第2章 膜材料和膜制備

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1、第2章膜材料和膜制備2-1膜的分類(lèi)2-2高分子膜材料2-3高分子膜制備2-4荷電膜（離子交換膜）2-5無(wú)機(jī)膜材料2-6膜的性能表征膜分離技術(shù)的核心是分離膜。一種分離膜有無(wú)實(shí)用價(jià)值，要看其是否具備以下條件：(1)有高的截留率(或高的分離系數(shù))和高的透水率；(2)有強(qiáng)的抗物理、化學(xué)和微生物侵蝕的性能；(3)好的柔韌性和足夠的機(jī)械強(qiáng)度；(4)抗污染性能好，使用壽命長(zhǎng)，適用pH范圍廣；(5)運(yùn)行操作壓力低；(6)制備簡(jiǎn)單，便于工業(yè)化生產(chǎn)；(7)耐壓致密性好，具有化學(xué)穩(wěn)定性，能在較高溫度下應(yīng)用。2-1膜的分類(lèi)膜技術(shù)的核心是膜。膜的化學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)對(duì)膜分離的

2、性質(zhì)起著決定性影響，故要求膜材料應(yīng)具有良好的成膜性能，化學(xué)穩(wěn)定性，耐酸、堿、氧化劑和微生物侵蝕等。比較通用的膜的分類(lèi)方法主要有4種。按膜的材料分類(lèi)，天然膜和人工合成膜。按膜的結(jié)構(gòu)，可分為對(duì)稱(chēng)膜和非對(duì)稱(chēng)膜。對(duì)稱(chēng)膜，又稱(chēng)均質(zhì)膜，指各向均質(zhì)的致密或多孔膜，物質(zhì)在膜中各處的滲透速率相同。非對(duì)稱(chēng)膜由一個(gè)極薄的致密皮層和一個(gè)多孔支撐層組成。按膜的性質(zhì)分類(lèi)，膜固態(tài)膜、液膜、氣膜。目前主要為固膜，制備固膜的材料一般為有機(jī)高分子；按用途和膜的作用機(jī)理分類(lèi)，主要是液體分離膜。它一般用于進(jìn)行液體混合物的分離。選擇滲透膜，也有文獻(xiàn)稱(chēng)之為致密被動(dòng)膜。分離膜按其凝聚狀態(tài)可

3、分為固膜、液膜、氣膜三類(lèi)，目前大規(guī)模應(yīng)用的多為固膜。固膜目前主要以高分子合成膜為主，它可以是致密或是多孔的，可以是對(duì)稱(chēng)或非對(duì)稱(chēng)的。另外，以無(wú)機(jī)物為膜材料的分離膜近年來(lái)也發(fā)展迅速。液膜分乳狀液膜和帶支撐的液膜兩類(lèi)，它們主要用于廢水處理和某些氣體分離等。氣膜分離現(xiàn)在尚處于實(shí)驗(yàn)研究階段。復(fù)合膜轉(zhuǎn)相膜轉(zhuǎn)相膜復(fù)合膜不荷電膜荷電膜不對(duì)稱(chēng)膜對(duì)稱(chēng)膜對(duì)稱(chēng)膜不對(duì)稱(chēng)膜無(wú)孔膜-不對(duì)稱(chēng)膜多孔膜生物膜（原生質(zhì)、細(xì)胞膜）無(wú)機(jī)膜-多孔膜固膜有機(jī)膜帶支撐層的液膜乳狀液膜液膜合成膜膜圖2-1膜的分類(lèi)氣膜1．纖維素衍生物類(lèi)2．聚酰胺類(lèi)3．聚砜類(lèi)4．聚烯烴類(lèi)5.含硅聚合物6．含氟聚合

4、物2-2高分子膜材料有機(jī)高分子膜根據(jù)膜材料性質(zhì)，膜可以分為有機(jī)高分子膜和無(wú)機(jī)膜兩大類(lèi)。有機(jī)高分子膜是指起分離作用的活性層為有機(jī)高分子材料，而無(wú)機(jī)膜的活性分離層則為無(wú)機(jī)金屬、金屬氧化物、陶瓷、玻璃、無(wú)機(jī)高分子材料等。目前有機(jī)聚合物膜受到的重視比無(wú)機(jī)膜要大得多，30年來(lái)取得了令人矚目的飛速發(fā)展。1．纖維素衍生物類(lèi)纖維素類(lèi)膜材料是應(yīng)用研究最早，也是目前應(yīng)用最多的膜材料，主要有以下幾種。(1)二醋酸纖維素(CA)和三醋酸纖維素(CTA)一般CA含有乙酸51.8％，CTA含有乙酸61.85％。制膜用CA應(yīng)含乙酸55％～58％，是制備反滲透膜的基本材料；它

5、也用于制備卷式超濾組件以及納濾、微濾膜等。(2)再生纖維素(RCE)傳統(tǒng)的再生纖維素有銅氨纖維素和黃原酸纖維素，分子量在幾萬(wàn)到幾十萬(wàn)之間，是較好的透析膜用材料?？沟鞍踪|(zhì)污染的系列再生纖維素微濾膜和超濾膜也已獲得廣泛應(yīng)用。(3)硝酸纖維素(CN)制膜用硝酸纖維素是纖維素經(jīng)硝化制得，其含氮量在11.2％～12.2％之間。它廣泛用于透析用膜和微濾膜，也可與醋酸纖維素混合使用以增加其強(qiáng)度。(4)乙基纖維素(EC)EC可通過(guò)堿纖維素與乙基鹵化物反應(yīng)制取。EC由于具有較高的氣體透過(guò)速率和較高的氣體透過(guò)系數(shù)，故常用于氧氮分離。二醋酸纖維素膜---典型的反滲透

6、膜二醋酸纖維素(CelluloseAcetate，縮寫(xiě)為CA)是一種由纖維素與乙酸酐(約40％)乙酰化而制得的適于反滲透用的膜材料。它是目前研究得最多的反滲透或超濾膜材料，制得的膜具有透水率高，有中等耐氯性，對(duì)大多數(shù)水溶性組分滲透率相當(dāng)?shù)?，具有很好的成膜性能及膜較牢固等特點(diǎn)，除醋酸纖維素外，三醋酸纖維素(CTA)，醋酸丙酸纖維、醋酸丁酸纖維(CAB)等都是很有前途的纖維素類(lèi)膜材料。這些纖維酯是在纖維素分子中引入不同酯基后，得到的具有不同親水性和反應(yīng)官能團(tuán)的纖維素衍生物。2．聚酰胺類(lèi)(1)芳香族聚酰胺第二代反滲透膜材料，用于中空纖維膜的制備。(2

7、)脂肪族聚酰胺尼龍6和尼龍66是其典型代表。由它們制備的織布(府綢)和不織布用于反滲透膜和氣體分離復(fù)合膜的支撐底布，超細(xì)尼龍纖維的不織布也可直接用于微濾。(3)聚砜酰胺常用于微濾膜和超濾膜材料。(4)交聯(lián)芳香聚酰胺用于反滲透膜材料的制備，但具有不耐氯的缺點(diǎn)。3．聚砜類(lèi)聚砜多用于超濾膜、氣體分離膜制備，較少用于微濾。聚砜的玻璃化溫度(Tg)為190℃，多孔膜可在80℃下長(zhǎng)期使用。聚砜類(lèi)材料經(jīng)磺化或經(jīng)氯甲基化和季銨化可制得荷電超濾膜、納濾膜。聚芳醚砜(PES)主要制作可耐蒸汽殺菌的微濾膜、超濾膜材料，其Tg為235℃，可在140℃下長(zhǎng)期使用。4．聚

8、烯烴類(lèi)(1)聚乙烯（PE）a．低密度聚乙烯可用于拉伸法或熱致相法制備超濾膜，也可用于超濾膜的低檔支撐材料。b．高密度聚乙烯將粉末狀顆粒直接壓制的多孔管