第三章分離特性高分子-ok

1、第三章第三章 分離特性高分子材料分離特性高分子材料Separation characteristics polymer materials 2一一、 吸附分離功能高分子材料吸附分離功能高分子材料3 吸附分離功能高分子主要包括吸附分離功能高分子主要包括離子交換離子交換樹脂樹脂和和吸附樹脂吸附樹脂。從廣義上講，吸附分離。從廣義上講，吸附分離功能高分子還應(yīng)該包括功能高分子還應(yīng)該包括高分子分離膜材料高分子分離膜材料。但由于高分子分離膜在材料形式、分離原但由于高分子分離膜在材料形式、分離原理和應(yīng)用領(lǐng)域有其特殊性，因此將在后面理和應(yīng)用領(lǐng)域有其特殊性，因此將在后面詳細(xì)介紹。詳細(xì)介紹。4 離子交換樹脂是指具有

2、離子交換基團(tuán)的高離子交換樹脂是指具有離子交換基團(tuán)的高分子化合物分子化合物。它具有一般聚合物所沒有的。它具有一般聚合物所沒有的新功能新功能離離 子交換功能，本質(zhì)上屬于反子交換功能，本質(zhì)上屬于反應(yīng)性聚合物。應(yīng)性聚合物。 5吸附樹脂是指具有特殊吸附功能的一類樹脂吸附樹脂是指具有特殊吸附功能的一類樹脂 吸附樹脂吸附樹脂也是在離子交換樹脂基礎(chǔ)上發(fā)展也是在離子交換樹脂基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一類新型樹脂，是指一類起來(lái)的一類新型樹脂，是指一類多孔性的、高多孔性的、高度交聯(lián)度交聯(lián)的高分子共聚物，又稱為高分子吸附劑。的高分子共聚物，又稱為高分子吸附劑。這類高分子材料具有這類高分子材料具有較大的比表面積和適當(dāng)?shù)妮^大的比表

3、面積和適當(dāng)?shù)目讖娇讖剑蓮臍庀嗷蛉芤褐形侥承┪镔|(zhì)。，可從氣相或溶液中吸附某些物質(zhì)。 61 1、 離子交換樹脂和吸附樹脂的分類離子交換樹脂和吸附樹脂的分類1.1 1.1 離子交換樹脂的分類離子交換樹脂的分類 離子交換樹脂的分類方法有很多種，最常離子交換樹脂的分類方法有很多種，最常用和最重要的分類方法有以下兩種。用和最重要的分類方法有以下兩種。（1 1）按交換基團(tuán)的性質(zhì)分類）按交換基團(tuán)的性質(zhì)分類 按交換基團(tuán)性質(zhì)的不同，可將離子交換樹按交換基團(tuán)性質(zhì)的不同，可將離子交換樹脂分為脂分為陽(yáng)離子交換樹脂和陰離子交換樹脂陽(yáng)離子交換樹脂和陰離子交換樹脂兩大兩大類。類。7 陽(yáng)離子交換樹脂陽(yáng)離子交換樹脂可進(jìn)一步分

4、為可進(jìn)一步分為強(qiáng)酸型、中酸型強(qiáng)酸型、中酸型和弱酸型和弱酸型三種。如三種。如RSORSO3 3H H為強(qiáng)酸型，為強(qiáng)酸型，RPO(OH)RPO(OH)2 2為為中酸型，中酸型，RCOOHRCOOH為弱酸型。習(xí)慣上，一般將中酸型為弱酸型。習(xí)慣上，一般將中酸型和弱酸型統(tǒng)稱為弱酸型。和弱酸型統(tǒng)稱為弱酸型。 陰離子交換樹脂陰離子交換樹脂又可分為又可分為強(qiáng)堿型和弱堿型強(qiáng)堿型和弱堿型兩種。兩種。 如如R R3 3-NCl-NCl為強(qiáng)堿型，為強(qiáng)堿型，R-NHR-NH2 2、R-NRHR-NRH和和R-NRR-NR2 2為弱堿為弱堿型。型。8（2 2）按樹脂的物理結(jié)構(gòu)分類）按樹脂的物理結(jié)構(gòu)分類 按其物理結(jié)構(gòu)的不同

5、，可將離子交換樹按其物理結(jié)構(gòu)的不同，可將離子交換樹脂分為脂分為凝膠型、大孔型和載體型凝膠型、大孔型和載體型三類。三類。不同物理結(jié)構(gòu)離子交換樹脂的模型不同物理結(jié)構(gòu)離子交換樹脂的模型91）凝膠型離子交換樹脂凝膠型離子交換樹脂 外觀透明、具有均相高分子凝膠結(jié)構(gòu)外觀透明、具有均相高分子凝膠結(jié)構(gòu)的離子交的離子交換樹脂統(tǒng)稱為凝膠型離子交換樹脂。換樹脂統(tǒng)稱為凝膠型離子交換樹脂。 這類樹脂這類樹脂表面光滑，球粒內(nèi)部沒有大的毛細(xì)孔表面光滑，球粒內(nèi)部沒有大的毛細(xì)孔。在水中會(huì)溶脹成凝膠狀，并呈現(xiàn)大分子鏈的間隙孔。在水中會(huì)溶脹成凝膠狀，并呈現(xiàn)大分子鏈的間隙孔。 在無(wú)水狀態(tài)下，凝膠型離子交換樹脂的分子鏈在無(wú)水狀態(tài)下，凝

6、膠型離子交換樹脂的分子鏈緊縮，體積縮小，無(wú)機(jī)小分子無(wú)法通過(guò)。所以，緊縮，體積縮小，無(wú)機(jī)小分子無(wú)法通過(guò)。所以，這這類離子交換樹脂在干燥條件下或油類中將喪失離子類離子交換樹脂在干燥條件下或油類中將喪失離子交換功能交換功能。102）大孔型離子交換樹脂大孔型離子交換樹脂 大孔型離子交換樹脂外觀不透明，表面粗大孔型離子交換樹脂外觀不透明，表面粗糙，為非均相凝膠結(jié)構(gòu)糙，為非均相凝膠結(jié)構(gòu)。即使在干燥狀態(tài)，。即使在干燥狀態(tài)，內(nèi)部也存在不同尺寸的毛細(xì)孔，因此內(nèi)部也存在不同尺寸的毛細(xì)孔，因此可在非可在非水體系中起離子交換和吸附作用水體系中起離子交換和吸附作用。 大孔型離子交換樹脂的孔徑一般為幾納米大孔型離子交換樹

7、脂的孔徑一般為幾納米至幾百納米，比表面積可達(dá)每克樹脂幾百平至幾百納米，比表面積可達(dá)每克樹脂幾百平方米，因此其吸附功能十分顯著。方米，因此其吸附功能十分顯著。113）載體型離子交換樹脂載體型離子交換樹脂 載體型離子交換樹脂是一種特殊用途樹脂，載體型離子交換樹脂是一種特殊用途樹脂，主要用作液相色譜的固定相主要用作液相色譜的固定相。 一般是將離子交換樹脂包覆在硅膠或玻璃珠一般是將離子交換樹脂包覆在硅膠或玻璃珠等表面上制成。它可經(jīng)受液相色譜中流動(dòng)介質(zhì)的等表面上制成。它可經(jīng)受液相色譜中流動(dòng)介質(zhì)的高壓，又具有離子交換功能。此外，為了特殊的高壓，又具有離子交換功能。此外，為了特殊的需要，已研制成多種具有特殊

8、功能的離子交換樹需要，已研制成多種具有特殊功能的離子交換樹脂。如脂。如螯合樹脂、氧化還原樹脂、兩性樹脂螯合樹脂、氧化還原樹脂、兩性樹脂等。等。121.2 1.2 吸附樹脂的分類吸附樹脂的分類 吸附樹脂目前尚無(wú)統(tǒng)一的分類方法，通常按吸附樹脂目前尚無(wú)統(tǒng)一的分類方法，通常按其化學(xué)結(jié)構(gòu)分為以下幾類。其化學(xué)結(jié)構(gòu)分為以下幾類。（1 1）非極性吸附樹脂）非極性吸附樹脂 指樹脂中電荷分布均勻，在分子水平上不存指樹脂中電荷分布均勻，在分子水平上不存在正負(fù)電荷相對(duì)集中的極性基團(tuán)的樹脂。代表性在正負(fù)電荷相對(duì)集中的極性基團(tuán)的樹脂。代表性產(chǎn)品為由苯乙烯和二乙烯苯聚合而成的吸附樹脂。產(chǎn)品為由苯乙烯和二乙烯苯聚合而成的吸附

9、樹脂。 （2 2）中極性吸附樹脂）中極性吸附樹脂 這類樹脂的分子結(jié)構(gòu)中存在酯基等極性基團(tuán)，這類樹脂的分子結(jié)構(gòu)中存在酯基等極性基團(tuán)，樹脂具有一定的極性。樹脂具有一定的極性。13（3 3）極性吸附樹脂）極性吸附樹脂 分子結(jié)構(gòu)中含有酰胺基、亞砜基、腈基分子結(jié)構(gòu)中含有酰胺基、亞砜基、腈基等極性基團(tuán)，這些基團(tuán)的極性大于酯基。等極性基團(tuán)，這些基團(tuán)的極性大于酯基。（4 4）強(qiáng)極性吸附樹脂）強(qiáng)極性吸附樹脂 強(qiáng)極性吸附樹脂含有極性很強(qiáng)的基團(tuán)，強(qiáng)極性吸附樹脂含有極性很強(qiáng)的基團(tuán)，如吡啶、氨基等。如吡啶、氨基等。142.2.離子交換樹脂的命名離子交換樹脂的命名 我國(guó)前石油化學(xué)工業(yè)部于我國(guó)前石油化學(xué)工業(yè)部于197719

10、77年年7 7月月l l日日正式頒布了離子交換樹脂的部頒標(biāo)準(zhǔn)正式頒布了離子交換樹脂的部頒標(biāo)準(zhǔn)HG2-884HG2-884-886-76-886-76離子交換樹脂產(chǎn)品分類、命名及型離子交換樹脂產(chǎn)品分類、命名及型號(hào)號(hào)。 這套標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，離子交換樹脂的全名這套標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，離子交換樹脂的全名由由分類名稱、骨架（或基團(tuán)）名稱和基本名分類名稱、骨架（或基團(tuán)）名稱和基本名稱稱排列組成。排列組成。15 離子交換樹脂的離子交換樹脂的基本名稱為基本名稱為離子交離子交換樹脂換樹脂。凡分類中凡分類中屬酸性的，在基本屬酸性的，在基本名稱前加名稱前加“陽(yáng)陽(yáng)”字字；凡分類中；凡分類中屬堿性屬堿性的，在基本名稱前加的，在基本

11、名稱前加“陰陰”字字。此外，。此外，為了區(qū)別離子交換樹脂產(chǎn)品中同一類為了區(qū)別離子交換樹脂產(chǎn)品中同一類中的不同品種，在中的不同品種，在全名前必須加型號(hào)全名前必須加型號(hào)。16 離子交換樹脂的型號(hào)由三位阿拉伯?dāng)?shù)字組成離子交換樹脂的型號(hào)由三位阿拉伯?dāng)?shù)字組成 第一位數(shù)字代表第一位數(shù)字代表產(chǎn)品分類產(chǎn)品分類； 第二位數(shù)字代表第二位數(shù)字代表骨架結(jié)構(gòu)骨架結(jié)構(gòu)； 第三位數(shù)字為第三位數(shù)字為順序號(hào)順序號(hào). . 用于區(qū)別離子交換樹脂樹脂中基團(tuán)、交聯(lián)劑、致孔用于區(qū)別離子交換樹脂樹脂中基團(tuán)、交聯(lián)劑、致孔劑等的不同，由各生產(chǎn)廠自行掌握和制定。劑等的不同，由各生產(chǎn)廠自行掌握和制定。 對(duì)凝膠型離子交換樹脂，往往在型號(hào)后面用對(duì)凝膠

12、型離子交換樹脂，往往在型號(hào)后面用“”和一個(gè)阿拉伯樹脂相連，以表示樹脂的交聯(lián)和一個(gè)阿拉伯樹脂相連，以表示樹脂的交聯(lián)度（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)），度（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）， 而對(duì)大孔型樹脂，則在型號(hào)前冠以字母而對(duì)大孔型樹脂，則在型號(hào)前冠以字母“D”D”。17 各類離子交換樹脂的具體編號(hào)為：各類離子交換樹脂的具體編號(hào)為： 001099001099 強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換樹脂強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換樹脂 100199100199 弱酸型陽(yáng)離子交換樹脂弱酸型陽(yáng)離子交換樹脂 200299200299 強(qiáng)堿型陰離子交換樹脂強(qiáng)堿型陰離子交換樹脂 300399300399 弱堿型陰離子交換樹脂弱堿型陰離子交換樹脂 400499400499 螯合

13、型離子交換樹脂螯合型離子交換樹脂 500599500599 兩性型離子交換樹脂兩性型離子交換樹脂 600699600699 氧化還原型離子交換樹脂氧化還原型離子交換樹脂18 離子交換樹脂骨架分類編號(hào)離子交換樹脂骨架分類編號(hào)19 例如例如: : D113 D113樹脂是水處理應(yīng)用中用量很大的一種樹脂。從樹脂是水處理應(yīng)用中用量很大的一種樹脂。從命名規(guī)定可知，這是命名規(guī)定可知，這是種大孔型弱酸型丙烯酸系陽(yáng)種大孔型弱酸型丙烯酸系陽(yáng)離子交換樹脂；離子交換樹脂； 0010011010樹脂則是指交聯(lián)度為樹脂則是指交聯(lián)度為10%10%的強(qiáng)酸型苯乙烯系的強(qiáng)酸型苯乙烯系陽(yáng)離子交換樹脂。陽(yáng)離子交換樹脂。 我國(guó)有些生

14、產(chǎn)廠在部頒標(biāo)準(zhǔn)制定前已開始生產(chǎn)離我國(guó)有些生產(chǎn)廠在部頒標(biāo)準(zhǔn)制定前已開始生產(chǎn)離子交換樹脂，它們自己有一套編號(hào)，已經(jīng)為人們所子交換樹脂，它們自己有一套編號(hào)，已經(jīng)為人們所熟悉和接受。因此，至今尚未改名。例如熟悉和接受。因此，至今尚未改名。例如: : 上海樹脂廠的上海樹脂廠的735735樹脂，相當(dāng)于命名規(guī)定中的樹脂，相當(dāng)于命名規(guī)定中的001001樹脂；樹脂； 724724樹脂相當(dāng)于命名規(guī)定中的樹脂相當(dāng)于命名規(guī)定中的110110樹脂；樹脂； 717717樹脂相當(dāng)于命名規(guī)定樹脂相當(dāng)于命名規(guī)定 中的中的201201樹脂等等。樹脂等等。203. 3. 離子交換樹脂和吸附樹脂的功能離子交換樹脂和吸附樹脂的功能 離

15、子交換樹脂最主要的功能是離子交離子交換樹脂最主要的功能是離子交換，此外，它還具有換，此外，它還具有吸附、催化、脫水吸附、催化、脫水等功能。吸附樹脂則以其巨大的表面積等功能。吸附樹脂則以其巨大的表面積而具有優(yōu)異的吸附性為其主要功能。而具有優(yōu)異的吸附性為其主要功能。3.1 3.1 離子交換功能離子交換功能 離子交換樹脂相當(dāng)于多元酸和多元堿，離子交換樹脂相當(dāng)于多元酸和多元堿，它們可發(fā)生下列三種類型的離子交換反它們可發(fā)生下列三種類型的離子交換反應(yīng)。應(yīng)。21RSO3H + NaOHRSO3Na + H2ORCOOH + NaOHRCOONa + H2ORN(CH3)3OH + HCl+ H2ORN(CH

16、3)3ClNHOH + HClRNHClR+ H2O中和反應(yīng)：中和反應(yīng)：22RSO3Na + KClRSO3K + NaCl2RCOONa + CaCl2(RCOO)2CaNa + 2NaClRNCl + NaBrRNBr + NaCl2RNH3Cl + Na2SO4(RNH3)2SO4+ 2NaCl復(fù)分解反應(yīng)：復(fù)分解反應(yīng)：23RSO3H + NaClRSO3Na + HClNHOH + NaClRNHClR+ NaOH中性鹽反應(yīng)：中性鹽反應(yīng)：24 從上面的反應(yīng)可見，從上面的反應(yīng)可見，所有的陽(yáng)離子交所有的陽(yáng)離子交換樹脂和陰離子交換樹脂均可進(jìn)行中和反換樹脂和陰離子交換樹脂均可進(jìn)行中和反應(yīng)和復(fù)分解

17、反應(yīng)應(yīng)和復(fù)分解反應(yīng)。僅由于交換功能基團(tuán)的。僅由于交換功能基團(tuán)的性質(zhì)不同，交換能力有所不同。性質(zhì)不同，交換能力有所不同。中性鹽反中性鹽反應(yīng)則僅在強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換樹脂和強(qiáng)堿型應(yīng)則僅在強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換樹脂和強(qiáng)堿型離子交換樹脂的反應(yīng)中發(fā)生離子交換樹脂的反應(yīng)中發(fā)生。 所有上述反應(yīng)均是平衡可逆反應(yīng)，這所有上述反應(yīng)均是平衡可逆反應(yīng)，這正是離子交換樹脂可以再生的本質(zhì)。只要正是離子交換樹脂可以再生的本質(zhì)。只要控制溶液的控制溶液的pHpH值、離子濃度和溫度等因素，值、離子濃度和溫度等因素，就可使反應(yīng)向逆向進(jìn)行，達(dá)到再生的目的就可使反應(yīng)向逆向進(jìn)行，達(dá)到再生的目的。253.2 3.2 吸附功能吸附功能 吸附功能不同于

18、離子交換功能，吸附量吸附功能不同于離子交換功能，吸附量的大小和吸附的選擇性，決定于諸多因素，的大小和吸附的選擇性，決定于諸多因素，其中最主要決定于表面的極性和被吸附物其中最主要決定于表面的極性和被吸附物質(zhì)的極性。質(zhì)的極性。吸附是范德華力的作用，因此吸附是范德華力的作用，因此是可逆的，可用適當(dāng)?shù)娜軇┗蜻m當(dāng)?shù)臏囟仁强赡娴?，可用適當(dāng)?shù)娜軇┗蜻m當(dāng)?shù)臏囟仁怪馕怪馕?樹脂的樹脂的吸附功能隨樹脂比表面積的增大吸附功能隨樹脂比表面積的增大而增大而增大。 263.3 3.3 脫水功能脫水功能 強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換樹脂中的強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換樹脂中的SOSO3 3H H基團(tuán)是強(qiáng)極性基團(tuán)，相當(dāng)于濃硫酸，基團(tuán)是強(qiáng)極性

19、基團(tuán)，相當(dāng)于濃硫酸，有很強(qiáng)的吸水性有很強(qiáng)的吸水性。干燥的強(qiáng)酸型陽(yáng)離。干燥的強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換樹脂可用作有機(jī)溶劑的脫水劑。子交換樹脂可用作有機(jī)溶劑的脫水劑。273.4 3.4 催化功能催化功能 小分子酸和堿是許多有機(jī)化學(xué)反應(yīng)和聚小分子酸和堿是許多有機(jī)化學(xué)反應(yīng)和聚合反應(yīng)的催化劑。合反應(yīng)的催化劑。離子交換樹脂相當(dāng)于多離子交換樹脂相當(dāng)于多元酸和多元堿，也可對(duì)許多化學(xué)反應(yīng)起催元酸和多元堿，也可對(duì)許多化學(xué)反應(yīng)起催化作用化作用。 與低分子酸堿相比，離子交換樹脂催化與低分子酸堿相比，離子交換樹脂催化劑具有易于分離、不腐蝕設(shè)備、不污染環(huán)劑具有易于分離、不腐蝕設(shè)備、不污染環(huán)境、產(chǎn)品純度高、后處理簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。如境、產(chǎn)

20、品純度高、后處理簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。如用強(qiáng)酸型陽(yáng)離于交換樹脂可作為酯化反應(yīng)用強(qiáng)酸型陽(yáng)離于交換樹脂可作為酯化反應(yīng)的催化劑。的催化劑。28 除了上述幾個(gè)功能外，離子交換樹脂除了上述幾個(gè)功能外，離子交換樹脂和大孔型吸附樹脂還具有和大孔型吸附樹脂還具有脫色、作載體脫色、作載體等功能。等功能。 如：如：利用大孔型樹脂的強(qiáng)吸附功能，利用大孔型樹脂的強(qiáng)吸附功能，將易于分解失效的催化劑將易于分解失效的催化劑AlC1AlC13 3等吸附在等吸附在微孔中。在反應(yīng)過(guò)程中則逐步釋放出來(lái)微孔中。在反應(yīng)過(guò)程中則逐步釋放出來(lái)以提高催化劑的效率。這也歸屬于樹脂以提高催化劑的效率。這也歸屬于樹脂的催化功能。的催化功能。293.5 3.

21、5 離子交換樹脂和吸附樹脂的應(yīng)用離子交換樹脂和吸附樹脂的應(yīng)用3.5.1 3.5.1 離子交換樹脂的應(yīng)用離子交換樹脂的應(yīng)用 （1 1）水處理）水處理 水處理包括水處理包括水質(zhì)的軟化、水的脫鹽和水質(zhì)的軟化、水的脫鹽和高純水的制備高純水的制備等。水處理是離子交換樹等。水處理是離子交換樹脂最基本的用途之一。如下面是去離子脂最基本的用途之一。如下面是去離子水的制備裝置。水的制備裝置。3031（2 2）冶金工業(yè)）冶金工業(yè) 離子交換是冶金工業(yè)的重要單元操作之離子交換是冶金工業(yè)的重要單元操作之一。在一。在鈾、釷等超鈾元素、稀土金屬、重金鈾、釷等超鈾元素、稀土金屬、重金屬、輕金屬、貴金屬和過(guò)渡金屬屬、輕金屬、貴

22、金屬和過(guò)渡金屬的分離、提的分離、提純和回收方面，離子交換樹脂均起著十分重純和回收方面，離子交換樹脂均起著十分重要的作用。要的作用。 32（3 3）原子能工業(yè)）原子能工業(yè) 離子交換樹脂在原子能工業(yè)上的應(yīng)離子交換樹脂在原子能工業(yè)上的應(yīng)用包括用包括核燃料的分離、提純、精制、回核燃料的分離、提純、精制、回收收等。等。 用離子交換樹脂制備高純水，是核用離子交換樹脂制備高純水，是核動(dòng)力用循環(huán)、冷卻、補(bǔ)給水供應(yīng)的唯一動(dòng)力用循環(huán)、冷卻、補(bǔ)給水供應(yīng)的唯一手段。手段。 離子交換樹脂還是原子能工業(yè)廢水離子交換樹脂還是原子能工業(yè)廢水去除放射性污染處理的主要方法。去除放射性污染處理的主要方法。33（4 4） 海洋資源利

23、用海洋資源利用 利用離子交換樹脂，可利用離子交換樹脂，可從許多海洋從許多海洋生物（例如海帶）中提取碘、溴、鎂生物（例如海帶）中提取碘、溴、鎂等重要化工原料等重要化工原料。在海洋航行和海島。在海洋航行和海島上，用上，用離子交換樹脂以海水制取淡水離子交換樹脂以海水制取淡水是十分經(jīng)濟(jì)和方便的。是十分經(jīng)濟(jì)和方便的。34（5 5）化學(xué)工業(yè)）化學(xué)工業(yè) 離子交換樹脂在化學(xué)實(shí)驗(yàn)、化工生離子交換樹脂在化學(xué)實(shí)驗(yàn)、化工生產(chǎn)上已經(jīng)和產(chǎn)上已經(jīng)和蒸餾、結(jié)晶、萃取和過(guò)濾蒸餾、結(jié)晶、萃取和過(guò)濾一一樣，成為重要的單元操作，普遍樣，成為重要的單元操作，普遍用于多用于多種無(wú)機(jī)、有機(jī)化合物的分離、提純，濃種無(wú)機(jī)、有機(jī)化合物的分離、提

24、純，濃縮和回收縮和回收等。等。 離子交換樹脂用作化學(xué)反應(yīng)催化劑，離子交換樹脂用作化學(xué)反應(yīng)催化劑，可大大提高催化效率，簡(jiǎn)化后處理操作，可大大提高催化效率，簡(jiǎn)化后處理操作，避免設(shè)備的腐蝕。避免設(shè)備的腐蝕。35（6 6）食品工業(yè)）食品工業(yè) 離子交換樹脂在離子交換樹脂在制糖、釀酒、煙草、制糖、釀酒、煙草、乳品、飲料、調(diào)味品乳品、飲料、調(diào)味品等食品加工中都有等食品加工中都有廣泛的應(yīng)用。廣泛的應(yīng)用。 特別在酒類生產(chǎn)中，利用離子交換特別在酒類生產(chǎn)中，利用離子交換樹脂改進(jìn)水質(zhì)、進(jìn)行酒的脫色、去渾、樹脂改進(jìn)水質(zhì)、進(jìn)行酒的脫色、去渾、去除酒中的酒石酸、水楊酸等雜質(zhì)，提去除酒中的酒石酸、水楊酸等雜質(zhì)，提高酒的質(zhì)量。

25、高酒的質(zhì)量。 36（7 7）醫(yī)藥衛(wèi)生）醫(yī)藥衛(wèi)生 離子交換樹脂在醫(yī)藥衛(wèi)生事業(yè)中被大量應(yīng)離子交換樹脂在醫(yī)藥衛(wèi)生事業(yè)中被大量應(yīng)用。如在藥物生產(chǎn)中用于用。如在藥物生產(chǎn)中用于藥劑的脫鹽、吸附分藥劑的脫鹽、吸附分離、提純、脫色、中和及中草藥有效成分的提離、提純、脫色、中和及中草藥有效成分的提取取等。等。 離子交換樹脂本身可作為離子交換樹脂本身可作為藥劑內(nèi)服藥劑內(nèi)服，具有，具有解毒、緩瀉、去酸等功效，可用于治療胃潰瘍、解毒、緩瀉、去酸等功效，可用于治療胃潰瘍、促進(jìn)食欲、去除腸道放射物質(zhì)等。促進(jìn)食欲、去除腸道放射物質(zhì)等。 對(duì)于對(duì)于外敷藥劑外敷藥劑，用離子交換樹脂粉末可，用離子交換樹脂粉末可配制軟膏、粉劑及嬰兒

26、護(hù)膚用品，用以吸除傷配制軟膏、粉劑及嬰兒護(hù)膚用品，用以吸除傷口毒物和作為解毒藥劑。口毒物和作為解毒藥劑。37 將各種藥物吸附在離子交換樹脂將各種藥物吸附在離子交換樹脂上，可有效地上，可有效地控制藥物釋放速率，延控制藥物釋放速率，延長(zhǎng)藥效，減少服藥次數(shù)長(zhǎng)藥效，減少服藥次數(shù)。 離子交換樹脂還是離子交換樹脂還是醫(yī)療診斷、藥醫(yī)療診斷、藥物分析檢定物分析檢定的重要藥劑，如血液成分的重要藥劑，如血液成分分析、胃液檢定、藥物成分分析等。分析、胃液檢定、藥物成分分析等。具有檢測(cè)速度快、干擾少等優(yōu)點(diǎn)。具有檢測(cè)速度快、干擾少等優(yōu)點(diǎn)。38（8 8）環(huán)境保護(hù)）環(huán)境保護(hù) 離子交換樹脂在廢水，廢氣的濃縮、離子交換樹脂在廢

27、水，廢氣的濃縮、處理、分離、回收及分析檢測(cè)上都有重處理、分離、回收及分析檢測(cè)上都有重要應(yīng)用，已普遍用于要應(yīng)用，已普遍用于電鍍廢水、造紙廢電鍍廢水、造紙廢水、礦冶廢水、生活污水，影片洗印廢水、礦冶廢水、生活污水，影片洗印廢水、工業(yè)廢氣水、工業(yè)廢氣等的治理。等的治理。39 如電鍍廢水中含有大量有毒的金如電鍍廢水中含有大量有毒的金屬氰化物，如屬氰化物，如Fe(CN)Fe(CN)6 63-3-，F(xiàn)e(CN)Fe(CN)6 64-4-等，等，用抗有機(jī)污染力強(qiáng)的聚丙烯酰胺系陰用抗有機(jī)污染力強(qiáng)的聚丙烯酰胺系陰離子交換樹脂處理后，可使金屬氰化離子交換樹脂處理后，可使金屬氰化物的含量降至物的含量降至10ppm1

28、0ppm以下。以下。403.5.2 3.5.2 吸附樹脂的應(yīng)用吸附樹脂的應(yīng)用 （1 1）有機(jī)物的分離）有機(jī)物的分離 由于吸附樹脂具有巨大的比表面，不同的由于吸附樹脂具有巨大的比表面，不同的吸附樹脂有不同的極性，所以可用來(lái)分離有機(jī)吸附樹脂有不同的極性，所以可用來(lái)分離有機(jī)物。例如，含酚廢水中酚的提取，有機(jī)溶液的物。例如，含酚廢水中酚的提取，有機(jī)溶液的脫色等等。脫色等等。 （2 2）在醫(yī)療衛(wèi)生中的應(yīng)用）在醫(yī)療衛(wèi)生中的應(yīng)用 吸附樹脂可作為血液的清洗劑。這方面的吸附樹脂可作為血液的清洗劑。這方面的應(yīng)用研究正在開展，已有搶救安眠藥中毒病人應(yīng)用研究正在開展，已有搶救安眠藥中毒病人的成功例子。的成功例子。41

29、（3 3）藥物的分離提?。┧幬锏姆蛛x提取 在在紅霉索、絲裂霉素、頭孢菌素等抗菌紅霉索、絲裂霉素、頭孢菌素等抗菌素的提取素的提取中，已采用吸附樹脂提取法。由于吸中，已采用吸附樹脂提取法。由于吸附樹脂不受溶液附樹脂不受溶液pHpH值的影響，不必調(diào)整抗菌素值的影響，不必調(diào)整抗菌素發(fā)酵液的發(fā)酵液的pHpH值，因此不會(huì)造成酸、堿對(duì)發(fā)酵液值，因此不會(huì)造成酸、堿對(duì)發(fā)酵液活性的破壞?；钚缘钠茐?。 用吸附樹脂對(duì)用吸附樹脂對(duì)中草藥中有效成分的提取中草藥中有效成分的提取研究工作正在開展，在研究工作正在開展，在人參皂甙、絞股蘭、甜人參皂甙、絞股蘭、甜葉菊等的提取葉菊等的提取中已取得卓著的成績(jī)。中已取得卓著的成績(jī)。42

30、（4 4）在制酒工業(yè)中的應(yīng)用）在制酒工業(yè)中的應(yīng)用 吸附樹脂可選擇性地吸附酒中分子較大或吸附樹脂可選擇性地吸附酒中分子較大或極性較強(qiáng)的物質(zhì)，較小或極性軟弱的分子不被極性較強(qiáng)的物質(zhì)，較小或極性軟弱的分子不被吸附而存留。如吸附而存留。如棕櫚酸乙酯、油酸乙酯和亞油棕櫚酸乙酯、油酸乙酯和亞油酸乙酯酸乙酯等分子較大的物質(zhì)被吸附，等分子較大的物質(zhì)被吸附，而已酸乙酯、而已酸乙酯、乙酸乙酯、乳酸乙酯乙酸乙酯、乳酸乙酯等相對(duì)分子質(zhì)量較小的香等相對(duì)分子質(zhì)量較小的香味物質(zhì)不被吸附而存留，達(dá)到分離、純化的目味物質(zhì)不被吸附而存留，達(dá)到分離、純化的目的。的。43 思考題1.離子交換樹脂的類型,大孔型離子交換樹脂是如何制備的

31、,其結(jié)構(gòu)與性能與凝膠型樹脂相比有什么特點(diǎn)?2. 從離子交換樹脂的功能分析其可能的用途?3. 分析影響離子交換樹脂性能的主要因素?44二、 高分子功能膜4546膜分離-半透膜指一類可以讓小分子物質(zhì)指一類可以讓小分子物質(zhì)透過(guò)而大分子物質(zhì)不能通透過(guò)而大分子物質(zhì)不能通過(guò)的薄膜的總稱過(guò)的薄膜的總稱 例如：例如：細(xì)胞膜、膀胱膜、細(xì)胞膜、膀胱膜、腸衣等腸衣等 47終終端過(guò)濾過(guò)濾48錯(cuò)錯(cuò)流過(guò)濾過(guò)濾（Cross Filtration）4950在啤酒工業(yè)中應(yīng)用在啤酒工業(yè)中應(yīng)用51常見的分離方法常見的分離方法篩分篩分過(guò)濾過(guò)濾萃取萃取離心離心蒸餾蒸餾重結(jié)晶重結(jié)晶柱層析柱層析膜分離膜分離色譜分離色譜分離離子交換離子交換

32、對(duì)于高層次的分離，如對(duì)于高層次的分離，如分子尺寸的分離分子尺寸的分離、生物生物體組分的分離體組分的分離等，采用等，采用常規(guī)的分離方法是難以常規(guī)的分離方法是難以實(shí)現(xiàn)的，或達(dá)不到精度，實(shí)現(xiàn)的，或達(dá)不到精度，或需要損耗極大的能源或需要損耗極大的能源而無(wú)實(shí)用價(jià)值。而無(wú)實(shí)用價(jià)值。52膜分離的特點(diǎn)膜分離的特點(diǎn) 具有選擇分離功能的高分子材料的出現(xiàn)，使上具有選擇分離功能的高分子材料的出現(xiàn)，使上述的分離問(wèn)題迎刃而解。述的分離問(wèn)題迎刃而解。 膜分離過(guò)程的主要特點(diǎn)是：膜分離過(guò)程的主要特點(diǎn)是： 以具有選擇透過(guò)性的膜作為分離的手段，實(shí)現(xiàn)以具有選擇透過(guò)性的膜作為分離的手段，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)分子尺寸的分離和混合物組分的分離。物質(zhì)分

33、子尺寸的分離和混合物組分的分離。 膜分離過(guò)程的推動(dòng)力有：膜分離過(guò)程的推動(dòng)力有： 壓力差、濃度差、和電位差等壓力差、濃度差、和電位差等53例如：果汁、酒的消毒與與澄清清澄清果蔬汁加工工藝澄清果蔬汁加工工藝超濾超濾54茶飲料的制備5556二、膜分離過(guò)過(guò)程1）過(guò)濾過(guò)濾分離 利用組組分分子的大小和性質(zhì)質(zhì)差別別所表現(xiàn)現(xiàn)出透過(guò)過(guò)膜的速率差別別，達(dá)達(dá)到組組分的分離。屬屬于過(guò)濾過(guò)濾式膜分離的有 超濾濾（Ultrafiltration,UF，孔徑徑0.11um）、微濾濾(Microfiltration,MF,孔徑徑1100nm)、納濾納濾(Nanofiltration,NF，孔徑徑0.5 5nm)等；5758反

34、滲透（Reverse osmosis） 在膜的兩邊兩邊造成一個(gè)壓個(gè)壓力差，并并使其大于滲透壓壓，就會(huì)發(fā)會(huì)發(fā)生溶劑劑倒流，使?jié)鉂舛容^較高的溶液進(jìn)進(jìn)一步濃縮濃縮 選擇選擇吸附，溶解-擴(kuò)擴(kuò)散機(jī)理5960（0.2 nm）Na+0.37nm61過(guò)濾過(guò)濾式膜分離622）滲析式膜分離 料液中的某些溶質(zhì)質(zhì)或離子在濃濃度差、電電位差的推動(dòng)動(dòng)下，透過(guò)過(guò)膜進(jìn)進(jìn)入接受液中，從從而被分離出去。 屬屬于滲析式膜分離的有滲析和電電滲析等。 電電滲析（electrodialysis）在電場(chǎng)電場(chǎng)中交替裝配的陰陰離子和陽(yáng)陽(yáng)離子交換換膜，在電場(chǎng)電場(chǎng)中形成一個(gè)個(gè)個(gè)個(gè)隔室使溶液中的離子有選擇選擇地分離或富集63電電滲析過(guò)過(guò)程64+陽(yáng)極

35、陽(yáng)極陰極陰極Cl-Na陽(yáng)膜陽(yáng)極室陽(yáng)極室Cl-Cl-Cl-NaNaCl-NaNaCl-Cl-NaNa濃縮室淡化室淡化室濃縮室陰極室陰極室陰膜陽(yáng)膜陰膜注意：注意：離子交換膜的作用離子交換膜的作用并不是起離子交換并不是起離子交換的作用，而是的作用，而是起離子起離子選擇透過(guò)性選擇透過(guò)性作用。作用。65海水的淡化66 液膜與與料液和接受液互不混溶，液液兩兩相通過(guò)過(guò)液膜實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)滲透，類類似于萃取和反萃取的組組合。溶質(zhì)從質(zhì)從料液進(jìn)進(jìn)入液膜相當(dāng)當(dāng)于萃取，溶質(zhì)質(zhì)再?gòu)膹囊耗みM(jìn)進(jìn)入接受液相當(dāng)當(dāng)于反萃取。 3）液膜分離674）氣氣體透過(guò)過(guò) 利用微孔或無(wú)孔膜進(jìn)進(jìn)行氣氣體分離，主要是溶解-擴(kuò)擴(kuò)散過(guò)過(guò)程6869 成本低 能

36、耗少 效率高 無(wú)污污染 可回收利用有用物質(zhì)質(zhì)三、膜分離技術(shù)術(shù)的優(yōu)優(yōu)點(diǎn)特別適用于特別適用于l性質(zhì)相似組分性質(zhì)相似組分l同分異構(gòu)體組分同分異構(gòu)體組分l熱敏性組分熱敏性組分l生物物質(zhì)組分生物物質(zhì)組分70四、膜分離技術(shù)術(shù)的應(yīng)應(yīng)用 化工、環(huán)環(huán)保、食品、醫(yī)藥醫(yī)藥、電電子、電電力、冶金、輕紡輕紡、海水淡化等領(lǐng)領(lǐng)域廣泛使用71海水海水 過(guò)濾過(guò)濾 沉降沉降 鈉離子交換柱去除高價(jià)陽(yáng)離子鈉離子交換柱去除高價(jià)陽(yáng)離子 逆滲透逆滲透 濃水濃水淡水淡水72海水海水 過(guò)濾過(guò)濾 沉降沉降 納濾納濾 逆滲透逆滲透 濃水濃水 閃蒸閃蒸 建議議的新的工藝藝路線線淡水淡水淡水淡水鹽鹽73反滲透純純水設(shè)備設(shè)備74 1748年，耐克特（A

37、. Nelkt）發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)水能自動(dòng)動(dòng)地?cái)U(kuò)擴(kuò)散到裝有酒精的豬膀胱內(nèi)內(nèi) 開創(chuàng)開創(chuàng)了膜滲透的研研究。 1846年，Schonbem 硝酸纖維纖維制備備微濾濾膜 1861年，施密特（A. Schmidt）微孔過(guò)濾過(guò)濾膜 用比濾紙濾紙孔徑徑更小的棉膠膠膜或賽璐酚賽璐酚膜過(guò)濾過(guò)濾，在溶液側(cè)側(cè)施加壓壓力，使膜的兩側(cè)產(chǎn)兩側(cè)產(chǎn)生壓壓力差，即可分離溶液中的細(xì)細(xì)菌、蛋白質(zhì)質(zhì)、膠膠體等微小粒子五、膜分離技術(shù)發(fā)術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)簡(jiǎn)史75 1935年，Teorell 離子交換換膜用于海水濃縮濃縮制鹽鹽 1961年，米切利斯（A. S. Michealis）等人用各種種比例的酸性和堿堿性的高分子電電介質(zhì)質(zhì)混合物以水-丙酮酮-溴溴化鈉為

38、鈉為溶劑劑，制成了可截留不同分子量的膜，這這種種膜是真真正的超過(guò)濾過(guò)濾膜。 美國(guó)國(guó)Amicon公司首先將這種將這種膜商品化。76 50年代初，為從為從海水或苦咸水中獲獲取淡水，開開始了反滲透膜的研研究。 1967年，Du Pont公司研研制成功了以尼龍龍-66為為主要組組分的中空纖維纖維反滲透膜組組件。 同一時(shí)時(shí)期，丹麥麥DDS公司研研制成功平板式反滲透膜組組件。反滲透膜開開始工業(yè)業(yè)化。771. 按膜的材料分類類 表表6-1 膜材料的分類膜材料的分類類類 別別膜材料舉舉 例纖維纖維素酯類酯類纖維纖維素衍生物類類醋酸纖維纖維素，硝酸纖維纖維素，乙基纖維纖維素等非纖維纖維素酯類酯類聚砜類砜類聚砜砜

39、，聚醚砜醚砜，聚芳醚砜醚砜，磺化聚砜砜等聚酰酰(亞亞)胺類胺類聚砜酰胺砜酰胺，芳香族聚酰胺酰胺，含氟氟聚酰亞胺酰亞胺等聚酯酯、烯烴類烯烴類滌綸滌綸，聚碳碳酸酯酯，聚乙烯烯，聚丙烯腈烯腈等含氟氟(硅)類類聚四氟氟乙烯烯，聚偏氟氟乙烯烯，聚二甲基硅氧烷氧烷等其他殼殼聚糖，聚電電解質(zhì)質(zhì)等六、高分子功能膜的分類類782. 按膜的分離原理及適用范圍圍分類類 根據(jù)分離膜的分離原理和推動(dòng)動(dòng)力的不同，可將將其分為為微孔膜、超過(guò)濾過(guò)濾膜、反滲透膜、納濾納濾膜、滲析膜、電電滲析膜、滲透蒸發(fā)發(fā)膜等。3. 按膜斷斷面的物理形態(tài)態(tài)分類類 根據(jù)分離膜斷斷面的物理形態(tài)態(tài)不同，可將將其分為為對(duì)稱對(duì)稱膜，不對(duì)稱對(duì)稱膜、復(fù)復(fù)合膜

40、、平板膜、管式膜、中空纖維纖維膜等。7980非對(duì)稱性膜微孔對(duì)稱性膜81 分離膜的基本功能是從從物質(zhì)質(zhì)群中有選擇選擇地透過(guò)過(guò)或輸輸送特定的物質(zhì)質(zhì)，如顆顆粒、分子、離子等?；蛘哒f(shuō)說(shuō)，物質(zhì)質(zhì)的分離是通過(guò)過(guò)膜的選擇選擇性透過(guò)實(shí)現(xiàn)過(guò)實(shí)現(xiàn)的。幾種種主要的膜分離過(guò)過(guò)程及其傳遞傳遞機(jī)理如表6-2所示。七、膜分離過(guò)過(guò)程的類類型82表表6-2 幾種主要分離膜的分離過(guò)程幾種主要分離膜的分離過(guò)程膜過(guò)過(guò)程推動(dòng)動(dòng)力傳遞傳遞機(jī)理透過(guò)過(guò)物截留物膜類類型微濾濾壓壓力差顆顆粒大小形狀狀水、溶劑劑溶解物懸懸浮物顆顆粒纖維纖維多孔膜超濾濾壓壓力差分子特性大小形狀狀水、溶劑劑小分子膠膠體和超過(guò)過(guò)截留分子量的分子非對(duì)稱對(duì)稱性膜納濾納濾壓

41、壓力差離子大小及電電荷水、一價(jià)離子、多價(jià)離子有機(jī)物復(fù)復(fù)合膜反滲透壓壓力差溶劑劑的擴(kuò)擴(kuò)散傳傳遞遞水、溶劑劑溶質(zhì)質(zhì)、鹽鹽非對(duì)稱對(duì)稱性膜復(fù)復(fù)合膜83膜過(guò)過(guò)程推動(dòng)動(dòng)力傳遞傳遞機(jī)理透過(guò)過(guò)物截留物膜類類型滲析濃濃度差溶質(zhì)質(zhì)的擴(kuò)擴(kuò)散傳傳遞遞低分子量物、離子溶劑劑非對(duì)稱對(duì)稱性膜電電滲析電電位差電電解質(zhì)質(zhì)離子的選擇傳遞選擇傳遞電電解質(zhì)質(zhì)離子非電電解質(zhì)質(zhì)，大分子物質(zhì)質(zhì)離子交換換膜氣氣體分離壓壓力差氣氣體和蒸汽的擴(kuò)擴(kuò)散滲透氣氣體或蒸汽難難滲透性氣氣體或蒸汽均相膜、復(fù)復(fù)合膜，非對(duì)稱對(duì)稱膜滲透蒸發(fā)發(fā)壓壓力差選擇傳遞選擇傳遞易滲溶質(zhì)質(zhì)或溶劑劑難難滲透性溶質(zhì)質(zhì)或溶劑劑均相膜、復(fù)復(fù)合膜，非對(duì)稱對(duì)稱膜液膜分離濃濃度差反應(yīng)應(yīng)促進(jìn)

42、進(jìn)和擴(kuò)擴(kuò)散傳遞傳遞雜質(zhì)雜質(zhì)溶劑劑乳狀狀液膜支撐液膜續(xù)上表續(xù)上表84八、膜材料及膜的制備備膜材料 用作分離膜的材料包括天然的和人工合成的有機(jī)高分子材料和無(wú)機(jī)材料。 原則則上講講，凡能成膜的高分子材料和無(wú)機(jī)材料均可用于制備備分離膜。但實(shí)際實(shí)際上，真真正成為為工業(yè)業(yè)化膜的膜材料并并不多。這這主要決決定于膜的一些特定要求，如分離效率、分離速度等。此外，也取決決于膜的制備備技術(shù)術(shù)。 85 目前，實(shí)實(shí)用的有機(jī)高分子膜材料有：纖維纖維素酯類酯類、聚砜類砜類、聚酰胺類酰胺類及其他材料。從從品種來(lái)說(shuō)種來(lái)說(shuō)，已有成百種種以上的膜被制備備出來(lái)來(lái)，其中約約40多種種已被用于工業(yè)業(yè)和實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室中。以日本為為例，纖維纖維

43、素酯類酯類 膜占53，聚砜砜膜占33.3，聚酰胺酰胺膜占11.7，其他材料的膜占2，可見纖維見纖維素酯類酯類材料在膜材料中占主要地位。861. 纖維纖維素酯類酯類膜材料 纖維纖維素是由幾千個(gè)個(gè)椅式構(gòu)構(gòu)型的葡萄糖基通過(guò)過(guò)1, 4-甙鏈甙鏈連連接起來(lái)來(lái)的天然線線性高分子化合物，其結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)式為為：OHOHOHHOH HOHHCH2OHHHOH HOHHOCH2OHOOHOHOHHOH HOHHCH2OHHHHOH HOHHOCH2OHHn_2287 從結(jié)構(gòu)從結(jié)構(gòu)上看，每個(gè)個(gè)葡萄糖單單元上有三個(gè)羥個(gè)羥基。在催化劑劑（如硫酸、高氯氯酸或氧氧化鋅鋅）存在下，能與與冰醋酸、醋酸酐進(jìn)酐進(jìn)行酯酯化反應(yīng)應(yīng)，得到二

44、醋酸纖維纖維素或三醋酸纖維纖維素。 C6H7O2 + (CH3CO)2O C6H7O2(OCOCH3)2 + H2O C6H7O2 + 3(CH3CO)2O C6H7O2(OCOCH3)3 + 2 CH2COOH 醋酸纖維纖維素是當(dāng)當(dāng)今最重要的膜材料之一。88892. 非纖維纖維素酯類酯類膜材料（1）非纖維纖維素酯類酯類膜材料的基本特性 分子鏈鏈中含有親親水性的極極性基團(tuán)團(tuán)； 主鏈鏈上應(yīng)應(yīng)有苯環(huán)苯環(huán)、雜環(huán)雜環(huán)等剛剛性基團(tuán)團(tuán)，使之有高的抗壓壓密性和耐熱熱性； 化學(xué)穩(wěn)學(xué)穩(wěn)定性好； 具有可溶性； 常用于制備備分離膜的合成高分子材料有聚砜砜、聚酰胺酰胺、芳香雜環(huán)雜環(huán)聚合物和離子聚合物等。90（2）主要

45、的非纖維纖維素酯類酯類膜材料 （i）聚砜類砜類 聚砜結(jié)構(gòu)砜結(jié)構(gòu)中的特征基團(tuán)為團(tuán)為 ，為為了引入親親水基團(tuán)團(tuán)，常將將粉狀狀聚砜懸砜懸浮于有機(jī)溶劑劑中，用氯氯磺酸進(jìn)進(jìn)行磺化。 聚砜類樹砜類樹脂常用的制膜溶劑劑有：二甲基甲酰胺酰胺、二甲基乙酰胺酰胺、N-甲基吡吡咯烷酮烷酮、二甲基亞砜亞砜等。SOO91 聚砜類樹砜類樹脂具有良好的化學(xué)學(xué)、熱學(xué)熱學(xué)和水解穩(wěn)穩(wěn)定性，強(qiáng)度也很高，pH值值適應(yīng)應(yīng)范圍為圍為113，最高使用溫溫度達(dá)達(dá)120，抗氧氧化性和抗氯氯性都十分優(yōu)優(yōu)良。因此已成為為重要的膜材料之一。這類樹這類樹脂中，目前的代表品種種有：92OCCH3CH3OS聚 砜聚 芳 砜聚 醚 砜聚苯醚砜OOnOnSO

46、OSOOOnSOOOnSOOO93 （ii）聚酰胺類酰胺類 早期使用的聚酰胺酰胺是脂肪族聚酰胺酰胺，如尼龍龍-66等制成的中空纖維纖維膜。這類產(chǎn)這類產(chǎn)品對(duì)鹽對(duì)鹽水的分離率在8090之間間，但透水率很低，僅僅0.076 ml/cm2h。以后發(fā)發(fā)展了芳香族聚酰胺酰胺，用它們它們制成的分離膜， pH適用范圍為圍為311，分離率可達(dá)達(dá)99.5（對(duì)鹽對(duì)鹽水），透水速率為為0.6 ml/cm2h。長(zhǎng)長(zhǎng)期使用穩(wěn)穩(wěn)定性好。由于酰胺酰胺基團(tuán)團(tuán)易與氯與氯反應(yīng)應(yīng)，故這種這種膜對(duì)對(duì)水中的游離氯氯有較較高要求。94 Du Pont公司生產(chǎn)產(chǎn)的DP-I型膜即為為由此類類膜材料制成的，它它的合成路線線如下式所示：H2NnC

47、ONHNH2Cl+nCOCClNHCONHNHCCnDMACOOO95 類類似結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的芳香族聚酰胺酰胺膜材料還還有：NHCONHNHCOnNHCONHNHCONHCOCOn96 （iii）芳香雜環(huán)類雜環(huán)類 聚苯并咪唑類苯并咪唑類 如由美國(guó)國(guó)Celanese公司研研制的PBI膜即為為此種類種類型。這種這種膜材料可用以下路線線合成：NH2H2NNH2H2N+nOCOCOONNCHNNCH+2 nOH+2 n H2On97 聚苯并咪唑酮類苯并咪唑酮類 這類這類膜的代表是日本帝人公司生產(chǎn)產(chǎn)的PBLL膜，其化學(xué)結(jié)學(xué)結(jié)構(gòu)為構(gòu)為： 這種這種膜對(duì)對(duì)0.5NaCl溶液的分離率達(dá)達(dá)9095，并并有較較高的透水速

48、率。NCONHSO2HNNCOn98 聚酰亞胺類酰亞胺類 聚酰亞胺酰亞胺具有很好的熱穩(wěn)熱穩(wěn)定性和耐有機(jī)溶劑劑能力，因此是一類較類較好的膜材料。例如，下列結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的聚酰亞胺酰亞胺膜對(duì)對(duì)分離氫氣氫氣有很高的效率。NCCOONCCOOArn99 其中，Ar為為芳基，對(duì)氣對(duì)氣體分離的難難易次序如下：H2O，H(He)，H2S，CO2，O2，Ar(CO)，N2(CH4)，C2H6，C3H8易 難難 聚酰亞胺酰亞胺溶解性差，制膜困難難，因此開發(fā)開發(fā)了可溶性聚酰亞酰亞胺胺，其結(jié)構(gòu)為結(jié)構(gòu)為：NCCOOCH2CHRNCCOOCH2CHn100 （iv）離子性聚合物 離子性聚合物可用于制備備離子交換換膜。與與離子

49、交換樹換樹脂相同，離子交換換膜也可分為為強(qiáng)酸型陽(yáng)陽(yáng)離子膜、弱酸型陽(yáng)陽(yáng)離子膜、強(qiáng)堿堿型陰陰離子膜和弱堿堿型陰陰離子膜等。在淡化海水的應(yīng)應(yīng)用中，主要使用的是強(qiáng)酸型陽(yáng)陽(yáng)離子交換換膜。 磺化聚苯醚苯醚膜和磺化聚砜砜膜是最常用的兩種兩種離子聚合物膜。101OCH3H3CHClSO3SO3HHCl+CH3OH3C+nnCCH3CH3OSOOOHClSO3+nCCH3CH3OSOOOnSO3H102 （v）乙烯烯基聚合物 用作膜材料的乙烯烯基聚合物包括聚乙烯烯醇、聚乙烯吡烯吡咯烷酮烷酮、聚丙烯烯酸、聚丙烯腈烯腈、聚偏氯氯乙烯烯、聚丙烯酰胺烯酰胺等。共聚物包括：聚丙烯烯醇/苯苯乙烯烯磺酸、聚乙烯烯醇/磺化聚苯

50、醚苯醚、聚丙烯腈烯腈/甲基丙烯烯酸酯酯、聚乙烯烯/乙烯烯醇等。聚乙烯烯醇/丙烯腈烯腈接枝共聚物也可用作膜材料。103膜的制備備 膜的制備備工藝對(duì)藝對(duì)分離膜的性能十分重要。同樣樣的材料，由于不同的制作工藝藝和控制條條件，其性能差別別很大。合理的、先進(jìn)進(jìn)的制膜工藝藝是制造優(yōu)優(yōu)良性能分離膜的重要保證證。 目前，國(guó)內(nèi)國(guó)內(nèi)外的制膜方法很多，其中最實(shí)實(shí)用的是相轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化法（流涎法和紡絲紡絲法）和復(fù)復(fù)合膜化法。104膜分離裝置1）平板式）平板式用于用于UF的板框系統(tǒng)的板框系統(tǒng)105進(jìn)水進(jìn)水透過(guò)水透過(guò)水濃縮水濃縮水耐壓容器耐壓容器透水板透水板半透膜半透膜板框式膜組件工板框式膜組件工作過(guò)程示意圖作過(guò)程示意圖特點(diǎn)：特

51、點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積比管式的小。比管式的小。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：裝卸復(fù)裝卸復(fù)雜，單雜，單位體積位體積膜表面膜表面積小。積小。106密封密封密封密封密封密封2）螺旋卷式膜組件一個(gè)膜葉結(jié)構(gòu)示意圖）螺旋卷式膜組件一個(gè)膜葉結(jié)構(gòu)示意圖多孔透水材料多孔透水材料膜，上下兩層膜，上下兩層107膜葉膜葉透水網(wǎng)狀材料透過(guò)水透過(guò)水濃濃水水進(jìn)進(jìn)水水螺旋卷式膜組件組合示意圖螺旋卷式膜組件組合示意圖108109膜組件的組裝示意圖膜組件的組裝示意圖進(jìn)進(jìn)水水口口耐壓耐壓容器容器連連接接器器膜膜組組件件密密封封圈圈端端蓋蓋透透過(guò)過(guò)液液濃濃縮縮液液110工工業(yè)業(yè)應(yīng)應(yīng)用用的的反反滲滲透透裝裝置置1113）中空纖維纖維式反滲透膜

52、組組件 中空纖維纖維膜組組件是由中空纖維纖維膜制成的。 中空纖維纖維外徑徑50200 m，內(nèi)徑內(nèi)徑25 42 m。 將數(shù)將數(shù)萬(wàn)至數(shù)數(shù)十萬(wàn)根中空纖維纖維制成膜束，膜束外側(cè)側(cè)覆以保護(hù)護(hù)性格網(wǎng)網(wǎng)，內(nèi)內(nèi)部中間間放置供分配原水用的多孔管，膜束兩兩端用環(huán)氧樹環(huán)氧樹脂加固。 將將其一端切斷斷，使纖維纖維膜呈開開口狀狀，并并在這這一側(cè)側(cè)放置多孔支撐板。將將整個(gè)個(gè)膜束裝在耐壓壓筒內(nèi)內(nèi)。112 進(jìn)水濃水濃水透過(guò)水透過(guò)水多孔進(jìn)水管多孔進(jìn)水管濃水出口濃水出口淡水出口淡水出口密封密封中空纖維膜中空纖維膜外徑外徑50200內(nèi)徑內(nèi)徑2542密封密封耐壓容器耐壓容器中空纖維纖維反滲透組組件簡(jiǎn)圖簡(jiǎn)圖113膜斷面圖膜斷面圖 11

53、4 典型的膜分離技術(shù)術(shù)有微孔過(guò)濾過(guò)濾(MF)、超濾濾(UF)、反滲透(RO)、納濾納濾(NF)、滲析(D)、電電滲析(ED)、液膜(LM)及滲透蒸發(fā)發(fā)( PV)等，下面分別別介紹紹之。9.1 微孔過(guò)濾過(guò)濾技術(shù)術(shù)1. 微孔過(guò)濾過(guò)濾和微孔膜的特點(diǎn) 微孔過(guò)濾過(guò)濾技術(shù)術(shù)始于十九世紀(jì)紀(jì)中葉，是以靜壓靜壓差為為推動(dòng)動(dòng)力，利用篩網(wǎng)狀過(guò)濾篩網(wǎng)狀過(guò)濾介質(zhì)質(zhì)膜的“篩篩分”作用進(jìn)進(jìn)行分離的膜過(guò)過(guò)程。實(shí)實(shí)施微孔過(guò)濾過(guò)濾的膜稱為稱為微孔膜。九、典型的膜分離技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域九、典型的膜分離技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域115 微孔膜是均勻勻的多孔薄膜，厚度在90150m左右，過(guò)濾過(guò)濾粒徑徑在0.02510m之間間，操作壓壓在0.010.2

54、MPa。到目前為為止，國(guó)內(nèi)國(guó)內(nèi)外商品化的微孔膜約約有13類類，總計(jì)總計(jì)400多種種。 微孔膜的主要優(yōu)優(yōu)點(diǎn)為為： 孔徑徑均勻勻，過(guò)濾過(guò)濾精度高。能將將液體中所有大于制定孔徑徑的微粒全部截留； 孔隙大，流速快。一般微孔膜的孔密度為為107孔/cm2，微孔體積積占膜總總體積積的7080。由于膜很薄，阻力小，其過(guò)濾過(guò)濾速度較較常規(guī)過(guò)濾規(guī)過(guò)濾介質(zhì)質(zhì)快幾十倍；116 無(wú)吸附或少吸附。微孔膜厚度一般在90150m之間間，因而吸附量很少，可忽略不計(jì)計(jì)。 無(wú)介質(zhì)脫質(zhì)脫落。微孔膜為為均一的高分子材料，過(guò)濾時(shí)沒過(guò)濾時(shí)沒有纖維纖維或碎屑脫脫落，因此能得到高純純度的濾濾液。 微孔膜的缺點(diǎn)： 顆顆粒容量較較小，易被堵塞；

55、 使用時(shí)時(shí)必須須有前道過(guò)濾過(guò)濾的配合，否則則無(wú)法正常工作。1172. 微孔過(guò)濾過(guò)濾技術(shù)應(yīng)術(shù)應(yīng)用領(lǐng)領(lǐng)域 微孔過(guò)濾過(guò)濾技術(shù)術(shù)目前主要在以下方面得到應(yīng)應(yīng)用：（1）微粒和細(xì)細(xì)菌的過(guò)濾過(guò)濾。可用于水的高度凈凈化、食品和飲飲料的除菌、藥藥液的過(guò)濾過(guò)濾、發(fā)發(fā)酵工業(yè)業(yè)的空氣氣凈凈化和除菌等。（2）微粒和細(xì)細(xì)菌的檢測(cè)檢測(cè)。微孔膜可作為為微粒和細(xì)細(xì)菌的富集器，從從而進(jìn)進(jìn)行微粒和細(xì)細(xì)菌含量的測(cè)測(cè)定。118（3）氣氣體、溶液和水的凈凈化。大氣氣中懸懸浮的塵塵埃、 纖維纖維、花粉、細(xì)細(xì)菌、病毒等；溶液和水中存在的微小固體顆顆粒和微生物，都可借助微孔膜去除。（4）食糖與與酒類類的精制。微孔膜對(duì)對(duì)食糖溶液和啤啤、黃黃酒等酒

56、類進(jìn)類進(jìn)行過(guò)濾過(guò)濾，可除去食糖中的雜質(zhì)雜質(zhì)、酒類類中的酵母、霉菌和其他微生物，提高食糖的純純度和酒類產(chǎn)類產(chǎn)品的清清澈度，延長(zhǎng)長(zhǎng)存放期。由于是常溫溫操作，不會(huì)會(huì)使酒類產(chǎn)類產(chǎn)品變變味。119（5）藥藥物的除菌和除微粒。以前藥藥物的滅滅菌主要采用熱壓熱壓法。但是熱壓熱壓法滅滅菌時(shí)時(shí)，細(xì)細(xì)菌的尸體仍留在藥藥品中。而且對(duì)對(duì)于熱熱敏性藥藥物，如胰島胰島素、血清清蛋白等不能采用熱壓熱壓法滅滅菌。對(duì)對(duì)于這類這類情況況，微孔膜有突出的優(yōu)優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)微孔膜過(guò)濾過(guò)濾后，細(xì)細(xì)菌被截留，無(wú)細(xì)細(xì)菌尸體殘殘留在藥藥物中。常溫溫操作也不會(huì)會(huì)引起藥藥物的受熱熱破壞和變變性。 許許多液態(tài)藥態(tài)藥物，如注射液、眼藥藥水等，用常規(guī)規(guī)

57、的過(guò)濾過(guò)濾技術(shù)難術(shù)難以達(dá)達(dá)到要求，必須須采用微濾濾技術(shù)術(shù)。1201. 超濾濾和超濾濾膜的特點(diǎn) 超濾濾技術(shù)術(shù)始于 1861 年，其過(guò)濾過(guò)濾粒徑徑介于微濾濾和反滲透之間間，約約510 nm，在 0.10.5 MPa 的靜壓靜壓差推動(dòng)動(dòng)下截留各種種可溶性大分子，如多糖、蛋白質(zhì)質(zhì)、酶等相對(duì)對(duì)分子質(zhì)質(zhì)量大于500的大分子及膠膠體，形成濃縮濃縮液，達(dá)達(dá)到溶液的凈凈化、分離及濃縮濃縮目的。 超濾濾技術(shù)術(shù)的核心部件是超濾濾膜，分離截留的原理為篩為篩分，小于孔徑徑的微粒隨隨溶劑劑一起透過(guò)過(guò)膜上的微孔，而大于孔徑徑的微粒則則被截留。膜上微孔的尺寸和形狀決狀決定膜的分離效率。9.2 超濾濾技術(shù)術(shù)121 超濾濾膜均為

58、為不對(duì)稱對(duì)稱膜，形式有平板式、卷式、管式和中空纖維狀纖維狀等。超濾濾膜的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)一般由三層結(jié)構(gòu)層結(jié)構(gòu)組組成。即最上層層的表面活性層層，致密而光滑，厚度為為0.11.5m，其中細(xì)細(xì)孔孔徑徑一般小于10nm；中間間的過(guò)過(guò)渡層層，具有大于10nm的細(xì)細(xì)孔，厚度一般為為110m；最下面的支撐層層，厚度為為50250m，具有50nm以上的孔。支撐層層的作用為為起支撐作用，提高膜的機(jī)械強(qiáng)度。膜的分離性能主要取決決于表面活性層層和過(guò)過(guò)度層層。122 中空纖維狀纖維狀超濾濾膜的外徑為徑為0.52m。特點(diǎn)是直徑徑小，強(qiáng)度高，不需要支撐結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)，管內(nèi)內(nèi)外能承受較較大的壓壓力差。此外，單單位體積積中空纖維狀纖維狀超

59、濾濾膜的內(nèi)內(nèi)表面積積很大，能有效提高滲透通量。 制備備超濾濾膜的材料主要有聚砜砜、聚酰胺酰胺、聚丙烯烯腈腈和醋酸纖維纖維素等。超濾濾膜的工作條條件取決決于膜的材質(zhì)質(zhì)，如醋酸纖維纖維素超濾濾膜適用于pH = 38，三醋酸纖維纖維素超濾濾膜適用于pH = 29，芳香聚酰胺酰胺超濾濾膜適用于pH = 59，溫溫度040，而聚醚砜醚砜超濾濾膜的使用溫溫度則則可超過(guò)過(guò)100。1232. 超濾濾膜技術(shù)應(yīng)術(shù)應(yīng)用領(lǐng)領(lǐng)域 超濾濾膜的應(yīng)應(yīng)用也十分廣泛，在作為為反滲透預(yù)處預(yù)處理、飲飲用水制備備、制藥藥、色素提取、陽(yáng)極電陽(yáng)極電泳漆和陰極電陰極電泳漆的生產(chǎn)產(chǎn)、電電子工業(yè)業(yè)高純純水的制備備、工業(yè)業(yè)廢廢水的處處理等眾眾多領(lǐng)

60、領(lǐng)域都發(fā)揮發(fā)揮著重要作用。 超濾濾技術(shù)術(shù)主要用于含分子量500500,000的微粒溶液的分離，是目前應(yīng)應(yīng)用最廣的膜分離過(guò)過(guò)程之一，它它的應(yīng)應(yīng)用領(lǐng)領(lǐng)域涉及化工、食品、醫(yī)藥醫(yī)藥、生化等。主要可歸納為歸納為以下方面。124（1）純純水的制備備。超濾濾技術(shù)術(shù)廣泛用于水中的細(xì)細(xì)菌、病毒和其他異異物的除去，用于制備備高純飲純飲用水、電電子工業(yè)業(yè)超凈凈水和醫(yī)醫(yī)用無(wú)菌水等。（2）汽車車、家具等制品電電泳涂裝淋洗水的處處理。汽車車、家具等制品的電電泳涂裝淋洗水中常含有12的涂料（高分子物質(zhì)質(zhì)），用超濾濾裝置可分離出清清水重復(fù)復(fù)用于清清洗，同時(shí)時(shí)又使涂料得到濃縮濃縮重新用于電電泳涂裝。（3）食品工業(yè)業(yè)中的廢廢水處