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1、·134·高分子通报1999年9月膜分离与分离膜郑领英(中科院大连化物所膜中心,116023)提要本文扼要阐述了膜分离技术的基本原理、特点、内容及其近50年来的进展和在工业上的广泛应用;系统地叙述了目前应用最广泛的有机高分子分离膜的材料。文章分析了今后膜分离技术的发展动向并简要介绍了我国的有关情况。关键词膜分离,分离膜,有机高分子膜分离技术是适应当代新产业发展的一项高技术,被公认为20世纪末至21世纪中期最有发展前途的高技术之一。膜分离是利用天然或人工制备的、具有选择透过性能的薄膜对双组分或多组分液体或气体进行分离、分级、提纯或富集。物质选择透过膜的能力可分为
2、两类:一种是借助外界能量,物质由低位向高位流动;另一种是以化学位差为推动力,物质发生由高位向低位的流动。表1列出了已发展起来的主要膜分离过程的推动力和分离机理。表1膜分离过程的特性过程主要功能推动力分离机理微滤(MF)滤除≥50nm的颗粒压力差筛分Microfiltration(011～015)MPa超滤(UF)滤除(5～100)nm的压力差筛分Ultrafiltration颗粒(011～1)MPa反渗透(RO)水溶液中溶解盐类的压力差溶解扩散ReverseOsmosis脱除(1～10)MPa渗析(D)水溶液中无机酸、盐浓度差溶解扩散Dialysis的脱除电渗
3、析(ED)水溶液中酸、碱、盐的电位差离子荷电Electrodialysis脱除气体分离(GP)混合气体的分离分压差溶解扩散GasPermeation(011～15)MPa渗透汽化(PV)水2有机物的分离分压差溶解扩散Pervaporation(011～100)MPa液膜(L)盐、生理活性物质的化学位差载体输送LiquidMembrane分离膜分离现象在大自然、特别是在生物体内广泛存在,但人类对它的认识、利用、模拟直至人工制备的历史却漫长而曲折。它之所以能在近40年内迅速发展,脱颖而出,首先是由于有坚实基础理论研究的积累。从1748年Nollet发现膜的渗透现象
4、以来,相继提出了扩散定律、膜的渗析现象(Dialysis)、渗透压理论、Donnan分布定律、膜电势的研究等等;其次是近代科学技术的发展为分离膜研究提供了良好基础。高分子科学的进展为膜分离技术提供了具有各种分离特性的合成高分子膜材料,电子显微镜等近代分析技术的进展为分离膜的结构与性能关系以及分离机理的研究提供了有效的手段;第三是现代工业迫切需要节能、低品位原料再利用和能消除环境污染的生产新技术,而大部分膜分离过程无相变,因而节能水资源再生、低品位原材料的回收与再利用、污水及废气处理等也都与膜分离过程密切相关。膜分离技术目前已广泛用在各个工业领域,并已使海水谈化
5、、烧碱生产、乳品加工等多种传统的生产面貌发生第3期高分子通报·135·了根本性的变化。目前世界膜及装置的市场年总销售量已超过100亿美元,膜分离技术已经形成了一个相当规模的工业技术体系。1分离膜分离膜是膜分离过程中的核心。分离膜必需具有不同物质可以选择透过的特性。分离膜包括两个内容,一是膜材料,二是制膜技术。目前,大多数的分离膜都是固体膜,无论从产量、产值、品种、功能或应用对象来讲,固体膜都占99%以上,其中尤以有机高分子膜材料制备的膜为主。111膜材料不同的膜分离过程对膜材料有不同的要求。反渗透膜材料必须是亲水性的(hydrophilic),气体分离膜的透量
6、与有机高分子膜材料的自由体积和内聚能的比值有直接关系;膜蒸馏要求膜材料是疏水性的(hydrophobic);超滤过程膜的污染取决于膜材料与被分离介质的化学结构⋯⋯。因此,根据不同的膜分离过程和被分离介质,选择合适的聚合物作为膜材料是制备分离膜首先必需介决的。研究和已经应用的聚合物分离膜材料大致可归纳为以下10类。(1)纤维素衍生物类(再生纤维素Cellu、硝酸纤维素CN、醋酸纤维素CA、乙基纤维素EC、其他纤维素衍生物);(2)聚砜类(双酚A型聚砜PSF、聚芳醚砜PES、酚酞型聚醚砜PES2C、聚芳醚酮);(3)聚酰胺类(脂肪族聚酰胺、芳香族聚酰胺、聚砜酰胺、
7、反渗透用交联芳香含氮高分子);(4)聚酰亚胺类(脂肪族二酸聚酰亚胺、全芳香聚酰亚胺、含氟聚酰亚胺);(5)聚酯类(涤纶PET、聚对苯二甲酸丁二醇酯PBT、聚碳酸酯PC);(6)聚烯烃类(聚乙烯、聚丙烯、聚42甲基戊烯21PMP);(7)乙烯类聚合物Vinylpolymers(聚丙烯腈PAN、聚乙烯醇PVA、聚氯乙烯PVC、聚偏氯乙烯PVDC);(8)含硅聚合物(聚二甲基硅氧烷PDMS、聚三甲基硅丙炔PTMSP);(9)含氟聚合物(聚四氟乙烯PTFE、聚偏氟乙烯PVDF);(10)甲壳素类(脱乙酰壳聚醣、胺基葡聚醣、甲壳胺Chitosan)。112制膜技术从所周
8、知,Loeb和Sourirajan用同
