高分子分離膜的材料

高分子分離膜的材料第一頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六目錄引言分類前景展望123第二頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六引言用天然或人工合成的無機或有機薄膜，以外界能量或化學(xué)位差為推動力，對雙組分或多組分溶質(zhì)和溶劑進行分離、分級、提純和富集的方法統(tǒng)稱為膜分離法。隨著膜分離科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展，膜分離越來越多的應(yīng)用在水處理行業(yè)包括海水淡化、污/廢水處理、純凈水等，石化行業(yè)包括石油產(chǎn)品分離、有機物脫水純化等，食品醫(yī)藥生物行業(yè)等領(lǐng)域。膜分離技術(shù)是利用分離膜的選擇透過性對分離對象進行分離和提純的技術(shù)，此技術(shù)具有高效、節(jié)能、投資少、污染小的特點，被譽為“綠色”技術(shù)。也成為如今能減排大潮中的關(guān)鍵和重要技術(shù)之。第三頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六膜海水淡化工業(yè)廢水處理城市廢水資源化天然氣生物利用能源水資源傳統(tǒng)工業(yè)生態(tài)環(huán)境除塵CO2控制制藥食品化工與石化電子冶金燃料電池潔凈燃燒第四頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六反滲透以壓力差為推動力，截留離子物質(zhì)僅透過溶劑第五頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六血液透析尿毒癥藥物中毒患者第六頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六高分子分離膜材料原則上講，凡能成膜的高分子材料和無機材料均可用于制備分離膜。但實際上，真正成為工業(yè)化膜的膜材料并不多。這主要決定于膜的一些特定要求，如分離效率、分離速度等。此外，也取決于膜的制備技術(shù)。目前，實用的有機高分子膜材料有：纖維素酯類、聚砜類、聚酰胺類及其他材料。以日本為例，纖維素酯類膜占53％，聚砜膜占33.3％，聚酰胺膜占11.7％，其他材料的膜占2％，可見纖維素酯類材料在膜材料中占主要地位第七頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六分類纖維素衍生物類：再生纖維素、醋酸纖維素、硝酸纖維素、乙基纖維素及其他纖維素衍生類聚砜類：雙酚A型聚砜、聚芳砜、聚醚砜、聚苯硫醚砜等聚酰胺類及聚酰亞胺類聚酯類：滌綸、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚碳酸酯等聚烯烴類：聚乙烯、聚丙烯、聚4-甲基-1-戊烯乙烯基類高聚物：聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯等

第八頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六材料特點纖維素二醋酸纖維素(CDA)、三醋酸纖維素(CTA)、硝化纖維素(CN)，混合纖維素(CN-CA)、乙基纖維素(EC)等。成孔性、親水性好、價廉易得，使用溫度范圍較廣，可耐稀酸，不適用于酮類，酯類、強酸和堿類等液體的過濾。聚酰胺尼龍-6(NY-6)、尼龍-66(NY-66)、芳香聚酰胺(PI)、芳香聚酰胺酰肼(PPP)、聚苯砜對苯二甲酰(PSA)具親水性能，較耐堿而不耐酸，在酮、酚、醚及高相對分子質(zhì)量醇類中，不易被浸蝕，孔徑型號也較多。聚砜聚砜(PPO)、聚醚砜(PES)微濾膜具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，耐輻射，機械強度較高。含氟材料聚偏氟乙烯膜(PVDF)、聚四氟乙烯膜(PTFE)、聚全氟磺酸化學(xué)穩(wěn)定性好，耐高溫。如PTFE（聚四氟乙烯）膜，-40～260oC，可耐強酸，強堿和各種有機溶劑。具疏水性，可用于過濾蒸氣及腐蝕性液體。第九頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六纖維素酯類膜材料

纖維素是有幾千個椅式構(gòu)型的葡萄糖基通過1，4-β-甙鏈（縮醛鏈）連接起來的天然線性高分子化合物，其結(jié)構(gòu)式為：第十頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六纖維素酯類膜材料從結(jié)構(gòu)上看，每個葡萄糖單元上有三個羥基。在催化劑（如硫酸、高氯酸或氧化鋅）存在下，能與冰醋酸、醋酸酐進行酯化反應(yīng)，得到二醋酸纖維素或三醋酸纖維素:

C6H7O2(OH)3+(CH3CO)2O=C6H7O2(OCOCH3)2+H2OC6H7O2(OH)3+3(CH3CO)2O=C6H7O2(OCOCH3)3+3CH3COOH第十一頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六纖維素酯類膜材料醋酸纖維素是當(dāng)今最重要的膜材料之一。醋酸纖維素主要用于反滲透膜材料，也用于制造超濾膜和微濾膜。醋酸纖維素膜價格便宜，膜的分離和透過的性能良好，但其PH使用范圍較窄（4~8），在高溫和酸、堿存在下易發(fā)生水解。為了改進其性能，進一步提高分離效率和透過速率，可采用各種不同取代度的醋酸纖維素的混合物來制模，也可采用醋酸纖維素與硝酸纖維素的混合物來制模。此外，醋酸丙酸纖維素、醋酸丁酸纖維素也是很好的膜材料。[附：透過速度（單位時間內(nèi)流體通過膜的量）、分離系數(shù)（不同物質(zhì)透過系數(shù)之比）和對某種物質(zhì)的截留率是衡量模性能的重要指標。]第十二頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六纖維素酯類膜材料硝酸纖維素是由纖維素和硝酸制成的。價格便宜，廣泛用作透析膜和微濾膜材料。再生纖維素是由纖維素溶液或纖維素衍生物再生的纖維素。廣泛用于人工腎臟透析膜材料和微濾、超濾膜材料。第十三頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六聚砜類｜聚砜結(jié)構(gòu)中的特征基團為O=S=O，為了引入親水基團，｜常將粉狀聚砜懸浮于有機溶劑中，用氯磺酸進行磺化。聚砜類常用的制模溶劑有：二甲基酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亞砜等。聚砜類具有良好的化學(xué)、熱學(xué)和水解穩(wěn)定性，強度也很高，PH值使用范圍為1~13，最高使用溫度達120℃，抗氧化性和抗氯性都十分優(yōu)良，可用作超濾和微濾膜材料。第十四頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六聚酰胺類及聚酰亞胺類早期使用的聚酰胺是脂肪族聚酰胺，如尼龍—4、尼龍—6等制成的中空纖維膜。這類產(chǎn)品對鹽水的分離率在80％~90％之間，但透水率很低，僅0.076ml/c㎡.h。以后發(fā)展了芳香族聚酰胺，用它們支撐的分離膜，PH使用范圍為3~11，分離率可達99.5％（對鹽水），透水率為0.6ml/c㎡.h。長期使用穩(wěn)定性好。由于酰胺基團易與氯反應(yīng)，故這種膜對水中的游離氯有較高要求。聚酰亞胺耐高溫、耐溶劑，具有高強度。一直用于耐溶劑超濾膜和非水溶液分離膜研制的首選膜材料。在氣體分離和空氣除濕膜材料中，它亦具有自己的特色。第十五頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六聚酯類聚酯類樹脂強度高，尺寸穩(wěn)定性好，耐熱、耐溶劑和化學(xué)品的性能良好。聚碳酸酯薄膜廣泛用于制造經(jīng)放射性物質(zhì)輻射、再用化學(xué)試劑腐蝕的微濾膜。聚四溴碳酸酯由于透氣速率和氧、氮透過選擇性均較高，已被用作新一代的富氧氣體分離膜材料。聚酯無紡布是反滲透、氣體分離、滲透汽化、超濾、微濾等一切卷式膜組件最主要的支撐底材。第十六頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六聚烯烴類LDPE和PP薄膜通過拉伸可以制造微孔濾膜。HDPE通過加熱燒結(jié)可以制成微孔濾板或濾芯，它也可以作為分離膜的支撐材料。第十七頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六乙烯基類高聚物用作膜材料的乙烯基聚合物包括聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、聚偏氯乙烯、聚乙烯酰胺等。共聚物包括：聚丙烯醇/磺化聚苯醚、聚丙烯腈/甲基丙烯酸酯、聚乙烯/乙稀醇等。聚乙烯醇/丙烯腈接枝共聚物也可用作膜材料。聚丙烯腈是僅次于聚砜和醋酸纖維素的超濾和微濾膜材料，也可用作滲透汽化復(fù)合膜的支撐體。以二元酸等交聯(lián)的聚乙烯醇是目前唯一獲得實際應(yīng)用的滲透汽化膜。聚氯乙烯和聚偏氯乙烯用作超濾和微濾膜材料。第十八頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六前景與展望近年來，我國的膜工業(yè)市場每年都以30%左右的速度在增長，即便是在遭遇金融危機的情況下，仍然保持了很高的增速。我國膜工業(yè)領(lǐng)域有研究單位120家以上、生產(chǎn)企業(yè)約400家、工程公司約2000家，生產(chǎn)各種膜產(chǎn)品。中國的膜消費市場已經(jīng)成為世界大板塊之一，占全球消費量的20%。隨著膜應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，對膜材料提出了更新更高的要求。既要求膜具有較高的選擇性，較高的通量，又要有足夠高的機械強度、化學(xué)和熱穩(wěn)定性。但是僅單一的均聚物高分子材料不能滿足分離膜的這些要求，因此需要對膜材料進行改性，以獲得不同性能要求的膜（材料）。目前常用的改性方法有活性劑吸附、輻照、表面接枝、等離子體表面聚合及等離子體表面改性等方法，每種方法各有自身特點。目前膜分離技術(shù)在很多方面應(yīng)用得比較成熟，對產(chǎn)