,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,高分子功能膜材料,2024/11/17,高分子功能膜材料2023/10/7,1,主要内容,高分子功能膜材料概述,二 高分子功能膜的制备方法,三 高分子分离膜的分离机理与应用,2024/11/17,主要内容高分子功能膜材料概述2023/10/7,2,一、高分子功能膜定义,高分子功能膜是一种,具有选择性透过能力的膜型材料，也是具有特殊传质功能的高分子材料，,通常称为分离膜，也称功能膜。用膜分离物质一般,不发生相变、不耗费相变能，同时具有较好的选择性,，且膜把产物分在两侧，很容易收集，是一种能耗低，效率高的分离材料，从功能上来说，高分子分离膜具有物质分离、识别物质，能量转化和物质转化等功能。利用其在不同条件下显出的特殊性质，已经在许多领域获得应用。,2024/11/17,一、高分子功能膜定义 高分子功能膜是一种具有选择,3,高分子功能膜分类,混合物分离分离膜,使用功能划分 药物释放缓释膜,分割作用保护膜,气体分离膜,高,液体分离膜,分,根据被分离物质性质 固体分离膜,子,离子分离膜,功,微生物分离膜,能,被分离物质粒度大小 超细滤膜、超滤膜、微滤膜,膜,沉积膜,膜形成过程 溶剂注膜,界面膜,动态形成膜,密度膜,根据膜性质 相变形成膜,乳化膜,多孔膜,2024/11/17,高分子功能膜分类,4,膜分离机理,筛分和溶解-扩散,多孔膜的分离机理主要是筛分原理，,依膜表面平均孔径的大小而区分为微滤（0.1-10）、超滤（2-100）、纳滤（0.5-5 ），以截留水和非水溶液中不同尺寸的溶质分子。,多孔膜表面的孔径有一定的分布，其分布宽度与制膜技术有关而成为分离膜质量的一个重要标志。一般来说，分离膜的平均孔径要大于被截留的溶质分子的分子尺寸。这是由于亲水性的多孔膜表面吸附有活动性、相对较小的水分子层而使有效孔径相应变小，这种效应孔径愈小愈显著。,表面荷电的多孔膜可以在表面吸附一层以上的对离子，因而荷点膜的有效孔径比一般多孔膜更小。相同孔径的膜，荷电量的膜水通量比一般多孔膜大得多。,2024/11/17,膜分离机理 筛分和溶解-扩散 多孔膜的分离机,5,高分子分离膜制备材料,原则上讲，凡能成膜的高分子材料均可用于制,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。,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,53,，聚砜膜占,33.3,，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中,占主要地位。,2024/11/17,高分子分离膜制备材料 原则上讲，凡能成膜的高分子,6,二、高分子功能膜的制备方法,相转换法,粉末烧结,多孔膜制备 拉伸致孔法,热致相分离法,核径迹法,铝阳极氧化多孔氧化铝膜,制备方法,溶剂涂层挥发法,致密膜的制备,水面扩展挥发法,支撑膜加涂层,复合膜的制备 支撑膜加水面扩展连续超薄膜 界面缩聚法在位制备复合膜,2024/11/17,二、高分子功能膜的制备方法,7,膜的制备工艺对分离膜的性能十分重要。同样,的材料，由于不同的制作工艺和控制条件，其能,差别很大。合理的、先进的制膜工艺是制造优性,能分离膜的重要保证。,目前，国内外的制膜方法很多，其中最实用的,是相转化法（流涎法和纺丝法）和复合膜化法。,2024/11/17,膜的制备工艺对分离膜的性能十分重要。同样202,8,三、膜分离过程,依所,用驱,动力,分为,浓度梯度驱动分离膜过程,电场力驱动膜分离过程,压力驱动膜分离过程,微滤,超滤,纳滤,反渗透,气体、液体膜分离,透析,电渗析,2024/11/17,三、膜分离过程依所浓度梯度驱动分离膜过程电场力驱动膜分离过程,9,典型的膜分离技术有微孔过滤,(MF),、超滤,(UF),、,反渗透,(RO),、纳滤,(NF),、渗析,(D),、电渗析,(ED),、液膜,(LM),及渗透蒸发,(PV),等。,1.,微孔过滤和微孔膜的特点,微孔过滤技术始于十九世纪中叶，是以,静压差为,推动力,，利用筛网状过滤介质膜的“筛分”作用进行分,离的膜过程。实施微孔过滤的膜称为,微孔膜,。,2024/11/17,典型的膜分离技术有微孔过滤(MF)、超滤(U,10,微孔膜是均匀的多孔薄膜，,厚度在,90,150m,左右，过滤粒径在,0.025,10m,之间，操作压在,0.01,0.2MPa,。到目前为止，国内外商品化的微孔,膜约有,13,类，总计,400,多种。,微孔膜的主要优点为：,孔径均匀，过滤精度高。能,将液体中所有大,于制定孔径的微粒全部截留,；,孔隙大，流速快。一般微孔膜的孔密度为,10,7,孔,/cm,2,，微孔体积占膜总体积的,70,80,。由,于膜很薄，阻力小，其过滤速度较常规过滤介质快,几十倍；,2024/11/17,2023/10/7,11,无吸附或少吸附。微孔膜厚度一般在,90,150m,之间，因而吸附量很少，可忽略不计。,无介质脱落。微孔膜为均一的高分子材料，,过滤时没有纤维或碎屑脱落，因此能得到高纯度的,滤液。,微孔膜的缺点：,颗粒容量较小，易被堵塞；,使用时必须有前道过滤的配合，否则无法正,常工作。,2024/11/17,无吸附或少吸附。微孔膜厚度一般在902,12,微孔过滤技术应用领域,微孔过滤技术目前主要在以下方面得到应用：,（,1,）微粒和细菌的过滤。,可用于,水的高度净化,、,食品和饮料的除菌,、,药液的过滤,、发酵工业的空气,净化和除菌等。,（,2,）微粒和细菌的检测。,微孔膜可作为微粒和细,菌的富集器，从而进行微粒和细菌含量的测定。,2024/11/17,微孔过滤技术应用领域2023/10/7,13,（,3,）气体、溶液和水的净化。,大气中悬浮的尘埃、,纤维、花粉、细菌、病毒等；溶液和水中存在,的微小固体颗粒和微生物，都可借助微孔膜去除。,（,4,）食糖与酒类的精制。,微孔膜对食糖溶液和啤、,黄酒等酒类进行过滤，可除去食糖中的杂质、酒类,中的酵母、霉菌和其他微生物，提高食糖的纯度和,酒类产品的清澈度，延长存放期。由于是常温操,作，不会使酒类产品变味。,（,5,）药物的除菌和除微粒。,以前药物的灭菌主要采,用热压法。但是热压法灭菌时，细菌的尸体仍留在,药品中。而且对于热敏性药物，如胰岛素、血清蛋,白等不能采用热压法灭菌。对于这类情况，微孔膜,有突出的优点，经过微孔膜过滤后，细菌被截留，,无细菌尸体残留在药物中。常温操作也不会引起药,物的受热破坏和变性。,2024/11/17,（3）气体、溶液和水的净化。大气中悬浮的尘埃、2023/10,14,2.,超滤和超滤膜的特点,超滤技术始于,1861,年，其,过滤粒径介于微滤和,反渗透之间，约,5,10 nm,，在,0.1,0.5 MPa,的静压,差推动下截留各种可溶性大分子,，如多糖、蛋白质,、酶等相对分子质量大于,500,的大分子及胶体，形成,浓缩液，达到溶液的净化、分离及浓缩目的。,超滤技术的核心部件是,超滤膜,，,分离截留的原理,为筛分,，小于孔径的微粒随溶剂一起透过膜上的微,孔，而大于孔径的微粒则被截留。膜上微孔的尺寸,和形状决定膜的分离效率。,2024/11/17,2.超滤和超滤膜的特点2023/10/7,15,超滤膜均为,不对称膜,，形式有平板式、卷式、管,式和中空纤维状等。超滤膜的结构一般由,三层结构,组成,。即最上层的,表面活性层,，致密而光滑，厚度,为,0.1,1.5m,，其中细孔孔径一般小于,10nm,；中,间的,过渡层,，具有大于,10nm,的细孔，厚度一般为,1,10m,；最下面的,支撑层,，厚度为,50,250m,，,具有,50nm,以上的孔。支撑层的作用为起支撑作用，,提高膜的机械强度。膜的分离性能主要取决于表面,活性层和过度层。,2024/11/17,超滤膜均为不对称膜，形式有平板式、卷式、管2023/10/7,16,中空纤维状超滤膜的外径为,0.5,2m,。特点是,直径小，强度高，不需要支撑结构，管内外能承受,较大的压力差。此外，单位体积中空纤维状超滤膜,的内表面积很大，能有效提高渗透通量。,制备超滤膜的材料主要有,聚砜、聚酰胺、聚丙烯,腈和醋酸纤维素,等。超滤膜的工作条件取决于膜的,材质，如醋酸纤维素超滤膜适用于,pH=3,8,，三醋,酸纤维素超滤膜适用于,pH=2,9,，芳香聚酰胺超滤,膜适用于,pH=5,9,，温度,0,40,，而聚醚砜超滤,膜的使用温度则可超过,100,。,2024/11/17,中空纤维状超滤膜的外径为0.52m。特点是2023/10,17,超滤膜技术应用领域,超滤膜的应用也十分广泛，在作为,反渗透预处,理、饮用水制备、制药、色素提取、阳极电泳漆和,阴极电泳漆的生产、电子工业高纯水的制备、工业,废水的处理,等众多领域都发挥着重要作用。,超滤技术主要用于含分子量,500,500,000,的微粒,溶液的分离，是目前应用最广的膜分离过程之一，,它的应用领域涉及化工、食品、医药、生化等。主,要可归纳为以下方面。,2024/11/17,超滤膜技术应用领域2023/10/7,18,（,1,）纯水的制备。,超滤技术广泛用于水中的细菌、,病毒和其他异物的除去，用于制备高纯饮用水、电,子工业超净水和医用无菌水等。,（,2,）汽车、家具等制品电泳涂装淋洗水的处理。,汽,车、家具等制品的电泳涂装淋洗水中常含有,1,2,的涂料（高分子物质），用超滤装置可分离出清,水重复用于清洗，同时又使涂料得到浓缩重新用于,电泳涂装。,（,3,）食品工业中的废水处理。,在牛奶加工厂中用超,滤技术可从乳清中分离蛋白和低分子量的乳糖。,2024/11/17,（1）纯水的制备。超滤技术广泛用于水中的细菌、2023/10,19,（,4,）果汁、酒等饮料的消毒与澄清。,应用超滤技术,可除去果汁的果胶和酒中的微生物等杂质，使果汁,和酒在净化处理的同时保持原有的色、香、味，操,作方便，成本较低。,（,5,）在医药和生化工业中用于处理热敏性物质，,分,离浓缩生物活性物质，从生物中提取药物等。,（,6,）造纸厂的废水处理。,2024/11/17,（4）果汁、酒等饮料的消毒与澄清。应用超滤技术2023/10,20,澄清果蔬汁加工工艺,超滤,2024/11/17,澄清果蔬汁加工工艺超滤2023/10/7,21,3.,反渗透原理及反渗透膜的特点,渗透是自然界一种常见的现象。人类很早以前,就已经自觉或不自觉地使用渗透或反渗透分离物,质。目前，反渗透技术已经发展成为一种普遍使用,的现代分离技术。在,海水和苦咸水的脱盐淡化,、,超,纯水制备,、废水处理等方面，反渗透技术有其他方,法不可比拟的优势。,2024/11/17,3.反渗透原理及反渗透膜的特点2023/10/7,22,渗透和反渗透的原理如,图,所示。如果用一,张只能透过水而不能透过溶质的半透膜将两种不同,浓度的水溶液隔开，水会自然地透过半透膜渗透从,低浓度水溶液向高浓度水溶液一侧迁移，这一现象,称,渗透,（图,a,）,。这一过程的推动力是低浓度溶,液中水的化学位与高浓度溶液中水的化学位之差，,表现为水的渗透压。随着水的渗透，高浓度水溶液,一侧的液面升高，压力增大。当液面升高至,H,时，,渗透达到平衡，两侧的压力差就称为渗透压,（图,b,）,。,渗透过程达到平衡后，水不再有渗透，渗透,通量为零。,2024/11/17,渗透和反渗透的原理如图所示。如果用一2023,23,渗透与反渗透原理示意图,2024/11/17,渗透与反渗透原理示意图2023/10/7,24,如果在高浓度水溶液一侧加压，使高浓度水溶液,侧与低浓度水溶液侧的压差大于渗透压，则高浓度,水溶液中的水将通过半透膜流向低浓度水溶液侧，,这一过程就称为反渗透（图,c,）。,反渗透技术,所分离的物质的分子量一