第6次膜制备4-有机膜制备

第二节有机膜的制备一、常用聚合物及其化学结构二、有机膜的分类三、有机膜的制备方法※有机膜主要是由聚合物或大分子有机物构成；

※原则上，所有聚合物均可用作膜材料；

聚合物材料的化学和物理性质相差甚远；

实际上只有部分聚合物可用作膜材料。※不同用途的膜需要选用不同结构和性质的聚合物材料；※不同的聚合物材料、不同用途的膜需用不同的制备方法。前言一、常用聚合物材料及其化学结构◆聚碳酸酯◆聚四氟乙烯◆聚偏二氟乙烯◆聚丙烯

◆纤维素聚合类◆聚酰亚胺◆聚酰胺类（聚脂肪酰胺和聚芳香酰胺）◆聚砜◆聚醚砜◆聚醚酮◆聚丙烯腈二、有机膜的分类多孔膜：根据微粒大小而实现分离。当溶质或颗粒体积大于膜孔径时，可以得到很高的选择性。主要用于微滤和超滤。无孔膜：利用溶解度或扩散系数的差异来分离体积大致相同的分子。聚合物材料的本征性质决定了选择性和渗透性。主要用于渗透蒸发、气体分离和纳滤、反渗透等。载体膜：主要用于液膜，在液膜中的载体分子决定了膜的传递性能。载体在液体中可以流动的，也可以是固定的。三种膜分离示意图多孔膜

液体载体无孔膜载体膜三、有机膜的制备方法有机膜最常用的制备方法有:※烧结法

※拉伸法※径迹蚀刻法

※相转化法※界面聚合法

※浸涂法※等离子聚合法※接技法（一）烧结法

烧结法类似于粒子烧结法制无机膜。将一定大小颗粒的粉末进行压缩，然后在高温下烧结。该法制得的膜孔径为0.1－10μm，孔隙率为10%－20%。主要用于制备微滤膜，是制备聚四氟乙烯膜的好方法。（二）拉伸法

拉伸法将部分结晶化聚合物材料挤压成膜，垂直于挤压方向拉伸，使结晶区域平行于挤压方向。在机械应力作用下，会发生小的断纹，从而得到多孔结构。该法可得到孔径0.1

3μm，孔隙率高达90%的膜。（三）径迹蚀刻法

径迹蚀刻法使薄膜接受垂直于薄膜的高能粒子辐射。在辐射离子的作用下，聚合物受到损害而形成径迹，然后将此薄膜浸入酸或碱溶液中，结果径迹处的聚合物材料被腐蚀掉而得到具有很窄孔径分布的均匀圆柱形孔。孔径为0.02~10μm，孔隙率低为10%。径迹蚀刻法制备多孔膜示意图聚合物薄膜浸蚀浴具有毛细孔的膜辐射源t0t1t2t3（四）相转化法

简介：该法是以某种控制方式使聚合物从液态转变为固体的过程。由一个均相液态转变为两个液态（液体分层）而引发的，在分层达到一定程度时，其中一个液相（聚合物浓度高的相）固化，形成了固体本体。通过控制相转化的初始阶段，可以控制膜的形态，即多孔或无孔。相转化法的具体方法相转化法具体包括：溶剂蒸发控制蒸发沉淀蒸汽相沉淀热沉淀和浸没沉淀。大部分工业用膜均采用浸没沉淀制备。（主要是平板膜和管式膜）相转化法制平板膜

将聚合物溶于适当的溶剂或混剂混合物中（可能有添加剂），用刮刀将聚合物溶液直接刮在支撑体上形成薄膜。然后把刮出来的薄膜浸入非溶剂浴中，发生溶剂与非溶剂的交换，导致聚合物沉淀成膜。

影响的条件有：

聚合物浓度；蒸发时间、刮膜液组成；温度；平板膜工业制备路线图支撑层聚合物溶液刮刀相转化膜后处理凝结浴相转化法制管式膜

中空纤维膜（直径＜0.5mm）自撑式管式膜毛细管膜(直径0.5~5mm)自撑式管状膜（直径＞5mm）支撑式※具体过程：将由聚合物、溶剂和添加剂组成的聚合物粘稠液用泵打入喷丝头，经一段在空气或其它控制气氛中的短停后，喷出的纤维浸入非溶剂浴进行凝结，最后将纤维膜绕在导轮上。※纺丝参数：聚合物溶液的挤出速率，内流速、牵伸速度、空气间隙中停留时间及喷丝头规格、聚合物浓度、凝结浴组成、温度等。聚合物溶液凝结浴聚合物溶液芯液齿轮泵空气间隙纺丝头冲洗浴干—湿纺丝中空纤维膜过程示意图芯液泵成品膜容器刮膜棒多孔管聚合物溶液聚合物溶液压缩空气刮膜凝结浴实验室管状膜制备设备膜（五）界面聚合法

界面聚合法：是复合膜制备方法。利用两种反应活性很高的单体在两个不互溶的溶剂界面处发生聚合反应，从而在多孔支撑体上形成一层薄层。

通常一个是水相（胺类），另一相是有机相（酰氯或异氰酸酯）。多孔支撑体复合膜水相介质非水相介质ABCD界面聚合制备复合膜示意图界面聚合法制备复合膜举例：CH2+CH3OCNNCOCH2+CLOClCOClCH2CH2NHCONCH2CH2CONCH2CH2NNHH+NNCOCOOHCOCLOClCOClCLOCHNCONH2CH2CNHCONCH2CH2水相有机相产物（六）浸涂法

浸涂法是非常简单却非常实用的制备具有薄而致密皮层的复合膜的方法。

※具体过程：将中空纤维或平板膜浸入到含有聚合物、预聚物或单体的涂膜液中然后取出，一薄层溶液附着其上。将其置于炉子内加热使溶剂蒸发并发生交联，从而使表皮层固定在多孔支撑体上。

※影响因素：

聚合物状态：呈橡胶态还是玻璃态？

孔渗现象：聚合液进入支撑体孔内的程度？

亲润情况：涂膜液的溶剂对支撑体的亲润好坏？非对称中空纤维或平板膜烘箱涂膜浴复合膜浸涂法制复合膜示意图（七）等离子聚合法

等离子聚合法是在多孔支撑体沉积很薄且致密皮层的另一种方法。通过在高达10MHz下的放电使气体电离得到等离子体，进入反应器的反应物与离子化的气体碰撞而生成自由基，并反应沉积在膜上。

影响因素：

聚合时间；真空度；气体流量；气体压力；频率等离子聚合装置示意图P压力传感器放电线圈膜真空泵气瓶流量计流量计单体（七）接技法

接技法也叫膜改性，主要是对膜进行改性，通过在膜材料中引入一些离子基团，使膜带电或从疏水变成亲水等。如在聚乙烯中引入磺酸基团。CH2CH2CH2+SO2+Cl2CHCH2CH2SO2ClCHCH2CH2SO2Cl+NaOHCHCH2CH2SO3-Na+(三)炭膜的制备方法※炭膜简介※炭膜的制备1-炭膜简介※组成：微晶炭通过碳碳键构成的膜状物质或具有不同杂质轨道形成的碳所组成的膜体。※分类：

中空纤维炭膜

非支撑炭膜（均质膜）

毛细管炭膜

无支撑平板炭膜支撑炭膜（复合炭膜）平板支撑炭膜管状支撑炭膜※管状炭膜支撑体的形状和表面形貌表面整体※目前研究最多的是支撑炭膜：

多孔陶瓷（Al2O3、ZrO3）

支撑体

多孔金属支撑体炭膜多孔炭

活性分离层：负载于多孔支撑体上炭2-炭膜的制备※炭膜的制备分为：支撑体的制备和炭膜的制备两个步骤。◆支撑体的制备：主要用炭化法◆分离层炭膜制备：化学气相炭沉积法活化法涂覆法（1）制备炭膜的原料可分为以下几类：

◆有机高分子聚合物：纤维素、聚丙烯腈、聚酰胺、酚醛树脂等

◆各种煤及其衍生物：煤、沥青等

◆植物基炭粉：椰壳、核桃壳等（2）工艺路线：炭膜干燥、炭化成型添加剂原料粉碎支撑体涂膜活化法、CVD法、涂覆法（3）不同的方法介绍：※炭化法：将成型好的原料膜在惰性气体保护下以一定的加热条件进行热处理，其中热不稳定部分以挥发形式脱除，结果形成多孔性炭化产物。※涂覆法：在支撑体上涂覆一定的有机溶液，干燥后炭化，在支撑体表面上形成一层