孔膜和致密膜，目前大多数 的工业用膜都用该方法制备。的工业用膜都用该方法制备。 基本过程：配制一定组成的均相聚合物溶液，通过一定的物理方法改基本过程：配制一定组成的均相聚合物溶液，通过一定的物理方法改 变溶液的热力学状态，使其从均相的聚合物溶液发生相分离，最终转变溶液的热力学状态，使其从均相的聚合物溶液发生相分离，最终转 变成凝胶结构。这一过程的关键是制备均质溶液，并通过控制相转化变成凝胶结构。这一过程的关键是制备均质溶液，并通过控制相转化 的过程来控制膜的形态，从而得到多孔膜或致密膜。的过程来控制膜的形态，从而得到多孔膜或致密膜。 实现相转变过程的方法：溶剂蒸发、控制蒸发沉淀、热沉淀、蒸汽相实现相转变过程的方法：溶剂蒸