高分子分离膜与膜分离技术ppt课件.ppt

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1、第五章高分子分离膜与膜分离技术5.1概述5.1.1分离膜与膜分离技术的概念分离膜是指能以特定形式限制和传递流体物质的分隔两相或两部分的界面。膜的形式可以是固态的，也可以是液态的。被膜分割的流体物质可以是液态的，也可以是气态的。膜至少具有两个界面，膜通过这两个界面与被分割的两侧流体接触并进行传递。分离膜对流体可以是完全透过性的，也可以是半透过性的，但不能是完全不透过性的。膜在生产和研究中的使用技术被称为膜技术。1第五章高分子分离膜与膜分离技术5.1.2功能膜的分类1.按膜的材料分类表4—1膜材料的分类类别膜材料举例纤维素酯类纤维素衍生物类醋酸纤维

2、素，硝酸纤维素，乙基纤维素等非纤维素酯类聚砜类聚砜，聚醚砜，聚芳醚砜，磺化聚砜等聚酰(亚)胺类聚砜酰胺，芳香族聚酰胺，含氟聚酰亚胺等聚酯、烯烃类涤纶，聚碳酸酯，聚乙烯，聚丙烯腈等含氟(硅)类聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯，聚二甲基硅氧烷等其他壳聚糖，聚电解质等2第五章高分子分离膜与膜分离技术2.按膜的分离原理及适用范围分类根据分离膜的分离原理和推动力的不同，可将其分为微孔膜、超过滤膜、反渗透膜、纳滤膜、渗析膜、电渗析膜、渗透蒸发膜等。5.按膜断面的物理形态分类根据分离膜断面的物理形态不同，可将其分为对称膜，不对称膜、复合膜、平板膜、管式膜、中空纤维膜等

3、。3第五章高分子分离膜与膜分离技术4.按功能分类日本著名高分子学者清水刚夫将膜按功能分为分离功能膜（包括气体分离膜、液体分离膜、离子交换膜、化学功能膜）、能量转化功能膜（包括浓差能量转化膜、光能转化膜、机械能转化膜、电能转化膜，导电膜）、生物功能膜（包括探感膜、生物反应器、医用膜）等。4第五章高分子分离膜与膜分离技术5.1.5膜分离过程的类型分离膜的基本功能是从物质群中有选择地透过或输送特定的物质，如颗粒、分子、离子等。或者说，物质的分离是通过膜的选择性透过实现的。5第五章高分子分离膜与膜分离技术5.2膜材料及膜的制备5.2.1膜材料用作分离膜

4、的材料包括广泛的天然的和人工合成的有机高分子材料和无机材料。原则上讲，凡能成膜的高分子材料和无机材料均可用于制备分离膜。但实际上，真正成为工业化膜的膜材料并不多。这主要决定于膜的一些特定要求，如分离效率、分离速度等。此外，也取决于膜的制备技术。6第五章高分子分离膜与膜分离技术目前，实用的有机高分子膜材料有：纤维素酯类、聚砜类、聚酰胺类及其他材料。从品种来说，已有成百种以上的膜被制备出来，其中约40多种已被用于工业和实验室中。以日本为例，纤维素酯类膜占55％，聚砜膜占55.5％，聚酰胺膜占11.7％，其他材料的膜占2％，可见纤维素酯类材料在膜材料

5、中占主要地位。7第五章高分子分离膜与膜分离技术1.纤维素酯类膜材料纤维素是由几千个椅式构型的葡萄糖基通过1,4—β—甙链连接起来的天然线性高分子化合物，其结构式为：8第五章高分子分离膜与膜分离技术从结构上看，每个葡萄糖单元上有五个羟基。在催化剂（如硫酸、高氯酸或氧化锌）存在下，能与冰醋酸、醋酸酐进行酯化反应，得到二醋酸纤维素或五醋酸纤维素。C6H7O2+(CH5CO)2O＝C6H7O2(OCOCH5)2+H2OC6H7O2+5(CH5CO)2O＝C6H7O2(OCOCH5)5+2CH2COOH9第五章高分子分离膜与膜分离技术醋酸纤维素是当今最重

6、要的膜材料之一。醋酸纤维素性能稳定，但在高温和酸、碱存在下易发生水解。为了改进其性能，进一步提高分离效率和透过速率，可采用各种不同取代度的醋酸纤维素的混合物来制膜，也可采用醋酸纤维素与硝酸纤维素的混合物来制膜。此外，醋酸丙酸纤维素、醋酸丁酸纤维素也是很好的膜材料。纤维素醋类材料易受微生物侵蚀，pH值适应范围较窄，不耐高温和某些有机溶剂或无机溶剂。因此发展了非纤维素酯类（合成高分子类）膜。10第五章高分子分离膜与膜分离技术2.非纤维素酯类膜材料（1）非纤维素酯类膜材料的基本特性①分子链中含有亲水性的极性基团；②主链上应有苯环、杂环等刚性基团，使之

7、有高的抗压密性和耐热性；③化学稳定性好；④具有可溶性；常用于制备分离膜的合成高分子材料有聚砜、聚酰胺、芳香杂环聚合物和离子聚合物等。11第五章高分子分离膜与膜分离技术（2）主要的非纤维素酯类膜材料（i）聚砜类聚砜结构中的特征基团为为了引入亲水基团，常将粉状聚砜悬浮于有机溶剂中，用氯磺酸进行磺化。聚砜类树脂常用的制膜溶剂有：二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N—甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜等。12第五章高分子分离膜与膜分离技术聚砜类树脂具有良好的化学、热学和水解稳定性，强度也很高，pH值适应范围为1～15，最高使用温度达120℃，抗氧化性和抗氯性都十分优良

8、。因此已成为重要的膜材料之一。这类树脂中，目前的代表品种有：13第五章高分子分离膜与膜分离技术14第五章高分子分离膜与膜分离技术（ii）聚酰胺类早期使