新型功能材料-分离材料课件

分离材料第八章分离材料第八章1第一节离子交换材料第二节分子筛第三节膜分离材料第一节离子交换材料2第一节离子交换材料离子交换材料的分类离子交换材料是一类具有离子交换功能的物质无机离子交换材料有机离子交换材料含磷、锆、钛、钡、钒、钨、钼、锰、铝、镁等元素为主的无机材料主链含碳、氢，与主链相连的功能基常有氧、氮、磷等元素的一类有机材料第一节离子交换材料离子交换材料的分类离子交换材料是一类具3第一节离子交换材料全自动钠离子交换器连续离子交换设备第一节离子交换材料全自动钠离子交换器连续离子交换设备4无机离子交换材料100多年前就已发现并应用。α-磷酸锆为代表的磷酸盐系列无机离子交换剂的研制和应用发展很快。具有耐高温、耐氧化、耐辐射等优良性能；能与大多数金属离子发生离子交换，并且具有沸石一样的选择吸附和催化功能，应用范围广；原料易得，制备技术不太复杂，可望实现工业化生产。一、离子交换材料的发展与分类无机离子交换材料100多年前就已发现并应用。α-磷酸锆为代表5有机离子交换材料一、离子交换材料的发展与分类离子交换树脂1935年英国的Adams和Holmes发表了酚醛树脂和苯胺甲醛树脂的离子交换性能的工作报告，开创了离子交换树脂领域。离子交换树脂的组成（1）网状结构的高分子骨架（基块）（2）连接在骨架上的功能基团有机离子交换材料一、离子交换材料的发展与分类离子交换树脂196离子交换树脂的分类离子交换树脂离子交换树脂储存罐离子交换树脂的分类离子交换树脂离子交换树脂储存罐7离子交换树脂交换基团分类阳离子交换树脂(1)按交换基团的性质分类阴离子交换树脂弱酸型强酸型中酸型R-SO3HR-PO(OH)2R-COOH强碱型弱碱型R3-NClR-NH2离子交换树脂交换基团分类阳离子交换树脂(1)按交换基团的性8强酸型阳离子交换树脂的制备将干燥的球状共聚物用二氯乙烷或四氯乙烷、甲苯等有机溶剂溶胀，然后用浓硫酸或氯磺酸等磺化。强酸型阳离子交换树脂为聚苯乙烯系骨架，采用悬浮聚合法合成树脂，然后磺化接上交换基团。功能基磺酸基强酸型阳离子交换树脂的制备将干燥的球状共聚物用二氯乙烷或四氯9弱酸型阳离子交换树脂的制备弱酸型阳离子交换树脂为聚丙烯酸系骨架，可用带有功能基的单体直接聚合而成。交换基团弱酸型阳离子交换树脂的制备弱酸型阳离子交换树脂为聚丙烯酸系骨10将聚苯乙烯系白球进行氯甲基化，然后利用苯环对位上的氯甲基的活泼氯，定量地与各种胺进行胺基化反应。苯环可在路易氏酸如ZnCl2,AlCl3,SnCl4催化下与氯甲醚氯甲基化。强碱型阴离子交换树脂的制备强碱型阴离子交换树脂以季胺基作为离子交换基团，以聚苯乙烯作骨架。具体方法将聚苯乙烯系白球进行氯甲基化，然后利用苯环对位上的氯甲基的活11强碱型阴离子交换树脂的制备Ⅰ型的碱性很强对OH-离子的亲合力小，再生效率低，但耐氧化性和热稳定性较好Ⅱ型引入了带羟基的烷基，利用羟基吸电子的特性，降低了胺基的碱性，再生效率提高强碱型阴离子交换树脂的制备Ⅰ型的碱性很强对OH-离子的亲合力12利用羧酸类基团与胺类化合物进行酰胺化反应，可制得含酰胺基团的弱碱型阴离子交换树脂弱碱型阴离子交换树脂的制备例如将交联的聚丙烯酸甲酯在二乙烯基苯或苯乙酮中溶胀，然后在130～150℃下与多乙烯多胺反应，形成多胺树脂。再用甲醛或甲酸进行甲基化反应，可获得性能良好的叔胺树脂。利用羧酸类基团与胺类化合物进行酰胺化反应，可制得含酰胺基团的13离子交换树脂物理结构分类（2）按树脂骨架的物理结构分类将离子交换树脂分为凝胶型、大孔型和载体型离子交换树脂物理结构分类（2）按树脂骨架的物理结构分类将离子14凝胶型离子交换树脂凝胶型离子交换树脂是外观透明、具有均相高分子凝胶结构的离子交换树脂表面光滑，球粒内部没有大的毛细孔。在水中会溶胀成凝胶状，呈现大分子链的间隙孔；

大分子链之间的间隙约为2～4nm。无机小分子的半径在1nm以下，可自由地通过；在无水状态下，凝胶型离子交换树脂的分子链紧缩，体积缩小，无机小分子无法通过。在干燥条件下或油类中将丧失离子交换功能凝胶型离子交换树脂凝胶型离子交换树脂是外观透明、具有均相高分15凝胶型离子交换树脂的制备凝胶型离子交换树脂制备过程

可先合成网状结构大分子，然后使之溶胀，通过化学反应将交换基团连接到大分子上。也可先将交换基团连接到单体上，或直接采用带有交换基团的单体聚合成网状结构大分子的方法具体方法合成一种三维网状结构的大分子连接上离子交换基团凝胶型离子交换树脂的制备凝胶型离子交换树脂制备过程16大孔型离子交换树脂大孔型离子交换树脂弥补了凝胶型离子交换树脂的缺点大孔型离子交换树脂表面粗糙，为非均相凝胶结构，既使在干燥状态，内部也存在不同尺寸的毛细孔。可在非水体系中起离子交换和吸附作用原因大孔型离子交换树脂大孔型离子交换树脂弥补了凝胶型离子交换树17载体型离子交换树脂载体型离子交换树脂

用作液相色谱的固定相一般是将离子交换树脂包覆在硅胶或玻璃珠等表面上制成。它可经受液相色谱中流动介质的高压，又具有离子交换功能。特殊用途为了特殊的需要，已研制多种特殊功能的离子交换树脂：螯合树脂、氧化还原树脂、两性树脂等。其他离子交换树脂载体型离子交换树脂载体型离子交换树脂18离子交换树脂物理结构分类（3）按树脂骨架的化学结构分类将离子交换树脂分为七大系列苯乙烯系丙稀酸系酚醛系环氧系乙烯吡啶系脲醛系氯乙烯系离子交换树脂物理结构分类（3）按树脂骨架的化学结构分类将离子19二、离子交换树脂的功能离子交换树脂最主要的功能是离子交换，此外还具有吸附、催化、脱水等功能1.离子交换当于多元酸和多元碱，可发生三种类型离子交换反应中和反应二、离子交换树脂的功能离子交换树脂最主要的功能是离子交换，120二、离子交换树脂的功能复分解反应中性盐反应二、离子交换树脂的功能复分解反应中性盐反应21二、离子交换树脂的功能阳离子交换树脂和阴离子交换树脂均可进行中和反应和复分解反应。仅由于交换功能基团的性质不同，交换能力有所不同。上述反应均是平衡可逆反应，这正是离子交换树脂可以再生的本质。只要控制溶液的pH值、离子浓度和温度等因素，就可使反应向逆向进行，达到再生的目的。中性盐反应则仅在强酸型阳离子交换树脂和强碱型离子交换树脂的反应中发生。二、离子交换树脂的功能阳离子交换树脂和阴离子交换树脂均可进行22二、离子交换树脂的功能2.吸附功能凝胶型或大孔型离子交换树脂，均有很大的比表面积。根据表面化学的原理，表面具有吸附能力。吸附是范德华力作用，因此是可逆的，吸附量主要决定于表面的极性和被吸附物质极性。大孔型树脂的吸附能力远远大于凝胶型树脂二、离子交换树脂的功能2.吸附功能凝胶型或大孔型离子交换树脂23二、离子交换树脂的功能2.吸附功能树脂中醇的浓度吸附量丁醇乙醇甲醇溶液中醇的浓度离子交换树脂对醇的吸附行为烷基越大的醇，吸附性越好。是由于树脂表面的非极性大分子与醇中烷基亲和力不同引起的。二、离子交换树脂的功能2.吸附功能树脂中醇的浓度吸附量丁醇乙24二、离子交换树脂的功能3.脱水功能强酸型阳离子交换树脂中的-SO3H基团是强极性基团，有很强吸水性可用作脱水剂以强酸型阳离子交换树脂作为脱水剂，对各种有机溶剂进行脱水的实验曲线。0.0010.10.01树脂中的水分溶剂中残留水分（ppm）1101001000（克水/克树脂）4321

1氯仿

2苯

3三氯乙烯

4二氯乙烷氯仿苯三氯乙烯二氯乙烷二、离子交换树脂的功能3.脱水功能强酸型阳离子交换树脂中的25二、离子交换树脂的功能4.催化功能离子交换树脂相当于多元酸和多元碱，可对化学反应起催化作用。特点：离子交换树脂催化剂具有易于分离、不腐蚀设备、不污染环境、产品纯度高、后处理简单等优点。利用大孔型树脂的强吸附功能，将易于分解失效的催化剂吸附在微孔中，在反应过程中则逐步释放出来以提高催化剂的效率。二、离子交换树脂的功能4.催化功能离子交换树脂相当于多元酸26三、无机离子交换材料的应用

层状磷酸锆类无机离子交换材料的主要应用用于核工业、冶金工业、水处理和有机合成化学离子交换性能、质子酸性以及耐高温、耐强氧化剂和耐电离辐射1、核工业中放射性同位素的分离和回收磷酸锆类离子交换剂可用于从裂变产物中分离Cs，从铀裂变产物中分离Pu，及锕系元素的分离。三、无机离子交换材料的应用层状磷酸锆类无机离子交换材料的27三、无机离子交换材料的应用

层状磷酸锆类无机离子交换材料的主要应用2、水处理剂利用磷酸锆类的良好离子交换性能，可以从海水中回收钾、钠等金属元素，将卤水中的盐在高温脱去，除去水中Ca2-、Mg2+离子使水软化；利用α-ZrP层状结构的离子交换与吸附，可以回收Pd贵重金属。3．贵重金属萃取剂

4．有机合成催化剂

磷酸锆类作为质子酸催化剂在有机合成化学中有重要用途。三、无机离子交换材料的应用层状磷酸锆类无机离子交换材料的28第二节分子筛分子筛是一类能筛分分子的固体材料气体或液体混合物通过这种材料后，就按照不同的分子特性彼此分离开来许多物质，如晶体硅酸盐（又称为沸石或泡沸石）、多孔玻璃、特制活性炭、凝胶等都有分子筛效应。第二节分子筛分子筛是一类能筛分分子的固体材料气体或液体混合29第二节分子筛分子筛结构形成与外部相通的微孔，具有选择性吸附性能比分子筛孔径小的分子可通入孔道中，而较大者则留在孔外，借此筛分不同分子大小的混合物。作用机理分子筛主要用于气态物的分离和有机溶剂中痕量水的除去。用途第二节分子筛分子筛结构形成与外部相通的微孔，具有选择性吸附30分子筛的分类按化学组成和结构骨架分无机分子筛和凝胶树脂型分子筛在天然成分及生物工程产物提取分离、精制和色谱分析方面有着重要意义沸石分子筛已经在吸附分离、离子交换、催化等多方面广为应用。沸石分子筛分子筛无机分子筛凝胶树脂型分子筛多孔玻璃特制活性炭天然沸石分子筛合成沸石分子筛天然改性凝胶人工合成凝胶菊聚糖类凝胶琼脂糖类凝胶聚苯乙烯凝胶聚甲基丙烯酸酯凝胶聚丙烯酰胺凝胶分子筛的分类按化学组成和结构骨架分无机分子筛和凝胶树脂型分子31磷酸铝分子筛（沸石分子筛）磷酸铝分子筛(AlPO4-n)是美国联合碳化物公司(UCC)1982年开发的新型分子筛。骨架结构中不含硅氧四面体，具新颖的晶体结构和独特的骨架表面选择性，在吸附分离和催化性能方面有新的应用前景。磷酸铝分子筛（沸石分子筛）磷酸铝分子筛(AlPO4-n)32磷酸铝系列分子筛的结构和组成AlPO4-n结晶组成可用氧化物的摩尔比表示xR•Al2O3•1.0±0.2P2O5•yH2O有机胺或季铵盐在骨架形成时起模板作用x和y表示填充于骨架内的R和H2O的物质的量在AlPO4-n分子筛中，AlO4和PO4

四面体交替排列呈电中性，不含可交换的金属阳离子。SAPO

:磷酸硅铝（0－0.3）R•(SixAlyPz)O2MeAPO

:金属（Me）改性的磷酸铝磷酸铝系列分子筛的结构和组成AlPO4-n结晶组成可用氧33磷酸铝分子筛的性质AlPO4-n分子筛具有优良的热稳定性和水热稳定性1.热稳定性AlPO4-n分子筛在1000℃高温下灼烧结构仍然稳定SAPO-n在600℃用20％水蒸气处理、骨架结构仍保持不变磷酸铝系分子筛可以用于气体的吸附和分离2.吸附性磷酸铝分子筛的性质AlPO4-n分子筛具有优良的热稳定性和34磷酸铝分子筛的性质3.酸性AlPO4-n分子筛呈中性SAPO4-n分子筛合成过程中若不引入碱性阳离子，即表现出酸性；若引入碱金属阳离子，可通过离子交换使其转化为H型。4.催化活性磷酸铝系分子筛具有独特的催化性能，尤其是杂原子引入AlPO4-n分子筛中，改善了离子交换性能、增加了表面的强酸活性中心、催化活性大为提高。磷酸铝分子筛的性质3.酸性AlPO4-n分子筛呈中性SA35分子筛适用范围：大中型空分装置原料气的净化（同时去除水和二氧化碳及部分碳氢化合物）及工业上用于一般气体或液体的干燥。

13XAPG分子筛

分子筛适用范围：大中型空分装置原料气的净化（同时去除水和二氧36分子筛材料的电子显微镜图像分子筛分子筛材料的电子显微镜图像分子筛37磷酸铝分子筛的主要应用１.催化剂磷酸铝系分子筛在二氯甲苯异构体混合物中，可选择性吸附2,6-二氯甲苯，从而与其他异构体分离。２.吸附分离剂由于磷酸铝系分子筛具有新型的骨架结构和独特的性能，可作为催化剂、催化剂载体和吸附分离剂等磷酸铝分子筛的主要应用１.催化剂磷酸铝系分子筛在二氯甲苯异38凝胶树脂系分子筛结构和性质葡聚糖凝胶葡聚糖凝胶是最早的分子筛，也是凝胶分子筛层析中最为常用的材料交联葡聚糖是以苷键连结的线性聚葡萄糖链，经3-氯-1,2环氧乙烷交联而成的具三维网状结构的高分子化合物。结构交联葡聚糖的化学结构凝胶树脂系分子筛结构和性质葡聚糖凝胶葡聚糖凝胶是最早的分子筛39凝胶树脂系分子筛结构和性质葡聚糖凝胶（商品名为SephadexG）的型号是按交联度大小来分类，其吸水量或膨胀量即每克干凝胶所吸收的水分质量来表示。型号G-25的吸水量为2.5ml/g(型号即为2.5×10倍)其它型号：G-10、G-15、G-50、G-75、

G-100、G-150、G-200凝胶树脂系分子筛结构和性质葡聚糖凝胶（商品名为Sephade40凝胶树脂系分子筛结构和性质葡聚糖凝胶对稀酸、稀碱和盐溶液稳定，但能被强酸、强碱和氧化剂破坏。性质可耐受高压灭菌(98kPa30min)对许多有机溶剂，如醇类、砜类、甲酰胺等稳定。稳定性随交联度增加而降低。凝胶树脂系分子筛结构和性质葡聚糖凝胶对稀酸、稀碱和盐溶液稳定41凝胶树脂系分子筛结构和性质羟丙基葡聚糖凝胶羟丙基葡聚糖凝胶是在交联葡聚糖凝胶分子中引入亲脂基-CH2CH2CH2OH，糖的醇羟基被取代，在增加整个分子的亲脂性的同时仍保留亲水性。聚丙烯酰胺凝胶聚丙烯酰胺凝胶是一种全化学合成的人工凝胶，其商品名为生物凝胶-P(BiO-Gel-P)凝胶树脂系分子筛结构和性质羟丙基葡聚糖凝胶羟丙基葡聚糖凝胶是42凝胶树脂系分子筛的制备葡聚糖凝胶的制备以环氧化氯丙烷作交联剂，在碱性条件下与α-1,6-糖苷链连结的线性多聚葡聚糖反应，即可制得相应的交联葡聚糖，产物吸水后呈凝胶态。1243D-glc表示葡萄基凝胶树脂系分子筛的制备葡聚糖凝胶的制备以环氧化氯丙烷作交联剂43凝胶树脂系分子筛的制备羟丙基葡聚糖凝胶的制备交联葡聚糖凝胶分子中葡萄糖基的醇羟基氢被羟丙基取代的产物。该类凝胶呈亲水性，同时又有亲脂性，使应用范围扩大。聚丙酰凝胶的制备以丙烯酰胺为单体．亚甲基双丙烯酰胺作交联剂，经四甲基乙二胺催化通过自由基引发聚合而成。产物经干燥成形处理制得呈颗粒状干粉商品，在溶液中吸液膨胀后便成一定粒度的凝胶凝胶树脂系分子筛的制备羟丙基葡聚糖凝胶的制备交联葡聚糖凝胶分44凝胶型分子筛的分离机理网眼大，大分子能进入网眼内；网眼小，小分子物质才能进入网眼凝胶型分子筛在吸水后形成凝胶粒子交联键的骨架中有许多一定大小的凝胶孔眼(又称网眼)凝胶层析示意图凝胶型分子筛的分离机理网眼大，大分子能进入网眼内；凝胶型分子45凝胶型分子筛的分离机理Ve—保留体积，Vo—凝胶颗粒之间的体积称“空隙体积”或“外水体积”Vi—凝胶颗粒内部液相体积称“内水体积”。K—分配系数。

Ve＝Vo+

K·Vi上述分离机理可用关系式表示：当K＝1．则Ve＝Vo+

Vi

说明溶质分子足够小．能自由进入凝胶颗粒内部，而且对凝胶的”内水”和“外水”亲和力相等。当K＝0，则Ve＝Vo

说明溶质分子很大，以致完全排阻于凝胶颗粒之外。凝胶型分子筛的分离机理Ve—保留体积，Ve＝Vo+K46K凝胶型分子筛的应用测定的依据不同分子量的物质，只要在凝胶的分离范围内，其洗脱体积Ve及分配系数K值随分子量M增加而下降。脱盐用的凝胶多为大粒度的、高交联度的凝胶。1、脱盐2、分子量测定溶液中蛋白质的K＝0,排阻于凝胶颗粒之外；盐类的K＝l,能进入凝胶颗粒内部Ve＝-K·lgM+C洗脱体积Ve与分于量M的关系ClgM用凝胶过虑层析测定生物大分子的分子量K凝胶型分子筛的应用测定的依据不同分子量的物质，只要在凝47凝胶型分子筛的应用（1）去热原3、凝胶层析在生化制药中的应用SephadexG-25凝胶柱分离氨基酸中热原性物质去热原是生产注射用生化药品的一个难题K=1K=0热原糖蛋白氨基酸凝胶型分子筛的应用（1）去热原3、凝胶层析在生化制药中的应用48凝胶型分子筛的应用（2）分离纯化3、凝胶层析在生化制药中的应用SephadexG-25凝胶柱分离氨基酸中热原性物质酸性氨基酸受胶粒排斥先被洗脱芳香族氨基酸有弱吸附作用较后排出碱性氨基酸吸附最强，最后排出凝胶型分子筛的应用（2）分离纯化3、凝胶层析在生化制药中的应49一、概述二、无机膜三、高分子膜材料第三节分离膜及膜材料一、概述第三节分离膜及膜材料50第三节分离膜及膜材料利用天然或人工制备的具有选择透过性能的薄膜以外界能量或化学位差作推动力，对双组分或多组分液体或气体进行分离、分级、提纯或富集。膜分离的技术核心分离膜一、概述第三节分离膜及膜材料利用天然或人工制备的具有选择透过性能的51分离膜及膜材料膜分离技术组装膜组件膜材料制膜技术膜材料是构成分离膜的物质基础，不同分离对象的分离过程对膜材料有不同的要求将一定材质和一定面积的膜以某些形式组装成密封性可靠、膜装填密度高、流体流动形式合理、造价低的器件(膜组件)选用合适的膜材科，通过一定的制膜技术，制成适应不同分离目的所需的高选择性、高通量、基本无缺损的膜分离膜及膜材料膜分离组装膜组件膜材料制膜技术膜材料是构成分离52分离膜及膜材料的分类膜分离技术无机膜有机高分子膜用无机材料如金属、金属氧化物、陶瓷、沸石、无机高分子材料制成的膜纤维素类、聚酰胺类、芳香杂环类等合成有机高分子材料制成的分离膜是目前工业上应用最多，技术较为成熟的一类分离膜。具有结构稳定、孔径均一、化学稳定性好、耐酸、耐碱、耐有机溶剂、抗微生物侵蚀力强，可在高温下操作等特点，是近几年才发展起来的新型分离膜。特点分离膜及膜材料的分类膜分离技术无机膜有机高分子膜用无机材料如53二、无机膜分为金属膜、陶瓷膜、分子筛膜

无机膜组成材料类别主要化学成分金属膜钯、银、镍、不锈钢、镍基合金

陶瓷膜Al2O3

、SiO2、TiO2

、玻璃等分子筛膜沸石主要的无机膜材料二、无机膜分为金属膜、陶瓷膜、分子筛膜无机膜组成材料类别主54二、无机膜分为致密膜、多孔膜及复合非对称膜无机膜结构为金属(Pd、Ag、合金)箔或固体电解质膜；

(1)致密膜

可扩散透过氢可透过离子组分

(2)多孔膜等孔径均质多孔膜锥形孔径均质多孔膜具有支撑层的非对称膜无机多孔膜的三种结构二、无机膜分为致密膜、多孔膜及复合非对称膜无机膜结构为金属(55二、无机膜

(3)复合非对称膜又称非对称复合膜分离薄膜层最上层为分离层，分离作用在该薄膜层发生中间过渡层处于薄膜层和多孔支撑层之间，其目的是防止薄膜颗粒渗进下面支撑层孔内，阻塞孔道降低渗透性。多孔支撑层处于膜的底层，其作用是增强膜的机械强度，要求较大的通透性。复合非对称膜结构示意图二、无机膜(3)复合非对称膜又称非对称复合膜分离薄膜层56无机膜的分离机理主要是微孔过滤和超过滤，动态膜分离过程还有反渗透。利用压力差为推动力，物质的分子直径不同，则透过率不同。从而小分子物质可以通过，大分子物质被截留，实现其分离;根据“筛分”效应进行分离过程受被分离物质组分之间和膜表面与被分离物之间相互作用的影响；分离膜的电荷性和选择吸附性对膜的分离性能也有影响。无机膜的分离机理无机膜的分离机理主要是微孔过滤和超过滤，动态膜分离过程还有反57无机膜的分离机理微孔无机膜气体分离机理在有压差条件下，膜孔径为5-10nm，无压差条件下，膜孔径为5-50nm时，Knudsen扩散起主导作用：分离因数为被分离气体分子量之比的平方根。在膜的孔径1一10nm时，表面扩散起主导作用。对于气体分离，表面扩散比Knudsen扩散更为有用。在温度较低的情况下，每一孔道都有可能被冷凝物组分堵塞，而阻止了非冷凝物组分的渗透，从而实现分离。分子大小不同的气体混合物与膜接触后，大分子被截留．而小分子则通过孔道，从而实现了分离。无机膜的分离机理微孔无机膜气体分离机理在有压差条件下，膜孔径58二、无机膜优点缺点高温下稳定性好，使用温度可达400℃甚至800℃膜脆，易碎膜耐压，机械性能稳定（不可压缩，不蠕变）不耐强碱化学性质稳定，特别耐有机溶剂制作成本高不会老化，使用寿命长物料透过量大，污染少易控制膜孔径大小和孔径尺寸分布易于清洗和再生容易实现电催化和电化学活化二、无机膜优点缺点高温下稳定性好，使用温度可达459无机膜制备方法无机陶瓷粉粒Al2O3/TiO2/ZrO2/SiO2溶剂/胶粘剂/增塑剂陶瓷悬浮液载体浸渍成型陶瓷膜干燥烧结负载型陶瓷膜多孔陶瓷膜膜载体烧结法制备多孔陶瓷及膜载体流程图1、烧结法

用烧结法制得的陶瓷多孔膜的结构及质量与粉粒的形状、粗细、粒径分布、添加剂的种类、含量以及烧结强度等因素密切相关。一般孔径范围为0.01-10μm，适用于过滤和超滤。无机膜制备方法无机陶瓷粉粒Al2O3/TiO2/溶剂/胶粘剂60无机膜制备方法2、溶胶凝胶法最为有效的制备微孔无机膜的方法溶胶－凝胶法制备二种TiO2膜的工艺流程（M＝Ti）如下图所示商业化的Al2O3膜、ZrO2膜、TiO2、SiO2膜以及分子筛碳膜都可用该法制备。无机膜制备方法2、溶胶凝胶法最为有效的制备微孔无机膜的方法溶61无机膜制备方法M（OR）4溶于醇在25℃高速搅拌下加入少量醇溶于水水澄清溶液氢氧化物沉淀25℃下搅拌0.5hHNO3聚溶胶悬浮液85～95℃下加热12h胶体悬浮液冷却至室温稳定的溶胶溶胶置于塑料容器支撑膜支撑凝胶膜陶瓷膜透明的无支撑膜浇铸凝胶控制相对温度烧烤400～500℃凝胶控制相对温度浸渍无机膜制备方法M（OR）4溶于醇在25℃高速搅拌下加入少62无机膜制备方法3、阳极氧化法4、水热晶化法将无孔载体，如聚四氟乙烯、不锈钢、铜、银等，放入有硅源、铝源、碱、水和有机胺的溶胶反应釜中，在一定温度和自生压力下水热晶化，可以制得具分子筛效应的分子筛膜。将薄的高纯度金属片(如铝箔)在室温下置于酸性电解质中进行阳极氧化，再用强酸提取，除去未被氧化部分，制得孔径分布均匀且为井式微孔的膜。无机膜制备方法3、阳极氧化法4、水热晶化法将无孔载体，如聚四63自70年代末期，法国和美国相继以铀浓缩为目的研制开发了非对称无机分离膜；无机膜主要应用背景随后日本对MF和UF无机膜的研究开发迅猛发展；近年来，适用于各种用途的无机分离膜不断涌现，在气体分离、膜反应、生物制品的分离、食品和饮料工业蛋白质浓缩分离和海水的淡化等领域的应用研究，取得了引人注目的成果。微滤超滤自70年代末期，法国和美国相继以铀浓缩为目的研制开发了非对64无机膜主要应用主要应用美国Filter公司的无机膜对0.01μm尘粉的脱除率达99.9999%。工业废水及用水的处理和净化；制药行业的液体除菌；酒类、果汁饮料的澄清、浓缩和除菌；牛奶的除菌、脱脂；海水的淡化；生物制品的纯化等。1.气体的分离净化2.液体过滤将无机膜与催化剂的催化反应结合起来构成膜反应器3.膜反应器无机膜主要应用主要应用美国Filter公司的无机膜对0.065无机膜发展趋势降低成本，提高竞争力膜材料组成多元化，提高分离膜物化性能制备超细孔化无机膜，扩大应用领域年增长速度预计达30一50％，高于有机膜市场占有率超过12％发展趋势无机膜发展趋势降低成本，提高竞争力膜材料组成多元化，提高分离66三、高分子膜材料有机高分子膜材料按照化学结构大致分为10类:纤维素衍生物类、聚酰胺类、聚酰亚胺类、聚砜类、聚烯烃类、硅橡胶类、含氟聚合物类、聚酯类、甲壳素类、其他１.种类三、高分子膜材料有机高分子膜材料按照化学结构大致分为10类67气体分离膜应该具有高的透气性和好的透气选择性、高的机械强度、优良的热和化学稳定性以及好的成膜加工性。2.结构与性能聚酰亚胺类（polyimides，简称PI）特点：透气选择性好，机械强度高，耐化学介质并可制成高通量的自支撑型不对称中空纤维膜三、高分子膜材料缺点：难熔、难溶、不易成型加工且生产成本高气体分离膜应该具有高的透气性和好的透气选择性、高的机械强度、68含氟聚酰亚胺通过在聚酞亚胺单体中引入含氟基团，增大了分子链间距离，减少了分子间作用力，增大了分子链的柔顺性。在保持刚性骨架和堆砌密度的同时溶解性大大提高，改善了产品的可加工性和对气体的吸附性。含氟聚酰亚胺可以显著地弥补聚酰亚胺的缺陷。难熔、难溶、不易加工三、高分子膜材料含氟聚酰亚胺通过在聚酞亚胺单体中引入含氟基团，增大了分子链间69有机硅改性膜有机硅改性膜属于半无机、半有机结构高分子，兼有有机高分子和无机高分子的特性分子中存在Si-O键(键能高于C-C键)，且具负离子性，呈现出耐热、不易燃特性；有机硅分子中聚硅氧烷主链的螺旋形结构，使分子间作用力小，结构疏松，使其对气体扩散透过性比其他高分子材料好。三、高分子膜材料有机硅改性膜有机硅改性膜属于半无机、半有机结构高分子，兼有有70高分子膜的制备方法对称膜该类膜的通量太低，少有工业应用，主要用于实验室中研究膜材料或膜的性质。有两种制备方法：①溶剂浇铸法；②熔压法(1)致密对称膜(2)微孔对称膜①延伸法②光辐照法(核刻蚀法)③相转化法高分子膜的制备方法对称膜该类膜的通量太低，少有工业应用，主要71高分子膜的制备方法非对称膜(1)相转化膜高分子膜材料溶液经转相后制得的膜相转化法制备非对称膜工艺溶剂高聚物添加剂制膜用聚合物溶剂流延（浇铸）

蒸出部分溶剂（部分凝胶化，形成活性层）

热凝胶法溶剂蒸发法吸水法凝胶液冷却法聚合物沉淀（凝胶化）

热处理相转化膜高分子膜的制备方法非对称膜(1)相转化膜高分子膜材料溶液经72高分子膜的制备方法(2)复合膜多孔支撑层的表面上形成另一超薄膜性高聚物层的复合型膜复合膜制备方法分类复合膜制备方法叠层法原位反应法包覆（溶液浸涂、喷涂）法水面展开（溶液浇铸）法

界面聚合法界面交联法等离子体法就地聚合界面缩聚等离子体处理等离子体反应高分子膜的制备方法(2)复合膜多孔支撑层的表面上形成另一超73高分子膜主要应用高分子膜分离过程具有能耗低、分离效率高、设备体积小，可以在频繁的启停下工作，以及其规模与处理能力可以在很大范围内变化，而其效率、设备单价、运行费用等都变化不大的特点，是一种高效、节能的新分离技术。几十万t/d的反渗透海水淡化工厂；全氟离子交换膜制碱技术；近万m2的大型超滤退浆废水处理；

1000多套Prism中空纤维的氮、氦、氢膜分离装置投入运行主要应用高分子膜主要应用高分子膜分离过程具有能耗低、分离效率高、设备74高分子膜的开发趋势1.开发新型高分子膜材料有机高分子分离膜的发展动向主要是开发新型高分子膜材料，进行膜表面改性，加强“超薄”和“活化”制膜工艺研究。（1）继续开发功能高分子膜材料（2）发展高分子合金膜材料高分子膜的开发趋势1.开发新型高分子膜材料有机高分子分离75进一步发展制备超薄、高度均匀(无孔或孔分布均匀)、无缺陷的非对称皮层的技术与工艺。2.进行膜表面改性用接枝、溶剂预处理、共聚、交联、等离子或放射线刻蚀等方法，可以对高分子膜表面进行改性。根据不同的分离对象，引入不同的活化基因，改变高分子自由体积和链的柔软性，使膜的表面(分离层)活化，改善或增加膜的分离性能。3.研究新的成膜工艺高分子膜的开发趋势进一步发展制备超薄、高度均匀(无孔或孔分布均匀)、无缺陷的非76•依材料、或依应用类别等谈谈生物医用材料的应用•谈谈你知道的生物医用材料•谈谈生物医学材料的不良作用课堂考试题目－选一•依材料、或依应用类别等谈谈生物医用材料的应用课堂考试题目－77分离材料第八章分离材料第八章78第一节离子交换材料第二节分子筛第三节膜分离材料第一节离子交换材料79第一节离子交换材料离子交换材料的分类离子交换材料是一类具有离子交换功能的物质无机离子交换材料有机离子交换材料含磷、锆、钛、钡、钒、钨、钼、锰、铝、镁等元素为主的无机材料主链含碳、氢，与主链相连的功能基常有氧、氮、磷等元素的一类有机材料第一节离子交换材料离子交换材料的分类离子交换材料是一类具80第一节离子交换材料全自动钠离子交换器连续离子交换设备第一节离子交换材料全自动钠离子交换器连续离子交换设备81无机离子交换材料100多年前就已发现并应用。α-磷酸锆为代表的磷酸盐系列无机离子交换剂的研制和应用发展很快。具有耐高温、耐氧化、耐辐射等优良性能；能与大多数金属离子发生离子交换，并且具有沸石一样的选择吸附和催化功能，应用范围广；原料易得，制备技术不太复杂，可望实现工业化生产。一、离子交换材料的发展与分类无机离子交换材料100多年前就已发现并应用。α-磷酸锆为代表82有机离子交换材料一、离子交换材料的发展与分类离子交换树脂1935年英国的Adams和Holmes发表了酚醛树脂和苯胺甲醛树脂的离子交换性能的工作报告，开创了离子交换树脂领域。离子交换树脂的组成（1）网状结构的高分子骨架（基块）（2）连接在骨架上的功能基团有机离子交换材料一、离子交换材料的发展与分类离子交换树脂1983离子交换树脂的分类离子交换树脂离子交换树脂储存罐离子交换树脂的分类离子交换树脂离子交换树脂储存罐84离子交换树脂交换基团分类阳离子交换树脂(1)按交换基团的性质分类阴离子交换树脂弱酸型强酸型中酸型R-SO3HR-PO(OH)2R-COOH强碱型弱碱型R3-NClR-NH2离子交换树脂交换基团分类阳离子交换树脂(1)按交换基团的性85强酸型阳离子交换树脂的制备将干燥的球状共聚物用二氯乙烷或四氯乙烷、甲苯等有机溶剂溶胀，然后用浓硫酸或氯磺酸等磺化。强酸型阳离子交换树脂为聚苯乙烯系骨架，采用悬浮聚合法合成树脂，然后磺化接上交换基团。功能基磺酸基强酸型阳离子交换树脂的制备将干燥的球状共聚物用二氯乙烷或四氯86弱酸型阳离子交换树脂的制备弱酸型阳离子交换树脂为聚丙烯酸系骨架，可用带有功能基的单体直接聚合而成。交换基团弱酸型阳离子交换树脂的制备弱酸型阳离子交换树脂为聚丙烯酸系骨87将聚苯乙烯系白球进行氯甲基化，然后利用苯环对位上的氯甲基的活泼氯，定量地与各种胺进行胺基化反应。苯环可在路易氏酸如ZnCl2,AlCl3,SnCl4催化下与氯甲醚氯甲基化。强碱型阴离子交换树脂的制备强碱型阴离子交换树脂以季胺基作为离子交换基团，以聚苯乙烯作骨架。具体方法将聚苯乙烯系白球进行氯甲基化，然后利用苯环对位上的氯甲基的活88强碱型阴离子交换树脂的制备Ⅰ型的碱性很强对OH-离子的亲合力小，再生效率低，但耐氧化性和热稳定性较好Ⅱ型引入了带羟基的烷基，利用羟基吸电子的特性，降低了胺基的碱性，再生效率提高强碱型阴离子交换树脂的制备Ⅰ型的碱性很强对OH-离子的亲合力89利用羧酸类基团与胺类化合物进行酰胺化反应，可制得含酰胺基团的弱碱型阴离子交换树脂弱碱型阴离子交换树脂的制备例如将交联的聚丙烯酸甲酯在二乙烯基苯或苯乙酮中溶胀，然后在130～150℃下与多乙烯多胺反应，形成多胺树脂。再用甲醛或甲酸进行甲基化反应，可获得性能良好的叔胺树脂。利用羧酸类基团与胺类化合物进行酰胺化反应，可制得含酰胺基团的90离子交换树脂物理结构分类（2）按树脂骨架的物理结构分类将离子交换树脂分为凝胶型、大孔型和载体型离子交换树脂物理结构分类（2）按树脂骨架的物理结构分类将离子91凝胶型离子交换树脂凝胶型离子交换树脂是外观透明、具有均相高分子凝胶结构的离子交换树脂表面光滑，球粒内部没有大的毛细孔。在水中会溶胀成凝胶状，呈现大分子链的间隙孔；

大分子链之间的间隙约为2～4nm。无机小分子的半径在1nm以下，可自由地通过；在无水状态下，凝胶型离子交换树脂的分子链紧缩，体积缩小，无机小分子无法通过。在干燥条件下或油类中将丧失离子交换功能凝胶型离子交换树脂凝胶型离子交换树脂是外观透明、具有均相高分92凝胶型离子交换树脂的制备凝胶型离子交换树脂制备过程

可先合成网状结构大分子，然后使之溶胀，通过化学反应将交换基团连接到大分子上。也可先将交换基团连接到单体上，或直接采用带有交换基团的单体聚合成网状结构大分子的方法具体方法合成一种三维网状结构的大分子连接上离子交换基团凝胶型离子交换树脂的制备凝胶型离子交换树脂制备过程93大孔型离子交换树脂大孔型离子交换树脂弥补了凝胶型离子交换树脂的缺点大孔型离子交换树脂表面粗糙，为非均相凝胶结构，既使在干燥状态，内部也存在不同尺寸的毛细孔。可在非水体系中起离子交换和吸附作用原因大孔型离子交换树脂大孔型离子交换树脂弥补了凝胶型离子交换树94载体型离子交换树脂载体型离子交换树脂

用作液相色谱的固定相一般是将离子交换树脂包覆在硅胶或玻璃珠等表面上制成。它可经受液相色谱中流动介质的高压，又具有离子交换功能。特殊用途为了特殊的需要，已研制多种特殊功能的离子交换树脂：螯合树脂、氧化还原树脂、两性树脂等。其他离子交换树脂载体型离子交换树脂载体型离子交换树脂95离子交换树脂物理结构分类（3）按树脂骨架的化学结构分类将离子交换树脂分为七大系列苯乙烯系丙稀酸系酚醛系环氧系乙烯吡啶系脲醛系氯乙烯系离子交换树脂物理结构分类（3）按树脂骨架的化学结构分类将离子96二、离子交换树脂的功能离子交换树脂最主要的功能是离子交换，此外还具有吸附、催化、脱水等功能1.离子交换当于多元酸和多元碱，可发生三种类型离子交换反应中和反应二、离子交换树脂的功能离子交换树脂最主要的功能是离子交换，197二、离子交换树脂的功能复分解反应中性盐反应二、离子交换树脂的功能复分解反应中性盐反应98二、离子交换树脂的功能阳离子交换树脂和阴离子交换树脂均可进行中和反应和复分解反应。仅由于交换功能基团的性质不同，交换能力有所不同。上述反应均是平衡可逆反应，这正是离子交换树脂可以再生的本质。只要控制溶液的pH值、离子浓度和温度等因素，就可使反应向逆向进行，达到再生的目的。中性盐反应则仅在强酸型阳离子交换树脂和强碱型离子交换树脂的反应中发生。二、离子交换树脂的功能阳离子交换树脂和阴离子交换树脂均可进行99二、离子交换树脂的功能2.吸附功能凝胶型或大孔型离子交换树脂，均有很大的比表面积。根据表面化学的原理，表面具有吸附能力。吸附是范德华力作用，因此是可逆的，吸附量主要决定于表面的极性和被吸附物质极性。大孔型树脂的吸附能力远远大于凝胶型树脂二、离子交换树脂的功能2.吸附功能凝胶型或大孔型离子交换树脂100二、离子交换树脂的功能2.吸附功能树脂中醇的浓度吸附量丁醇乙醇甲醇溶液中醇的浓度离子交换树脂对醇的吸附行为烷基越大的醇，吸附性越好。是由于树脂表面的非极性大分子与醇中烷基亲和力不同引起的。二、离子交换树脂的功能2.吸附功能树脂中醇的浓度吸附量丁醇乙101二、离子交换树脂的功能3.脱水功能强酸型阳离子交换树脂中的-SO3H基团是强极性基团，有很强吸水性可用作脱水剂以强酸型阳离子交换树脂作为脱水剂，对各种有机溶剂进行脱水的实验曲线。0.0010.10.01树脂中的水分溶剂中残留水分（ppm）1101001000（克水/克树脂）4321

1氯仿

2苯

3三氯乙烯

4二氯乙烷氯仿苯三氯乙烯二氯乙烷二、离子交换树脂的功能3.脱水功能强酸型阳离子交换树脂中的102二、离子交换树脂的功能4.催化功能离子交换树脂相当于多元酸和多元碱，可对化学反应起催化作用。特点：离子交换树脂催化剂具有易于分离、不腐蚀设备、不污染环境、产品纯度高、后处理简单等优点。利用大孔型树脂的强吸附功能，将易于分解失效的催化剂吸附在微孔中，在反应过程中则逐步释放出来以提高催化剂的效率。二、离子交换树脂的功能4.催化功能离子交换树脂相当于多元酸103三、无机离子交换材料的应用

层状磷酸锆类无机离子交换材料的主要应用用于核工业、冶金工业、水处理和有机合成化学离子交换性能、质子酸性以及耐高温、耐强氧化剂和耐电离辐射1、核工业中放射性同位素的分离和回收磷酸锆类离子交换剂可用于从裂变产物中分离Cs，从铀裂变产物中分离Pu，及锕系元素的分离。三、无机离子交换材料的应用层状磷酸锆类无机离子交换材料的104三、无机离子交换材料的应用

层状磷酸锆类无机离子交换材料的主要应用2、水处理剂利用磷酸锆类的良好离子交换性能，可以从海水中回收钾、钠等金属元素，将卤水中的盐在高温脱去，除去水中Ca2-、Mg2+离子使水软化；利用α-ZrP层状结构的离子交换与吸附，可以回收Pd贵重金属。3．贵重金属萃取剂

4．有机合成催化剂

磷酸锆类作为质子酸催化剂在有机合成化学中有重要用途。三、无机离子交换材料的应用层状磷酸锆类无机离子交换材料的105第二节分子筛分子筛是一类能筛分分子的固体材料气体或液体混合物通过这种材料后，就按照不同的分子特性彼此分离开来许多物质，如晶体硅酸盐（又称为沸石或泡沸石）、多孔玻璃、特制活性炭、凝胶等都有分子筛效应。第二节分子筛分子筛是一类能筛分分子的固体材料气体或液体混合106第二节分子筛分子筛结构形成与外部相通的微孔，具有选择性吸附性能比分子筛孔径小的分子可通入孔道中，而较大者则留在孔外，借此筛分不同分子大小的混合物。作用机理分子筛主要用于气态物的分离和有机溶剂中痕量水的除去。用途第二节分子筛分子筛结构形成与外部相通的微孔，具有选择性吸附107分子筛的分类按化学组成和结构骨架分无机分子筛和凝胶树脂型分子筛在天然成分及生物工程产物提取分离、精制和色谱分析方面有着重要意义沸石分子筛已经在吸附分离、离子交换、催化等多方面广为应用。沸石分子筛分子筛无机分子筛凝胶树脂型分子筛多孔玻璃特制活性炭天然沸石分子筛合成沸石分子筛天然改性凝胶人工合成凝胶菊聚糖类凝胶琼脂糖类凝胶聚苯乙烯凝胶聚甲基丙烯酸酯凝胶聚丙烯酰胺凝胶分子筛的分类按化学组成和结构骨架分无机分子筛和凝胶树脂型分子108磷酸铝分子筛（沸石分子筛）磷酸铝分子筛(AlPO4-n)是美国联合碳化物公司(UCC)1982年开发的新型分子筛。骨架结构中不含硅氧四面体，具新颖的晶体结构和独特的骨架表面选择性，在吸附分离和催化性能方面有新的应用前景。磷酸铝分子筛（沸石分子筛）磷酸铝分子筛(AlPO4-n)109磷酸铝系列分子筛的结构和组成AlPO4-n结晶组成可用氧化物的摩尔比表示xR•Al2O3•1.0±0.2P2O5•yH2O有机胺或季铵盐在骨架形成时起模板作用x和y表示填充于骨架内的R和H2O的物质的量在AlPO4-n分子筛中，AlO4和PO4

四面体交替排列呈电中性，不含可交换的金属阳离子。SAPO

:磷酸硅铝（0－0.3）R•(SixAlyPz)O2MeAPO

:金属（Me）改性的磷酸铝磷酸铝系列分子筛的结构和组成AlPO4-n结晶组成可用氧110磷酸铝分子筛的性质AlPO4-n分子筛具有优良的热稳定性和水热稳定性1.热稳定性AlPO4-n分子筛在1000℃高温下灼烧结构仍然稳定SAPO-n在600℃用20％水蒸气处理、骨架结构仍保持不变磷酸铝系分子筛可以用于气体的吸附和分离2.吸附性磷酸铝分子筛的性质AlPO4-n分子筛具有优良的热稳定性和111磷酸铝分子筛的性质3.酸性AlPO4-n分子筛呈中性SAPO4-n分子筛合成过程中若不引入碱性阳离子，即表现出酸性；若引入碱金属阳离子，可通过离子交换使其转化为H型。4.催化活性磷酸铝系分子筛具有独特的催化性能，尤其是杂原子引入AlPO4-n分子筛中，改善了离子交换性能、增加了表面的强酸活性中心、催化活性大为提高。磷酸铝分子筛的性质3.酸性AlPO4-n分子筛呈中性SA112分子筛适用范围：大中型空分装置原料气的净化（同时去除水和二氧化碳及部分碳氢化合物）及工业上用于一般气体或液体的干燥。

13XAPG分子筛

分子筛适用范围：大中型空分装置原料气的净化（同时去除水和二氧113分子筛材料的电子显微镜图像分子筛分子筛材料的电子显微镜图像分子筛114磷酸铝分子筛的主要应用１.催化剂磷酸铝系分子筛在二氯甲苯异构体混合物中，可选择性吸附2,6-二氯甲苯，从而与其他异构体分离。２.吸附分离剂由于磷酸铝系分子筛具有新型的骨架结构和独特的性能，可作为催化剂、催化剂载体和吸附分离剂等磷酸铝分子筛的主要应用１.催化剂磷酸铝系分子筛在二氯甲苯异115凝胶树脂系分子筛结构和性质葡聚糖凝胶葡聚糖凝胶是最早的分子筛，也是凝胶分子筛层析中最为常用的材料交联葡聚糖是以苷键连结的线性聚葡萄糖链，经3-氯-1,2环氧乙烷交联而成的具三维网状结构的高分子化合物。结构交联葡聚糖的化学结构凝胶树脂系分子筛结构和性质葡聚糖凝胶葡聚糖凝胶是最早的分子筛116凝胶树脂系分子筛结构和性质葡聚糖凝胶（商品名为SephadexG）的型号是按交联度大小来分类，其吸水量或膨胀量即每克干凝胶所吸收的水分质量来表示。型号G-25的吸水量为2.5ml/g(型号即为2.5×10倍)其它型号：G-10、G-15、G-50、G-75、

G-100、G-150、G-200凝胶树脂系分子筛结构和性质葡聚糖凝胶（商品名为Sephade117凝胶树脂系分子筛结构和性质葡聚糖凝胶对稀酸、稀碱和盐溶液稳定，但能被强酸、强碱和氧化剂破坏。性质可耐受高压灭菌(98kPa30min)对许多有机溶剂，如醇类、砜类、甲酰胺等稳定。稳定性随交联度增加而降低。凝胶树脂系分子筛结构和性质葡聚糖凝胶对稀酸、稀碱和盐溶液稳定118凝胶树脂系分子筛结构和性质羟丙基葡聚糖凝胶羟丙基葡聚糖凝胶是在交联葡聚糖凝胶分子中引入亲脂基-CH2CH2CH2OH，糖的醇羟基被取代，在增加整个分子的亲脂性的同时仍保留亲水性。聚丙烯酰胺凝胶聚丙烯酰胺凝胶是一种全化学合成的人工凝胶，其商品名为生物凝胶-P(BiO-Gel-P)凝胶树脂系分子筛结构和性质羟丙基葡聚糖凝胶羟丙基葡聚糖凝胶是119凝胶树脂系分子筛的制备葡聚糖凝胶的制备以环氧化氯丙烷作交联剂，在碱性条件下与α-1,6-糖苷链连结的线性多聚葡聚糖反应，即可制得相应的交联葡聚糖，产物吸水后呈凝胶态。1243D-glc表示葡萄基凝胶树脂系分子筛的制备葡聚糖凝胶的制备以环氧化氯丙烷作交联剂120凝胶树脂系分子筛的制备羟丙基葡聚糖凝胶的制备交联葡聚糖凝胶分子中葡萄糖基的醇羟基氢被羟丙基取代的产物。该类凝胶呈亲水性，同时又有亲脂性，使应用范围扩大。聚丙酰凝胶的制备以丙烯酰胺为单体．亚甲基双丙烯酰胺作交联剂，经四甲基乙二胺催化通过自由基引发聚合而成。产物经干燥成形处理制得呈颗粒状干粉商品，在溶液中吸液膨胀后便成一定粒度的凝胶凝胶树脂系分子筛的制备羟丙基葡聚糖凝胶的制备交联葡聚糖凝胶分121凝胶型分子筛的分离机理网眼大，大分子能进入网眼内；网眼小，小分子物质才能进入网眼凝胶型分子筛在吸水后形成凝胶粒子交联键的骨架中有许多一定大小的凝胶孔眼(又称网眼)凝胶层析示意图凝胶型分子筛的分离机理网眼大，大分子能进入网眼内；凝胶型分子122凝胶型分子筛的分离机理Ve—保留体积，Vo—凝胶颗粒之间的体积称“空隙体积”或“外水体积”Vi—凝胶颗粒内部液相体积称“内水体积”。K—分配系数。

Ve＝Vo+

K·Vi上述分离机理可用关系式表示：当K＝1．则Ve＝Vo+

Vi

说明溶质分子足够小．能自由进入凝胶颗粒内部，而且对凝胶的”内水”和“外水”亲和力相等。当K＝0，则Ve＝Vo

说明溶质分子很大，以致完全排阻于凝胶颗粒之外。凝胶型分子筛的分离机理Ve—保留体积，Ve＝Vo+K123K凝胶型分子筛的应用测定的依据不同分子量的物质，只要在凝胶的分离范围内，其洗脱体积Ve及分配系数K值随分子量M增加而下降。脱盐用的凝胶多为大粒度的、高交联度的凝胶。1、脱盐2、分子量测定溶液中蛋白质的K＝0,排阻于凝胶颗粒之外；盐类的K＝l,能进入凝胶颗粒内部Ve＝-K·lgM+C洗脱体积Ve与分于量M的关系ClgM用凝胶过虑层析测定生物大分子的分子量K凝胶型分子筛的应用测定的依据不同分子量的物质，只要在凝124凝胶型分子筛的应用（1）去热原3、凝胶层析在生化制药中的应用SephadexG-25凝胶柱分离氨基酸中热原性物质去热原是生产注射用生化药品的一个难题K=1K=0热原糖蛋白氨基酸凝胶型分子筛的应用（1）去热原3、凝胶层析在生化制药中的应用125凝胶型分子筛的应用（2）分离纯化3、凝胶层析在生化制药中的应用SephadexG-25凝胶柱分离氨基酸中热原性物质酸性氨基酸受胶粒排斥先被洗脱芳香族氨基酸有弱吸附作用较后排出碱性氨基酸吸附最强，最后排出凝胶型分子筛的应用（2）分离纯化3、凝胶层析在生化制药中的应126一、概述二、无机膜三、高分子膜材料第三节分离膜及膜材料一、概述第三节分离膜及膜材料127第三节分离膜及膜材料利用天然或人工制备的具有选择透过性能的薄膜以外界能量或化学位差作推动力，对双组分或多组分液体或气体进行分离、分级、提纯或富集。膜分离的技术核心分离膜一、概述第三节分离膜及膜材料利用天然或人工制备的具有选择透过性能的128分离膜及膜材料膜分离技术组装膜组件膜材料制膜技术膜材料是构成分离膜的物质基础，不同分离对象的分离过程对膜材料有不同的要求将一定材质和一定面积的膜以某些形式组装成密封性可靠、膜装填密度高、流体流动形式合理、造价低的器件(膜组件)选用合适的膜材科，通过一定的制膜技术，制成适应不同分离目的所需的高选择性、高通量、基本无缺损的膜分离膜及膜材料膜分离组装膜组件膜材料制膜技术膜材料是构成分离129分离膜及膜材料的分类膜分离技术无机膜有机高分子膜用无机材料如金属、金属氧化物、陶瓷、沸石、无机高分子材料制成的膜纤维素类、聚酰胺类、芳香杂环类等合成有机高分子材料制成的分离膜是目前工业上应用最多，技术较为成熟的一类分离膜。具有结构稳定、孔径均一、化学稳定性好、耐酸、耐碱、耐有机溶剂、抗微生物侵蚀力强，可在高温下操作等特点，是近几年才发展起来的新型分离膜。特点分离膜及膜材料的分类膜分离技术无机膜有机高分子膜用无机材料如130二、无机膜分为金属膜、陶瓷膜、分子筛膜

无机膜组成材料类别主要化学成分金属膜钯、银、镍、不锈钢、镍基合金

陶瓷膜Al2O3

、SiO2、TiO2

、玻璃等分子筛膜沸石主要的无机膜材料二、无机膜分为金属膜、陶瓷膜、分子筛膜无机膜组成材料类别主131二、无机膜分为致密膜、多孔膜及复合非对称膜无机膜结构为金属(Pd、Ag、合金)箔或固体电解质膜；

(1)致密膜

可扩散透过氢可透过离子组分

(2)多孔膜等孔径均质多孔膜锥形孔径均质多孔膜具有支撑层的非对称膜无机多孔膜的三种结构二、无机膜分为致密膜、多孔膜及复合非对称膜无机膜结构为金属(132二、无机膜

(3)复合非对称膜又称非对称复合膜分离薄膜层最上层为分离层，分离作用在该薄膜层发生中间过渡层处于薄膜层和多孔支撑层之间，其目的是防止薄膜颗粒渗进下面支撑层孔内，阻塞孔道降低渗透性。多孔支撑层处于膜的底层，其作用是增强膜的机械强度，要求较大的通透性。复合非对称膜结构示意图二、无机膜(3)复合非对称膜又称非对称复合膜分离薄膜层133无机膜的分离机理主要是微孔过滤和超过滤，动态膜分离过程还有反渗透。利用压力差为推动力，物质的分子直径不同，则透过率不同。从而小分子物质可以通过，大分子物质被截留，实现其分离;根据“筛分”效应进行分离过程受被分离物质组分之间和膜表面与被分离物之间相互作用的影响；分离膜的电荷性和选择吸附性对膜的分离性能也有影响。无机膜的分离机理无机膜的分离机理主要是微孔过滤和超过滤，动态膜分离过程还有反134无机膜的分离机理微孔无机膜气体分离机理在有压差条件下，膜孔径为5-10nm，无压差条件下，膜孔径为5-50nm时，Knudsen扩散起主导作用：分离因数为被分离气体分子量之比的平方根。在膜的孔径1一10nm时，表面扩散起主导作用。对于气体分离，表面扩散比Knudsen扩散更为有用。在温度较低的情况下，每一孔道都有可能被冷凝物组分堵塞，而阻止了非冷凝物组分的渗透，从而实现分离。分子大小不同的气体混合物与膜接触后，大分子被截留．而小分子则通过孔道，从而实现了分离。无机膜的分离机理微孔无机膜气体分离机理在有压差条件下，膜孔径135二、无机膜优点缺点高温下稳定性好，使用温度可达400℃甚至800℃膜脆，易碎膜耐压，机械性能稳定（不可压缩，不蠕变）不耐强碱化学性质稳定，特别耐有机溶剂制作成本高不会老化，使用寿命长物料透过量大，污染少易控制膜孔径大小和孔径尺寸分布易于清洗和再生容易实现电催化和电化学活化二、无机膜优点缺点高温下稳定性好，使用温度可达4136无机膜制备方法无机陶瓷粉粒Al2O3/TiO2/ZrO2/SiO2溶剂/胶粘剂/增塑剂陶瓷悬浮液载体浸渍成型陶瓷膜干燥烧结负载型陶瓷膜多孔陶瓷膜膜载体烧结法制备多孔陶瓷及膜载体流程图1、烧结法

用烧结法制得的陶瓷多孔膜的结构及质量与粉粒的形状、粗细、粒径分布、添加剂的种类、含量以及烧结强度等因素密切相关。一般孔径范围为0.01-10μm，适用于过滤和超滤。无机膜制备方法无机陶瓷粉粒Al2O3/TiO2/溶剂/胶粘剂137无机膜制备方法2、溶胶凝胶法最为有效的制备微孔无机膜的方法溶胶－凝胶法制备二种TiO2膜的工艺流程（M＝Ti）如下图所示商业化的Al2O3膜、ZrO2膜、TiO2、SiO2膜以及分子筛碳膜都可用该法制备。无机膜制备方法2、溶胶凝胶法最为有效的制备微孔无机膜的方法溶138无机膜制备方法M（OR）4溶于醇在25℃高速搅拌下加入少量醇溶于水水澄清溶液氢氧化物沉淀25℃下搅拌0.5hHNO3聚溶胶悬浮液85～95℃下加热12h胶体悬浮液冷却至室温稳定的溶胶溶胶置于塑料容器支撑膜支撑凝胶膜陶瓷膜透明的无支撑膜浇铸凝胶控制相对温度烧烤400～500℃凝胶控制相对温度浸渍无机膜制备方法M（OR）4溶于醇在25℃高速搅拌下加入少139无机膜制备方法3、阳极氧化法4、水热晶化法将无孔载体，如聚四氟乙烯、不锈钢、铜、银等，放入有硅源、铝源、碱、水和有机胺的溶胶反应釜中，在一定温度和自生压力下水热晶化，可以制得具分子筛效应的分子筛膜。将薄的高纯度