高分子功能膜 (PPTminimizer)

功能高分子

高分子功能膜

2023/10/12主要內(nèi)容一高分子功能膜分類二高分子功能膜制備方法三膜分離過程四膜過程和其他化工過程的聯(lián)用膜分離過程應(yīng)用其他功能膜2023/10/12高分子功能膜定義高分子功能膜是一種具有選擇性透過能力的膜型材料，也是具有特殊傳質(zhì)功能的高分子材料，通常稱為分離膜，也稱功能膜。用膜分離物質(zhì)一般不發(fā)生相變、不耗費(fèi)相變能，同時具有較好的選擇性，且膜把產(chǎn)物分在兩側(cè)，很容易收集，是一種能耗低，效率高的分離材料，從功能上來說，高分子分離膜具有物質(zhì)分離、識別物質(zhì)，能量轉(zhuǎn)化和物質(zhì)轉(zhuǎn)化等功能。利用其在不同條件下顯出的特殊性質(zhì)，已經(jīng)在許多領(lǐng)域獲得應(yīng)用。

2023/10/12一、高分子功能膜分類

混合物分離分離膜使用功能劃分藥物釋放緩釋膜分割作用保護(hù)膜氣體分離膜高液體分離膜分根據(jù)被分離物質(zhì)性質(zhì)固體分離膜子離子分離膜功微生物分離膜能被分離物質(zhì)粒度大小超細(xì)濾膜、超濾膜、微濾膜膜沉積膜熔融拉伸膜膜形成過程溶劑注膜界面膜動態(tài)形成膜密度膜根據(jù)膜性質(zhì)相變形成膜乳化膜多孔膜分類

2023/10/12二膜分離機(jī)理篩分和溶解-擴(kuò)散

多孔膜的分離機(jī)理主要是篩分原理，依膜表面平均孔徑的大小而區(qū)分為微濾（0.1-10?）、超濾（2-100?）、納濾（0.5-5?），以截留水和非水溶液中不同尺寸的溶質(zhì)分子。多孔膜表面的孔徑有一定的分布，其分布寬度與制膜技術(shù)有關(guān)而成為分離膜質(zhì)量的一個重要標(biāo)志。一般來說，分離膜的平均孔徑要大于被截留的溶質(zhì)分子的分子尺寸。這是由于親水性的多孔膜表面吸附有活動性、相對較小的水分子層而使有效孔徑相應(yīng)變小，這種效應(yīng)孔徑愈小愈顯著。表面荷電的多孔膜可以在表面吸附一層以上的對離子，因而荷點(diǎn)膜的有效孔徑比一般多孔膜更小。相同孔徑的膜，荷電量的膜水通量比一般多孔膜大得多。

2023/10/12致密膜的分離機(jī)理

在膜分離技術(shù)中通常將孔徑小于1?的膜稱為致密膜。這樣的膜的分離或傳質(zhì)機(jī)理不同于多孔膜的篩分機(jī)理，而是溶解-擴(kuò)散。即在膜上游的溶質(zhì)（溶液中）分子或氣體分子（吸附）溶解于高分子膜界面、按擴(kuò)散定律通經(jīng)膜層、在下游界面脫溶溶解速率取決于該溫度下小分子在膜中的溶解度，而擴(kuò)散率則按Fick擴(kuò)散定律進(jìn)行。

一般認(rèn)為，小分子在聚合物的擴(kuò)散是由高聚物分子鏈段熱運(yùn)動的構(gòu)象變化引起所含自由體積在各瞬間的變化而跳躍式進(jìn)行的，因而小分子在橡膠態(tài)中擴(kuò)散率比在玻璃態(tài)中的擴(kuò)散率快，自由體積愈小擴(kuò)散率愈快，升高溫度可以增加分子鏈段的運(yùn)動而加速擴(kuò)散速率，但相應(yīng)不同小分子的選擇透過性則隨之降低。

2023/10/12三、分離膜制備方法相轉(zhuǎn)換法粉末燒結(jié)多孔膜制備拉伸致孔法熱致相分離法核徑跡法鋁陽極氧化多孔氧化鋁膜制備方法溶劑涂層揮發(fā)法 致密膜的制備水面擴(kuò)展揮發(fā)法支撐膜加涂層復(fù)合膜的制備支撐膜加水面擴(kuò)展連續(xù)超薄膜界面縮聚法在位制備復(fù)合膜

2023/10/12四、膜分離過程膜分離過程分為：

多孔膜用于混合物水的分離：滲析、微濾、超濾、納濾、親和膜等。依所用膜分為

致密膜用于電滲析（ED）、逆滲析、氣體分離、滲透汽化、蒸汽滲透等過程2023/10/12

4.1透析與電滲析

透析透析是最早發(fā)明的膜分離過程。此法效率低，速度慢，處理量小。人工腎膜材料由丙烯酸酯類、聚砜、聚丙烯腈、聚苯醚(PPO)等.

電滲析正負(fù)離子在電場驅(qū)動下分別向與之對應(yīng)的電極遷移,速度快,加入有陰陽離子交換膜組成的膜對,即可使離子通過交換膜而實現(xiàn)溶液中的離子的脫除.用于苦咸水淡化、濃鹽水制鹽、除去果汁中有機(jī)酸.

2023/10/124.1透析與電滲析利用偶極膜的電滲析過程將陽離子膜與陰離子膜復(fù)合或在膜的兩側(cè)分別引入陰陽離子交換基團(tuán)即可得到偶極膜。偶極膜中的水分子在直流電場中被電解成了H-

、OH+，分別向陰陽極遷移。近年來將離子交換樹脂與電滲析過程結(jié)合的連續(xù)去離子技術(shù)（CDI）且不斷改進(jìn)提高水電阻（達(dá)到18M

.cm）和處理量(250-350L/min).

燃料電池用膜全氟磺酸膜(Nafion)是唯一能同時耐住40%NaOH和1000C的離子交換膜用于食鹽水電解質(zhì)氯堿的電解池隔膜。Nafion膜價格昂貴，正在加速開發(fā)磺化芳雜環(huán)高分子交換膜，以期降低燃料電池成本。2023/10/12CF2=CF2+SO3OSO2

重排

O=CF2—CF2—SO2FCF2—CF2OCF2—CF2—CF3FSO2CF2CF2（OCF—CF2）nOCF—

FC=OCF3CF3

加熱FSO2CF2CF2（OCF—CF2）nOCF=

CF2CF3

（

CF2

CF2=CF2FSO2CF2CF2（OCF—CF2）nOCF—CF2CF2）CF3全氟磺化聚合物的合成線路

SO3與四氟乙烯反應(yīng)，生成產(chǎn)物與六氟環(huán)氧丙烷進(jìn)行反應(yīng)構(gòu)成全氟乙烯基醚單體。這種單體和適當(dāng)比例的四氟乙烯共聚即可得到所謂的XR樹脂。這種樹脂為原料經(jīng)熔融拉伸成膜，做成的膜經(jīng)堿性水解，在聚合物中形成具有陽離子交換能力的磺酸基團(tuán)，構(gòu)成陽離子交換分離膜。由于聚合物全氟化，故耐酸、耐堿、耐溶劑性質(zhì)大大改善

2023/10/124.2微濾、超濾和納濾微濾微濾的應(yīng)用在除菌，因而在飲用水處理、食品和醫(yī)藥衛(wèi)生工業(yè)中廣泛應(yīng)用。微濾膜用于果汁澄清及含膠原質(zhì)廢水處理時極易堵塞，需要頻繁回洗，采用四氟乙烯微濾膜由于堵塞層與PTFE的黏附力較低，可以很方便地用壓縮空氣反吹清除。微濾膜也用于氣體的凈化，如聚偏氟乙烯微濾膜大量用于生物發(fā)酵罐內(nèi)和醫(yī)院病室內(nèi)空氣的除塵、除菌，以及含粉體氣體（包括煙道氣）的除塵，近年來有廣泛使用荷電微濾膜進(jìn)一步提高除塵除菌效率。超濾膜乙酸纖維素、聚砜和聚丙烯腈是現(xiàn)今通用超濾膜材料。中國科學(xué)院廣州化學(xué)研究所曾開發(fā)氰乙基代乙酸纖維素超濾膜能抗菌。中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境中心進(jìn)行膜防污塞和清洗的工作。

2023/10/124.2微濾、超濾和納濾納濾

最初的納濾膜制備方法同逆滲透膜，實質(zhì)是用脫鹽截留率較低的芳香聚酰胺逆滲透膜，用于燃料等中等分子量的物質(zhì)（相對分子質(zhì)量為500）的截留而容許鹽和水通過。由于一方面納濾膜的水通過量遠(yuǎn)大于逆滲透膜，而納濾所用壓力也較低（1-2.5MPa）；另一方面在無機(jī)鹽類和有機(jī)中等分子量物質(zhì)的分離以及一價陰、陽和多價陰、陽離子分離的要求，促進(jìn)了納濾的發(fā)展。納濾技術(shù)為硬水軟化提供了新途徑。現(xiàn)行工藝路線：海水過濾沉降鈉離子交換柱去除高價陽離子逆滲透淡水濃水建議新工藝路線海水過濾沉降逆滲透濃水閃蒸淡水淡水鹽海水2023/10/124.3氣體分離氣體分離膜的滲透機(jī)理是溶解-擴(kuò)散-脫溶。驅(qū)動力是壓差。氣體混合物的分離迄今得到應(yīng)用的主要是利用氣體在高分子膜材料中的擴(kuò)散速度速率不同。在研究各種膜材料對N2和CH4的透過速率時發(fā)現(xiàn)，對聚砜膜N2的透過率大于CH4的透過速率，而對硅橡膠膜相反。丁烷的透過速率比CH4還大，這只能用C1~4烴類在膜中的溶解度大來解釋，而硅橡膠則是從空氣中回收揮發(fā)性有機(jī)蒸氣（VOC）的第一個材料,還可以從天然氣甚至氮?dú)庵谢厥誄3、C4氣體。增田和東村等合成的聚三甲基硅基丙炔（PTMSP）是氣體透過速率最大的膜材料。近年有聚二苯基乙炔衍生物、聚4-甲基戊炔等膜材料。缺點(diǎn)：普遍存在物理老化問題。2023/10/12

4.4親和膜

隨著生物工程技術(shù)的發(fā)展，其下游產(chǎn)品的分離提純愈見重要。生物化學(xué)中利用親和層析法進(jìn)行分析和分離。它的原理是基于被分離物質(zhì)（如氨基酸、蛋白質(zhì)等）與含有親和基團(tuán)的樹脂（柱）選擇吸附。親和層析只能限于分離少量純物質(zhì)，難以大規(guī)模制備。隨著膜技術(shù)的發(fā)展，利用含親和基團(tuán)的親和膜（一般是微濾膜）分四步即可分離出較純的物質(zhì)，即：1親和吸附；2洗滌；3脫附；4濃縮-用納濾、超濾或滲透。對具有生理活性的手性化合物藥物也可用上述方法分離。藥物的合成步驟較多，總收率很低，最終產(chǎn)物因是外消旋體，只有一半是有效藥物，因此另一半手性化合物的分離再用，有重要的經(jīng)濟(jì)價值。現(xiàn)在大規(guī)模生產(chǎn)的藥物，每一種手性藥物的分離再生，將有上億美元的經(jīng)濟(jì)效益。所以手性藥物的膜法分離純化已成為當(dāng)前重要研制熱點(diǎn)。2023/10/12五.膜過程和其他化工分離過程的聯(lián)用利用各種膜過程聯(lián)合解決實際應(yīng)用中