第六章 功能高分子材料ppt课件

1、第六章 功能高分子材料吸附分离功能高分子材料吸附分离功能高分子材料 一、吸附分离材料的分类一、吸附分离材料的分类 1、按材料结构分类、按材料结构分类 吸附材料按化学结构分类，可分为无机吸吸附材料按化学结构分类，可分为无机吸附材料、高分子吸附材料及炭质吸附材料。附材料、高分子吸附材料及炭质吸附材料。 1无机吸附材料是指具有一定晶体结构的无机吸附材料是指具有一定晶体结构的无机化合物，往往具有离子交换的性质。最具无机化合物，往往具有离子交换的性质。最具典型的是沸石、分子筛、氢氧化物凝胶、磷酸典型的是沸石、分子筛、氢氧化物凝胶、磷酸锆等。锆等。 2高分子吸附材料不仅像无机吸附材料那高分子吸附材料不仅像

2、无机吸附材料那样通过阳离子交换和孔径选择性机理吸附分离样通过阳离子交换和孔径选择性机理吸附分离物质，而且吸附作用还包括敖合、阴阳离子交物质，而且吸附作用还包括敖合、阴阳离子交换、化学健合、范德华引力、偶极换、化学健合、范德华引力、偶极-偶极相互作偶极相互作用，氢键等。用，氢键等。 3炭质吸附剂包括活性炭、活性炭纤维和炭质吸附剂包括活性炭、活性炭纤维和炭化树脂等。炭化树脂等。 2、按吸附机理分类、按吸附机理分类 吸附剂按吸附机理分类可分为化学吸附、物理吸附和亲和吸吸附剂按吸附机理分类可分为化学吸附、物理吸附和亲和吸附三大类。附三大类。 1） 化学吸附的吸附化学健可以是离子键、配位建和易裂解的化学

3、吸附的吸附化学健可以是离子键、配位建和易裂解的共价键，相应的吸附剂为离子交换树脂、敖合剂和高分子催化剂。共价键，相应的吸附剂为离子交换树脂、敖合剂和高分子催化剂。 高分子离子交换剂又可分为阳离子交换剂、阴离子交换剂及高分子离子交换剂又可分为阳离子交换剂、阴离子交换剂及两性离子交换剂。两性离子交换剂。 敖合剂属于特殊的离子交换剂，吸附金属离子除了形成离子敖合剂属于特殊的离子交换剂，吸附金属离子除了形成离子键外，还形成若干配位建。典型的敖合树脂有氨基二乙酸型、膦键外，还形成若干配位建。典型的敖合树脂有氨基二乙酸型、膦酸型、氨基膦酸型等。酸型、氨基膦酸型等。 高分子催化剂是通过共价键与反应产物相结合

4、，在反应产物高分子催化剂是通过共价键与反应产物相结合，在反应产物经历进一步反应后，通过温和条件将产物从高分子载体上释放出经历进一步反应后，通过温和条件将产物从高分子载体上释放出来。来。 2物理吸附剂是传统意义上的吸附剂，通过范德华引力、偶物理吸附剂是传统意义上的吸附剂，通过范德华引力、偶极极-偶极相互作用、氢键等较弱的作用力吸附物质。偶极相互作用、氢键等较弱的作用力吸附物质。 非极性吸附剂如交联聚苯乙烯大孔树脂、，主要是通过范德华非极性吸附剂如交联聚苯乙烯大孔树脂、，主要是通过范德华力从水溶液中吸附具有一定疏水性的物质。力从水溶液中吸附具有一定疏水性的物质。 中极性吸附剂如交联聚丙烯酸甲酯，除

5、范德华力外，氢键也起中极性吸附剂如交联聚丙烯酸甲酯，除范德华力外，氢键也起一定的作用。一定的作用。 强极性吸附剂如聚丙烯酰胺、亚砜等，吸附主要通过氢键作用强极性吸附剂如聚丙烯酰胺、亚砜等，吸附主要通过氢键作用和偶极和偶极-偶极相互作用进行。偶极相互作用进行。 3亲和吸附剂是利用生物亲和原理设计，对目标物质吸附呈现亲和吸附剂是利用生物亲和原理设计，对目标物质吸附呈现专一性或高选择性。这种吸附专一性来源于氢键、范德华力、偶专一性或高选择性。这种吸附专一性来源于氢键、范德华力、偶极极-偶极相互作用等多种健力的空间协同作用。例抗原与抗体、偶极相互作用等多种健力的空间协同作用。例抗原与抗体、药物与受体、

6、酶与底物、互补药物与受体、酶与底物、互补DNA链等。将这些互相识别的主链等。将这些互相识别的主客体中的主体或客体分子固定在高分子载体上，就形成亲和吸附客体中的主体或客体分子固定在高分子载体上，就形成亲和吸附剂。剂。 二、吸附分离高分子材料的合成技术二、吸附分离高分子材料的合成技术 1、吸附材料的成球技术、吸附材料的成球技术 1交联聚苯乙烯的合成交联聚苯乙烯的合成 一般采用悬浮聚合技术制得直径为一般采用悬浮聚合技术制得直径为0.007-2mm的球形交联聚的球形交联聚苯乙烯。球体的直径和分散性由调节分散剂的类型与加入量、搅苯乙烯。球体的直径和分散性由调节分散剂的类型与加入量、搅拌速度、油相拌速度、

7、油相/睡相比例、翻译器及搅拌装置的结构来进行控制。睡相比例、翻译器及搅拌装置的结构来进行控制。 如球径为如球径为0.15-0.84mm吸附剂制备：吸附剂制备： 分散剂聚乙二醇分散剂聚乙二醇0.5%（聚合度（聚合度1000-2000），引发剂过氧化），引发剂过氧化苯甲酰苯甲酰0.5%，水，水/单体油相比为单体油相比为4/1，使苯乙烯与苯二乙烯在不同，使苯乙烯与苯二乙烯在不同温度阶段下聚合。温度阶段下聚合。 2对不同含极性基团的取代烯烃单体的聚合与苯乙烯有所不对不同含极性基团的取代烯烃单体的聚合与苯乙烯有所不同，为减少单体在水中的溶解性，常加入食盐及在有机相中加入同，为减少单体在水中的溶解性，常加

8、入食盐及在有机相中加入非极性溶剂，以避免单体在水相或两相界面非成球聚合。非极性溶剂，以避免单体在水相或两相界面非成球聚合。 这类高分子吸附剂有交联聚丙烯酸甲酯、交联聚丙烯腈、这类高分子吸附剂有交联聚丙烯酸甲酯、交联聚丙烯腈、交联聚醋酸乙烯酯等。交联聚醋酸乙烯酯等。 3对于溶于水的单体，如丙烯酰胺，成球聚合反应采取反相悬对于溶于水的单体，如丙烯酰胺，成球聚合反应采取反相悬浮聚合技术：以浮聚合技术：以N，N-亚甲基双丙烯酰胺为交聚剂，非离子表面亚甲基双丙烯酰胺为交聚剂，非离子表面活性剂活性剂span80为分散剂，使丙烯酰胺的饱和水溶液在有机相中为分散剂，使丙烯酰胺的饱和水溶液在有机相中聚合。聚合。

9、 4水溶性高分子的悬浮交联成球技术水溶性高分子的悬浮交联成球技术 水溶性高分子与交联剂溶于水，在有机分散剂中分散成粒水溶性高分子与交联剂溶于水，在有机分散剂中分散成粒径适当的水珠，在较高的温度下悬浮反应一段时间，使高分子因径适当的水珠，在较高的温度下悬浮反应一段时间，使高分子因发生交联而成球。发生交联而成球。 2、吸附材料的成孔技术、吸附材料的成孔技术 1惰性溶剂致孔惰性溶剂致孔 在悬浮聚合体系的单体相中，加入不参与聚合反应、能与在悬浮聚合体系的单体相中，加入不参与聚合反应、能与单体相溶、沸点高于聚合温度的惰性溶剂，在聚合完成后，溶剂单体相溶、沸点高于聚合温度的惰性溶剂，在聚合完成后，溶剂保留

10、在聚合物珠体内，通过蒸馏、溶剂提取、冷冻干燥等处理，保留在聚合物珠体内，通过蒸馏、溶剂提取、冷冻干燥等处理，除去聚合物珠体内的惰性溶剂，得大孔聚合物珠体。除去聚合物珠体内的惰性溶剂，得大孔聚合物珠体。 良溶剂适于制备比表面积大、孔径相对较小的树脂。通过良溶剂适于制备比表面积大、孔径相对较小的树脂。通过调节溶剂比例，可以控制孔径结构的变化。调节溶剂比例，可以控制孔径结构的变化。 2线性高分子致孔线性高分子致孔 在悬浮聚合体系的单体相中，加入线性高分子，随着聚合在悬浮聚合体系的单体相中，加入线性高分子，随着聚合的进行，作为线性高分子溶剂的单体逐渐减少和消失，使线性高的进行，作为线性高分子溶剂的单体

11、逐渐减少和消失，使线性高分子卷曲成团，在聚合完成后，采用溶剂提取出线性高分子，得分子卷曲成团，在聚合完成后，采用溶剂提取出线性高分子，得孔径较大的聚合物珠体。孔径较大的聚合物珠体。 3后交联成孔后交联成孔 以线性聚苯乙烯或低交联聚苯乙烯珠体为原料，采用以线性聚苯乙烯或低交联聚苯乙烯珠体为原料，采用Craft-Fridel反应进行后交联，可得大网均孔树脂。反应进行后交联，可得大网均孔树脂。 4乳液致孔乳液致孔 以可聚合的单体为油相制备油包水乳液，在聚合时分散在油以可聚合的单体为油相制备油包水乳液，在聚合时分散在油相的水珠发挥致孔作用，近年还有采用水相的水珠发挥致孔作用，近年还有采用水/油油/水复

12、乳技术。水复乳技术。 5无机微粒致孔技术无机微粒致孔技术 将均一粒度的无机粒子分散在单体相中，聚合后再将无机粒将均一粒度的无机粒子分散在单体相中，聚合后再将无机粒子溶解出，可得孔径规律的吸附树脂。如果粒子用量较多，可得子溶解出，可得孔径规律的吸附树脂。如果粒子用量较多，可得贯孔吸附树脂。贯孔吸附树脂。 二、吸附高分子材料的活性吸附点的设计与合成二、吸附高分子材料的活性吸附点的设计与合成 1、免疫吸附剂的设计与合成、免疫吸附剂的设计与合成 2、含肽、多糖侧链的仿生吸附剂的设计与合成、含肽、多糖侧链的仿生吸附剂的设计与合成 酶、抗体及某些抗原为蛋白质，这些生物大分子在固定化酶、抗体及某些抗原为蛋白

13、质，这些生物大分子在固定化过程中或固定化后易失活，使成本因素或应用受到限制。将其活过程中或固定化后易失活，使成本因素或应用受到限制。将其活性部位的肽段通过固相肽合成技术连接到高分子载体上，对目标性部位的肽段通过固相肽合成技术连接到高分子载体上，对目标物质的吸附呈现高的选择性。物质的吸附呈现高的选择性。 3、分子印模聚合物类仿生吸附剂的设计合成、分子印模聚合物类仿生吸附剂的设计合成 4、含穴状功能基团的高分子吸附剂设计合成、含穴状功能基团的高分子吸附剂设计合成 将具有穴状结构的主体分子固载于高分子载体上，利用将具有穴状结构的主体分子固载于高分子载体上，利用主体分子对客体分子的分子识别功能，实现对

14、客体分子的选主体分子对客体分子的分子识别功能，实现对客体分子的选择性吸附。从而达到异构体分离与对映体分离。择性吸附。从而达到异构体分离与对映体分离。 二、应用二、应用 1、在天然产物分离纯化中的应用、在天然产物分离纯化中的应用 1血液净化血液净化 2）（小分子物质吸附）（小分子物质吸附 3药物吸附剂用于解毒药物吸附剂用于解毒 4中分子吸附剂中分子吸附剂 5大分子吸附剂大分子吸附剂 2、环保中的应用、环保中的应用 1分离气体分离气体 2废水处理、废渣处理废水处理、废渣处理导电高分子材料 一、共轭结构与导电聚合物一、共轭结构与导电聚合物 1977年发现聚乙炔与年发现聚乙炔与I2、AsF5等反应之后

15、变成导体，等反应之后变成导体，电导率达电导率达100-1000S/cm，这个发现导致新的功能材料的，这个发现导致新的功能材料的诞生诞生-导电聚合物。导电聚合物。 1、掺杂与导电、掺杂与导电 研究发现纯净的或无缺陷的共轭结构高分子是研究发现纯净的或无缺陷的共轭结构高分子是不导电的，只有当其共轭结构产生某种缺陷时，才表现不导电的，只有当其共轭结构产生某种缺陷时，才表现出导电性，掺杂是产生缺陷和激发的最常用化学方法。出导电性，掺杂是产生缺陷和激发的最常用化学方法。 掺杂是在共轭高分子上发生的电荷转移或氧化还原反掺杂是在共轭高分子上发生的电荷转移或氧化还原反应。高分子链失去电子称为氧化掺杂或应。高分子

16、链失去电子称为氧化掺杂或P-型掺杂，得到型掺杂，得到电子称为还原或电子称为还原或n-型掺杂。型掺杂。 电子受体掺杂剂如电子受体掺杂剂如I2、AsF5等，电子给体掺杂剂如等，电子给体掺杂剂如Na、K等。等。 覆盖在电极表面上的聚合物与电极间发生电荷转移的氧化还覆盖在电极表面上的聚合物与电极间发生电荷转移的氧化还原反应称为电化学掺杂。原反应称为电化学掺杂。 向共轭聚合物链上引入质子，聚合物链上电荷分布状态发生向共轭聚合物链上引入质子，聚合物链上电荷分布状态发生改变，质子所带正电荷转移和分散到聚合物链上，相当于聚合物改变，质子所带正电荷转移和分散到聚合物链上，相当于聚合物链失去电子而发生氧化掺杂，称

17、为质子酸掺杂。链失去电子而发生氧化掺杂，称为质子酸掺杂。 其它的物理掺杂如向聚合物中注入离子或进行光激发都可其它的物理掺杂如向聚合物中注入离子或进行光激发都可使共轭聚合物导电。使共轭聚合物导电。 2、光致荧光与电致发光、光致荧光与电致发光 有机化合物与共轭聚合物都能在光作用下受激发出荧光。有机化合物与共轭聚合物都能在光作用下受激发出荧光。但有机化合物的但有机化合物的HOMO轨道与轨道与LUMO轨道能量相差较大，对应的轨道能量相差较大，对应的吸收光谱在紫外区域，而共轭聚合物的吸收光谱在紫外区域，而共轭聚合物的HOMO轨道与轨道与LUMO轨道轨道能量差小，吸收光谱能覆盖紫外到红外区域。能量差小，吸

18、收光谱能覆盖紫外到红外区域。 在电极间施加一定电压后，电极间的聚合物薄膜发出一定在电极间施加一定电压后，电极间的聚合物薄膜发出一定颜色的光，称为电致发光。颜色的光，称为电致发光。80年代以年代以8-羟基喹啉铝为发光物质的羟基喹啉铝为发光物质的有机发光二极管有机发光二极管OLED取得重大突破。取得重大突破。90年代发现年代发现PPV的电的电致发光特性后，出现了研究聚合物发光二极管致发光特性后，出现了研究聚合物发光二极管PLED的热潮。的热潮。 二、典型电子聚合物二、典型电子聚合物 1、聚乙炔、聚乙炔PA） 是研究最早、最系统、也是迄今为止实测电导率最高的电子是研究最早、最系统、也是迄今为止实测电

19、导率最高的电子聚合物。聚合物。 它的聚合方法有白川英树法、它的聚合方法有白川英树法、Naarman方法、方法、Durham方法、方法、和稀土催化法。和稀土催化法。 目前报导掺杂目前报导掺杂PA电导率可达电导率可达200000s/cm，与金属铜接近。，与金属铜接近。其主要问题是加工性能不好和稳定性较差限制了它的应用。其主要问题是加工性能不好和稳定性较差限制了它的应用。 2、聚苯胺、聚苯胺PAn） 聚苯胺的合成方法有化学法和电化学法。苯胺在酸性溶液中聚苯胺的合成方法有化学法和电化学法。苯胺在酸性溶液中同氧化剂反应或在电极上发生氧化都可获得聚苯胺。这里的酸可同氧化剂反应或在电极上发生氧化都可获得聚苯

20、胺。这里的酸可以是无机酸如以是无机酸如HCl、H2SO4、HClO4或有机酸如羧酸、磺或有机酸如羧酸、磺酸等，在酸等，在PH值值=1-2时所得时所得PAn导电性能最好。氧化剂常用过导电性能最好。氧化剂常用过硫酸铵。硫酸铵。 PAn用质子酸掺杂后获得导电率达用质子酸掺杂后获得导电率达100s/m。但。但PAn难熔、难难熔、难溶，不易加工，目前问题是解决其加工性能。溶，不易加工，目前问题是解决其加工性能。 3、聚吡咯、聚吡咯PPY） 由吡咯很容易在酸性水溶液中电化学聚合得到。易聚合成由吡咯很容易在酸性水溶液中电化学聚合得到。易聚合成致密膜，导电性好致密膜，导电性好100s/cm），稳定性较），稳定

21、性较PA好。好。 PPY可用质子酸掺杂或氧化还原掺杂。所得聚合物有各种可用质子酸掺杂或氧化还原掺杂。所得聚合物有各种实用功能。实用功能。 PPY难溶难熔，很难与其它聚合物共混，但用吸附聚合方法难溶难熔，很难与其它聚合物共混，但用吸附聚合方法可制成聚吡咯与其它高分子的复合物，如在绝缘薄膜上或纤维可制成聚吡咯与其它高分子的复合物，如在绝缘薄膜上或纤维表面上渗透吡咯单体后进行化学聚合，则形成与薄膜或纤维结表面上渗透吡咯单体后进行化学聚合，则形成与薄膜或纤维结合牢固的合牢固的PPY表层，具有好的导电性。或用十二烷基磺酸铁作表层，具有好的导电性。或用十二烷基磺酸铁作氧化剂聚合氧化剂聚合PPY，可溶于普通

22、溶剂如氯仿中。，可溶于普通溶剂如氯仿中。 4、聚噻吩、聚噻吩PTh） 其聚合与掺杂与聚吡咯相似。与其聚合与掺杂与聚吡咯相似。与PPY一样不溶不熔，但某些一样不溶不熔，但某些烷基取代物可溶特别是烷基取代物可溶特别是3-位取代或位取代或3，4-位双取代。位双取代。6碳以上取碳以上取代可在极性溶剂中溶解甚至是熔化。但导电性显著降低。代可在极性溶剂中溶解甚至是熔化。但导电性显著降低。 5、聚对苯、聚对苯PPP） 经经AsF5掺杂后导电率达掺杂后导电率达500s/cm。为解决其加工性问题，。为解决其加工性问题，常采用可溶性前体方法来解决。常采用可溶性前体方法来解决。 6、聚苯亚乙烯、聚苯亚乙烯PPV）

23、该物质具有许多优势，如易掺杂、易加工、导电性好、颜色该物质具有许多优势，如易掺杂、易加工、导电性好、颜色浅、有电致发光特性。浅、有电致发光特性。 三、电子聚合物的应用三、电子聚合物的应用 1、聚合物二次电池、聚合物二次电池 2、金属防腐蚀与防污、金属防腐蚀与防污 PPY与与PAn在各种金属上有防腐功能，由于在各种金属上有防腐功能，由于PAn与金属间与金属间的电化学反应，在金属表面形成致密透明氧化膜。的电化学反应，在金属表面形成致密透明氧化膜。 3、电磁屏蔽和隐身、电磁屏蔽和隐身 利用掺杂电子聚合物的导电性和半导电体性，可反射或吸利用掺杂电子聚合物的导电性和半导电体性，可反射或吸收电磁波；在电子

24、仪器壳内壁和孔壁上形成导电高分子层，以实收电磁波；在电子仪器壳内壁和孔壁上形成导电高分子层，以实现电子屏蔽；利用在掺杂前后导电性能的巨大变化，实现富豪层现电子屏蔽；利用在掺杂前后导电性能的巨大变化，实现富豪层从反射电磁波到透过电磁波的切换，达到隐身目的。从反射电磁波到透过电磁波的切换，达到隐身目的。 4、抗静电、抗静电 5、导电高分子电容器、导电高分子电容器 取代传统的液体或固体电解质，采用高分子电容器具有串联取代传统的液体或固体电解质，采用高分子电容器具有串联电阻小、高频特性好、全固体、体积小、耐冲击、耐高温等优良电阻小、高频特性好、全固体、体积小、耐冲击、耐高温等优良特性。特性。 6、发光

25、二极管、发光二极管高分子分离膜及分离技术 一、膜的定义及分类一、膜的定义及分类 1、 膜是指分隔两相界面，并以特定的形式限膜是指分隔两相界面，并以特定的形式限制和传递各种化学物质。制和传递各种化学物质。 2、膜的分类、膜的分类 膜的分类方法有很多，主要的分类方法有：膜的分类方法有很多，主要的分类方法有：按膜的性质分类、按膜的结构分类、按膜的用途按膜的性质分类、按膜的结构分类、按膜的用途分类、按膜的作用机理分类。分类、按膜的作用机理分类。 膜按来源形态和结构分类如下：膜按来源形态和结构分类如下： 乳状液膜乳状液膜 液膜液膜 带支撑层的液膜带支撑层的液膜 复合膜复合膜 荷电膜荷电膜 转相膜转相膜

26、无孔膜无孔膜 复合膜复合膜 合成膜合成膜 有机膜有机膜 不荷电膜不荷电膜 转相膜转相膜 不对称膜不对称膜 固膜固膜 多孔膜多孔膜 膜膜 对称膜对称膜 不对称膜不对称膜 无机膜无机膜 对称膜对称膜 生物膜生物膜 3、膜的分离特性、膜的分离特性 1分离效率分离效率 对于不同的分离对象和分离过程有不同的表示对于不同的分离对象和分离过程有不同的表示方法。方法。 对溶液脱盐和某些高分子的脱除，采用脱除率或截留率表对溶液脱盐和某些高分子的脱除，采用脱除率或截留率表示。示。 R = 1 Cp/Cw 100% 式中，式中，Cp 膜的透过液浓度，膜的透过液浓度，Cw 在高压侧膜与溶液的界面在高压侧膜与溶液的界面

27、浓度。浓度。 对于某些混合物的分离，用分离系数表示对于某些混合物的分离，用分离系数表示 =YA/XA XA 表示原液中表示原液中A的摩尔分数，的摩尔分数，YA表示透过液中表示透过液中A的摩尔分数。的摩尔分数。 2渗透通量渗透通量 单位时间内通过单位膜面积的透过物量。单位时间内通过单位膜面积的透过物量。 Jw = V / S t V 透过液的容积或重量，透过液的容积或重量，S 膜的有效面积，膜的有效面积，t 是运转时间。是运转时间。单位单位mL/（cm2h或或L/（m2d） 二、膜的分离原理二、膜的分离原理 1、多孔膜的分离原理、多孔膜的分离原理 多孔膜主要是筛分原理。依膜的表面平均孔径大小分为

28、微多孔膜主要是筛分原理。依膜的表面平均孔径大小分为微滤滤0.1-10m）、超滤）、超滤2-100nm）、纳滤）、纳滤0.5-5nm）。分离）。分离膜的平均孔径要大于被截留的分子尺寸。膜的平均孔径要大于被截留的分子尺寸。 2、致密膜的分离机理、致密膜的分离机理 孔径小于孔径小于1nm的膜一般称为致密膜。其分离原理不同于多的膜一般称为致密膜。其分离原理不同于多孔膜，是溶解孔膜，是溶解-扩散机理，即上游溶质分子或气体分子溶解于膜扩散机理，即上游溶质分子或气体分子溶解于膜的界面，按扩散定律通过膜层，在下游界面脱溶。的界面，按扩散定律通过膜层，在下游界面脱溶。 三、膜的制备方法三、膜的制备方法 1、多孔

29、膜的制备、多孔膜的制备 1相转换法相转换法 是经典的制备不对称膜的方法。使均相制膜液是经典的制备不对称膜的方法。使均相制膜液中的溶剂蒸发，或在制膜液中加入非溶剂，或使制膜液中的高分中的溶剂蒸发，或在制膜液中加入非溶剂，或使制膜液中的高分子凝固，都可使制膜液由液相转变为固相，这种转相法可用于制子凝固，都可使制膜液由液相转变为固相，这种转相法可用于制备不对称结构的反渗透膜和超滤膜，也可以制作对称或非对称结备不对称结构的反渗透膜和超滤膜，也可以制作对称或非对称结构的微孔滤膜。构的微孔滤膜。 1950年年Loeb和和Sourirajin首先用此法制备不对称膜，故称为首先用此法制备不对称膜，故称为L-S

30、型制膜法。型制膜法。 1高分子材料溶解于溶剂中，并加入添加剂，配成制膜液。高分子材料溶解于溶剂中，并加入添加剂，配成制膜液。 2制膜液通过流涎法制成平板型、圆管型或用纺丝法制成中制膜液通过流涎法制成平板型、圆管型或用纺丝法制成中空纤维型。空纤维型。 3使膜中的溶剂部分蒸发。使膜中的溶剂部分蒸发。 4使膜浸渍在对高分子是非溶剂的液体中最常用的是水），使膜浸渍在对高分子是非溶剂的液体中最常用的是水），液相的膜在液体中便凝胶固化。液相的膜在液体中便凝胶固化。 5进行热处理。进行热处理。 6膜的预压处理。膜的预压处理。 制膜液中聚合物浓度一般在制膜液中聚合物浓度一般在10%-40%之间。对溶剂要求是可

31、之间。对溶剂要求是可溶解聚合物，又能与水混溶，若在常温下制膜，最好是低沸点极溶解聚合物，又能与水混溶，若在常温下制膜，最好是低沸点极性溶剂，含量在性溶剂，含量在60%-90%之间。添加剂要与各组分相溶，最之间。添加剂要与各组分相溶，最好是高沸点的极性物质，含量在好是高沸点的极性物质，含量在0-30%。 2粉末烧结法粉末烧结法 是仿陶瓷或烧结玻璃等加工方法将高密度聚乙烯粉末或聚丙是仿陶瓷或烧结玻璃等加工方法将高密度聚乙烯粉末或聚丙烯粉末筛分出一定目度范围的粉末，经高压压制成不同厚度的板烯粉末筛分出一定目度范围的粉末，经高压压制成不同厚度的板材或管材，在略低于熔点的温度烧结成型，制得产品的孔径在微

32、材或管材，在略低于熔点的温度烧结成型，制得产品的孔径在微米级。大都用作复合膜的机械支撑材料。米级。大都用作复合膜的机械支撑材料。 3拉伸致孔法拉伸致孔法 低密度聚乙烯和聚丙烯在室温下无溶剂可溶的材料无法用相低密度聚乙烯和聚丙烯在室温下无溶剂可溶的材料无法用相转移法制膜，但其薄膜在室温下拉伸时，其无定形区在拉伸方向转移法制膜，但其薄膜在室温下拉伸时，其无定形区在拉伸方向上出现狭缝状细孔，再在较高温度下定形，即可得到对称性多孔上出现狭缝状细孔，再在较高温度下定形，即可得到对称性多孔膜。膜。 4热致相分离法热致相分离法 聚烯烃溶于高温溶剂，在制膜过程中冷却时发生相分离形成聚烯烃溶于高温溶剂，在制膜过

33、程中冷却时发生相分离形成多孔膜，再除去溶剂后得到多孔不对称膜。多孔膜，再除去溶剂后得到多孔不对称膜。 5核径迹法核径迹法 聚碳酸酯等高分子膜在高能粒子流质子、中子辐射下，聚碳酸酯等高分子膜在高能粒子流质子、中子辐射下，粒子经过的径迹经碱液刻蚀后生成孔径非常单一的多孔膜，膜孔粒子经过的径迹经碱液刻蚀后生成孔径非常单一的多孔膜，膜孔呈贯穿圆柱状，孔径分布可控，且分布极窄，但开孔率较低。呈贯穿圆柱状，孔径分布可控，且分布极窄，但开孔率较低。 2、致密膜的制备、致密膜的制备 1溶剂涂层挥发法溶剂涂层挥发法 将高分子制膜液刮涂在玻璃或不锈钢带表面，在室温下将高分子制膜液刮涂在玻璃或不锈钢带表面，在室温下

34、挥发至指触干，再转移到烘箱或真空烘箱中干燥；或利用二挥发至指触干，再转移到烘箱或真空烘箱中干燥；或利用二元组分的溶剂，一是低沸点的良溶剂，另一组分是高沸点的元组分的溶剂，一是低沸点的良溶剂，另一组分是高沸点的不良溶剂，刮涂后随低沸点溶剂的挥发而分相。不良溶剂，刮涂后随低沸点溶剂的挥发而分相。 2水面扩散挥发法水面扩散挥发法 3、复合膜的制备、复合膜的制备 1聚合物涂敷法聚合物涂敷法 将多孔支撑层浸入到聚合物的稀溶液中，然后将基膜将多孔支撑层浸入到聚合物的稀溶液中，然后将基膜支撑层从溶液中拉出阴干。支撑层从溶液中拉出阴干。 2界面聚合法界面聚合法 它是在基膜的表面直接进行界面反应，界面缩合是将基

35、它是在基膜的表面直接进行界面反应，界面缩合是将基膜浸入聚合物的初聚体稀溶液中，取出并排出过量的溶液，膜浸入聚合物的初聚体稀溶液中，取出并排出过量的溶液，然后再浸入交联剂的稀溶液中进行短时间的界面交联反应，然后再浸入交联剂的稀溶液中进行短时间的界面交联反应，最好取出加热固化。界面缩聚是指将基膜浸入一单体溶液中，最好取出加热固化。界面缩聚是指将基膜浸入一单体溶液中，排除过量的单体溶液，然后再浸入另一种单体溶液互不相排除过量的单体溶液，然后再浸入另一种单体溶液互不相溶中，溶中， 进行液进行液-液缩聚反应。结果在基膜的表面形成超薄的脱盐层。液缩聚反应。结果在基膜的表面形成超薄的脱盐层。 3单体催化聚合

36、法浸涂法）单体催化聚合法浸涂法） 将基膜浸入含有催化剂并在高温下能迅速聚合的单体稀溶将基膜浸入含有催化剂并在高温下能迅速聚合的单体稀溶液中，取出基膜，排除过量的单体稀溶液，然后在高温下进行液中，取出基膜，排除过量的单体稀溶液，然后在高温下进行催化聚合固化。催化聚合固化。 4等离子体聚合法气相沉积法）等离子体聚合法气相沉积法） 在干燥的基膜上进行等离子体气相沉积。在干燥的基膜上进行等离子体气相沉积。 四、膜分离技术及应用四、膜分离技术及应用 1、透析膜分离技术、透析膜分离技术 透析现象是在透析现象是在1854年由年由Grahara发现的，它是最早的膜处发现的，它是最早的膜处理技术，透析是一种扩散

37、控制的，以浓度梯度为驱动力的膜分理技术，透析是一种扩散控制的，以浓度梯度为驱动力的膜分离方法。透析与超滤都可以从高分子溶液中除去小分子的溶质，离方法。透析与超滤都可以从高分子溶液中除去小分子的溶质，但透析的原动力是膜两侧的浓度差，而超滤为膜两侧的压力差。但透析的原动力是膜两侧的浓度差，而超滤为膜两侧的压力差。透析过程透过膜的是溶质本身的净流，而超滤透过膜的是小分透析过程透过膜的是溶质本身的净流，而超滤透过膜的是小分子溶质和溶剂组成的混合流。子溶质和溶剂组成的混合流。 由于透析膜用于血液净化，要求其具有好的生物相容性，即由于透析膜用于血液净化，要求其具有好的生物相容性，即生物体对材料的反应：血液

38、反应、组织反应、免疫反应等。生物体对材料的反应：血液反应、组织反应、免疫反应等。 膜透析材料：膜透析材料： 纤维素膜：是最早用于血液透析的膜材料。如铜氨中空纤纤维素膜：是最早用于血液透析的膜材料。如铜氨中空纤维素。由于纤维素膜对小分子透过率低，目前正被其它膜取代。维素。由于纤维素膜对小分子透过率低，目前正被其它膜取代。 醋酸纤维素膜：醋酸纤维素是纤维素酯中最稳定的物质之醋酸纤维素膜：醋酸纤维素是纤维素酯中最稳定的物质之一。醋酸纤维素膜沿用至今。它对中分子量物质透过率较低。一。醋酸纤维素膜沿用至今。它对中分子量物质透过率较低。 聚丙烯腈及其共聚物膜：具有较好的耐霉性、耐候性、耐聚丙烯腈及其共聚物

39、膜：具有较好的耐霉性、耐候性、耐光性和化学稳定性，但膜较脆，铸膜性差。光性和化学稳定性，但膜较脆，铸膜性差。 聚砜膜：代表性有聚砜、聚芳砜、聚醚砜、聚苯砜等。其聚砜膜：代表性有聚砜、聚芳砜、聚醚砜、聚苯砜等。其性能优良，未来将会逐步取代其它透析膜。性能优良，未来将会逐步取代其它透析膜。 透析分离技术主要应用于人工肾血液透析器，血液净化器、透析分离技术主要应用于人工肾血液透析器，血液净化器、酒精饮料脱醇等。酒精饮料脱醇等。 2、离子交换膜分离技术、离子交换膜分离技术 构成离子交换膜的聚合物具有可解离的功能基团，如磺酸构成离子交换膜的聚合物具有可解离的功能基团，如磺酸基团、季铵基团。离子交换膜基本

40、上有两大类，即阳离子交换膜基团、季铵基团。离子交换膜基本上有两大类，即阳离子交换膜膜的高分子链上具有能与阳离子交换的基团如磺酸基团）；膜的高分子链上具有能与阳离子交换的基团如磺酸基团）； 阴离子交换膜膜的高分子链上具有能与银离子交换的基团如季阴离子交换膜膜的高分子链上具有能与银离子交换的基团如季铵集团）。铵集团）。 离子交换膜具有这样的特性，在直流电场作用下，阳离子交离子交换膜具有这样的特性，在直流电场作用下，阳离子交换膜只允许阳离子透过，阴离子交换膜只允许阴离子透过。换膜只允许阳离子透过，阴离子交换膜只允许阴离子透过。 离子交换膜可作为电渗析器的隔膜用于电渗析除盐；电解质离子交换膜可作为电渗

41、析器的隔膜用于电渗析除盐；电解质隔膜用于电解食盐制碱、燃料电池电解质隔膜等。隔膜用于电解食盐制碱、燃料电池电解质隔膜等。 3、反渗透膜分离技术、反渗透膜分离技术 某些膜只允许溶剂通过，而溶质不能透过，这种膜称为半透某些膜只允许溶剂通过，而溶质不能透过，这种膜称为半透膜。当膜两侧的溶液和纯溶剂外加压力相同情况下，溶剂从纯溶膜。当膜两侧的溶液和纯溶剂外加压力相同情况下，溶剂从纯溶剂一侧透过膜进入溶液，当在溶液上加压刚好使溶剂不能通过膜剂一侧透过膜进入溶液，当在溶液上加压刚好使溶剂不能通过膜进入溶液时，施加的压力称为渗透压。如果在溶液上施加的压力进入溶液时，施加的压力称为渗透压。如果在溶液上施加的压

42、力超过渗透压，则溶液中的溶剂透过膜进入纯溶剂一侧。这个过程超过渗透压，则溶液中的溶剂透过膜进入纯溶剂一侧。这个过程叫反渗透。所使用的膜为致密膜。叫反渗透。所使用的膜为致密膜。 反渗透膜技术具有如下特点：在常温不发生相变化情况下，反渗透膜技术具有如下特点：在常温不发生相变化情况下，可以对溶质和水进行分离，且能耗较低，适用于对热敏感的物质可以对溶质和水进行分离，且能耗较低，适用于对热敏感的物质分离；可以去除无机盐和有机物质，杂质去除范围广；可以去除分离；可以去除无机盐和有机物质，杂质去除范围广；可以去除粒径很小的杂质几个纳米），较高的除盐率和水的回用率；分粒径很小的杂质几个纳米），较高的除盐率和水

43、的回用率；分离装置简单；需要高压设备。离装置简单；需要高压设备。 反渗透膜技术的应用有：海水的淡化处理；各个行业使用反渗透膜技术的应用有：海水的淡化处理；各个行业使用及饮用的高纯水制备；果汁、中药、牛奶的浓缩。及饮用的高纯水制备；果汁、中药、牛奶的浓缩。 4、纳滤膜分离技术、纳滤膜分离技术 纳滤膜分离应用具有如下特点：截留分子量介于反渗透膜和纳滤膜分离应用具有如下特点：截留分子量介于反渗透膜和超滤膜之间，为超滤膜之间，为2002000；对无机盐有一定的截留率。；对无机盐有一定的截留率。 纳滤膜分离过程与微滤、超滤、反渗透一样，是以压力差为纳滤膜分离过程与微滤、超滤、反渗透一样，是以压力差为驱动

44、力的不可逆过程。产生溶质和溶剂通过膜的流动。驱动力的不可逆过程。产生溶质和溶剂通过膜的流动。 纳滤膜分离技术的应用：纳滤膜分离技术的应用： 低聚糖的分离和精制：例如从大豆乳清废水中提取低聚糖，低聚糖的分离和精制：例如从大豆乳清废水中提取低聚糖，用超滤除去高分子蛋白质，反渗透除盐和纳滤精制低聚糖。通用超滤除去高分子蛋白质，反渗透除盐和纳滤精制低聚糖。通过蔗糖的酶化反应制备低聚糖，其精制采用纳滤可以分离低聚过蔗糖的酶化反应制备低聚糖，其精制采用纳滤可以分离低聚糖和蔗糖。糖和蔗糖。 果汁的高浓度浓缩：将反渗透膜分离技术与纳滤膜分离技果汁的高浓度浓缩：将反渗透膜分离技术与纳滤膜分离技术结合起来，可得到

45、浓度高达术结合起来，可得到浓度高达40%的果汁。的果汁。 肽和氨基酸的分离：某些纳滤膜带有静电官能团，基于静肽和氨基酸的分离：某些纳滤膜带有静电官能团，基于静电相互作用，对离子有一定的截留，可用于分离肽和氨基酸。电相互作用，对离子有一定的截留，可用于分离肽和氨基酸。在等电点时，纳滤膜对肽和氨基酸不能截留，但当偏离等电点在等电点时，纳滤膜对肽和氨基酸不能截留，但当偏离等电点时，则可分离肽和氨基酸。时，则可分离肽和氨基酸。 抗生素的浓缩与纯化：抗生素的浓缩与纯化： 牛奶及乳清蛋白的浓缩：牛奶及乳清蛋白的浓缩： 食用油工业中萃取溶剂烷烃的回收食用油工业中萃取溶剂烷烃的回收 5、超滤膜分离技术、超滤膜

46、分离技术 乙酸纤维素膜、聚砜膜和聚丙烯腈膜是最常用的超滤膜材乙酸纤维素膜、聚砜膜和聚丙烯腈膜是最常用的超滤膜材料。用于截留分子量在料。用于截留分子量在1000-1000000之间的物质。之间的物质。 超滤膜主要是用于将溶液中的颗粒物、胶体、大分子物质超滤膜主要是用于将溶液中的颗粒物、胶体、大分子物质和溶剂及小分子物质分离，其应用涉及电子工业、医药工业、和溶剂及小分子物质分离，其应用涉及电子工业、医药工业、食品工业、环境保护和生物工程等方面。食品工业、环境保护和生物工程等方面。 6、微滤膜分离技术、微滤膜分离技术 微滤膜主要是用于从气相或液相中截留细菌、固体微粒、微滤膜主要是用于从气相或液相中截

47、留细菌、固体微粒、有机胶体等杂质。有机胶体等杂质。 7、气体分离膜技术、气体分离膜技术 气体膜分离是以压力为驱动力的分离过程。在膜两侧混合气体膜分离是以压力为驱动力的分离过程。在膜两侧混合气体各组分分压差的驱动下，出现气体渗透。由于各组分呈气体各组分分压差的驱动下，出现气体渗透。由于各组分呈现现 不同的渗透速率，从而实现混合气体各组分的分离。不同的渗透速率，从而实现混合气体各组分的分离。 用于气体分离的膜为非对称结构的复合膜，复合膜表层为致用于气体分离的膜为非对称结构的复合膜，复合膜表层为致密膜。目前高分子分离膜已经大规模应用于各领域的气体分离。密膜。目前高分子分离膜已经大规模应用于各领域的气

48、体分离。 1氢气回收如实现从合成氨及石油工业中回收氢气。氢气回收如实现从合成氨及石油工业中回收氢气。 2氮气分离氮气分离 3氧气富集氧气富集 4CO2分离分离 5有机蒸汽的回收有机蒸汽的回收 6各种气体中除去水分各种气体中除去水分 8、渗透气化分离膜技术、渗透气化分离膜技术 渗透气化的机理是溶解渗透气化的机理是溶解-扩散扩散-脱溶的过程。上游是待分离溶液脱溶的过程。上游是待分离溶液与分离膜接触，下游减压或惰性气体吹扫而实现分离。与分离膜接触，下游减压或惰性气体吹扫而实现分离。 其特点是分离系数高，能实现有机物其特点是分离系数高，能实现有机物-水、共沸混合物、同分水、共沸混合物、同分异构体及近沸点混合物的分离。异构体及近沸点混合物的分离。 根据分离体系的组成，膜可分为根据分离体系的组成，膜可分为1水优先透过膜；水优先透过膜；2有机有机液优