第2章膜材料和膜制备课件.ppt

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1、第2章膜材料和膜制备2-1膜的分类2-2高分子膜材料2-3高分子膜制备2-4荷电膜（离子交换膜）2-5无机膜材料2-6膜的性能表征膜分离技术的核心是分离膜。一种分离膜有无实用价值，要看其是否具备以下条件：(1)有高的截留率(或高的分离系数)和高的透水率；(2)有强的抗物理、化学和微生物侵蚀的性能；(3)好的柔韧性和足够的机械强度；(4)抗污染性能好，使用寿命长，适用pH范围广；(5)运行操作压力低；(6)制备简单，便于工业化生产；(7)耐压致密性好，具有化学稳定性，能在较高温度下应用。2-1膜的分类膜技术的核心是膜。膜的

2、化学性质和结构对膜分离的性质起着决定性影响，故要求膜材料应具有良好的成膜性能，化学稳定性，耐酸、碱、氧化剂和微生物侵蚀等。比较通用的膜的分类方法主要有4种。按膜的材料分类，天然膜和人工合成膜。按膜的结构，可分为对称膜和非对称膜。对称膜，又称均质膜，指各向均质的致密或多孔膜，物质在膜中各处的渗透速率相同。非对称膜由一个极薄的致密皮层和一个多孔支撑层组成。按膜的性质分类，膜固态膜、液膜、气膜。目前主要为固膜，制备固膜的材料一般为有机高分子；按用途和膜的作用机理分类，主要是液体分离膜。它一般用于进行液体混合物的分离。选择渗透膜

3、，也有文献称之为致密被动膜。分离膜按其凝聚状态可分为固膜、液膜、气膜三类，目前大规模应用的多为固膜。固膜目前主要以高分子合成膜为主，它可以是致密或是多孔的，可以是对称或非对称的。另外，以无机物为膜材料的分离膜近年来也发展迅速。液膜分乳状液膜和带支撑的液膜两类，它们主要用于废水处理和某些气体分离等。气膜分离现在尚处于实验研究阶段。复合膜转相膜转相膜复合膜不荷电膜荷电膜不对称膜对称膜对称膜不对称膜无孔膜-不对称膜多孔膜生物膜（原生质、细胞膜）无机膜-多孔膜固膜有机膜带支撑层的液膜乳状液膜液膜合成膜膜图2-1膜的分类气膜1．纤

4、维素衍生物类2．聚酰胺类3．聚砜类4．聚烯烃类5.含硅聚合物6．含氟聚合物2-2高分子膜材料有机高分子膜根据膜材料性质，膜可以分为有机高分子膜和无机膜两大类。有机高分子膜是指起分离作用的活性层为有机高分子材料，而无机膜的活性分离层则为无机金属、金属氧化物、陶瓷、玻璃、无机高分子材料等。目前有机聚合物膜受到的重视比无机膜要大得多，30年来取得了令人瞩目的飞速发展。1．纤维素衍生物类纤维素类膜材料是应用研究最早，也是目前应用最多的膜材料，主要有以下几种。(1)二醋酸纤维素(CA)和三醋酸纤维素(CTA)一般CA含有乙酸51.

5、8％，CTA含有乙酸61.85％。制膜用CA应含乙酸55％～58％，是制备反渗透膜的基本材料；它也用于制备卷式超滤组件以及纳滤、微滤膜等。(2)再生纤维素(RCE)传统的再生纤维素有铜氨纤维素和黄原酸纤维素，分子量在几万到几十万之间，是较好的透析膜用材料。抗蛋白质污染的系列再生纤维素微滤膜和超滤膜也已获得广泛应用。(3)硝酸纤维素(CN)制膜用硝酸纤维素是纤维素经硝化制得，其含氮量在11.2％～12.2％之间。它广泛用于透析用膜和微滤膜，也可与醋酸纤维素混合使用以增加其强度。(4)乙基纤维素(EC)EC可通过碱纤维素与乙

6、基卤化物反应制取。EC由于具有较高的气体透过速率和较高的气体透过系数，故常用于氧氮分离。二醋酸纤维素膜---典型的反渗透膜二醋酸纤维素(CelluloseAcetate，缩写为CA)是一种由纤维素与乙酸酐(约40％)乙酰化而制得的适于反渗透用的膜材料。它是目前研究得最多的反渗透或超滤膜材料，制得的膜具有透水率高，有中等耐氯性，对大多数水溶性组分渗透率相当低，具有很好的成膜性能及膜较牢固等特点，除醋酸纤维素外，三醋酸纤维素(CTA)，醋酸丙酸纤维、醋酸丁酸纤维(CAB)等都是很有前途的纤维素类膜材料。这些纤维酯是在纤维素分

7、子中引入不同酯基后，得到的具有不同亲水性和反应官能团的纤维素衍生物。2．聚酰胺类(1)芳香族聚酰胺第二代反渗透膜材料，用于中空纤维膜的制备。(2)脂肪族聚酰胺尼龙6和尼龙66是其典型代表。由它们制备的织布(府绸)和不织布用于反渗透膜和气体分离复合膜的支撑底布，超细尼龙纤维的不织布也可直接用于微滤。(3)聚砜酰胺常用于微滤膜和超滤膜材料。(4)交联芳香聚酰胺用于反渗透膜材料的制备，但具有不耐氯的缺点。3．聚砜类聚砜多用于超滤膜、气体分离膜制备，较少用于微滤。聚砜的玻璃化温度(Tg)为190℃，多孔膜可在80℃下长期使用。聚

8、砜类材料经磺化或经氯甲基化和季铵化可制得荷电超滤膜、纳滤膜。聚芳醚砜(PES)主要制作可耐蒸汽杀菌的微滤膜、超滤膜材料，其Tg为235℃，可在140℃下长期使用。4．聚烯烃类(1)聚乙烯（PE）a．低密度聚乙烯可用于拉伸法或热致相法制备超滤膜，也可用于超滤膜的低档支撑材料。b．高密度聚乙烯将粉末状颗粒直接压制的多孔管