高分子分离膜的材料

Page1Page2目录引言分类前景展望Page3引言用天然或人工合成的无机或有机薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法统称为膜分离法。随着膜分离科学与技术的发展，膜分离越来越多的应用在水处理行业包括海水淡化、污/废水处理、纯净水等，石化行业包括石油产品分离、有机物脱水纯化等，食品医药生物行业等领域。膜分离技术是利用分离膜的选择透过性对分离对象进行分离和提纯的技术，此技术具有高效、节能、投资少、污染小的特点，被誉为“绿色”技术。也成为如今能减排大潮中的关键和重要技术之。Page4膜海水淡化工业废水处理城市废水资源化天然气生物利用能源水资源传统工业生态环境除尘CO2控制制药食品化工与石化电子冶金燃料电池洁净燃烧Page5反渗透以压力差为推动力，截留离子物质仅透过溶剂Page6血液透析尿毒症药物中毒患者Page7高分子分离膜材料原则上讲，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。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。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Page8分类纤维素衍生物类：再生纤维素、醋酸纤维素、硝酸纤维素、乙基纤维素及其他纤维素衍生类聚砜类：双酚A型聚砜、聚芳砜、聚醚砜、聚苯硫醚砜等聚酰胺类及聚酰亚胺类聚酯类：涤纶、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚碳酸酯等聚烯烃类：聚乙烯、聚丙烯、聚4-甲基-1-戊烯乙烯基类高聚物：聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯等Page9材料特点纤维素二醋酸纤维素(CDA)、三醋酸纤维素(CTA)、硝化纤维素(CN)，混合纤维素(CN-CA)、乙基纤维素(EC)等。成孔性、亲水性好、价廉易得，使用温度范围较广，可耐稀酸，不适用于酮类，酯类、强酸和碱类等液体的过滤。聚酰胺尼龙-6(NY-6)、尼龙-66(NY-66)、芳香聚酰胺(PI)、芳香聚酰胺酰肼(PPP)、聚苯砜对苯二甲酰(PSA)具亲水性能，较耐碱而不耐酸，在酮、酚、醚及高相对分子质量醇类中，不易被浸蚀，孔径型号也较多。聚砜聚砜(PPO)、聚醚砜(PES)微滤膜具有良好的化学稳定性和热稳定性，耐辐射，机械强度较高。含氟材料聚偏氟乙烯膜(PVDF)、聚四氟乙烯膜(PTFE)、聚全氟磺酸化学稳定性好，耐高温。如PTFE（聚四氟乙烯）膜，-40～260oC，可耐强酸，强碱和各种有机溶剂。具疏水性，可用于过滤蒸气及腐蚀性液体。Page10纤维素酯类膜材料纤维素是有几千个椅式构型的葡萄糖基通过1，4-β-甙链（缩醛链）连接起来的天然线性高分子化合物，其结构式为：Page11纤维素酯类膜材料从结构上看，每个葡萄糖单元上有三个羟基。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三醋酸纤维素:C6H7O2(OH)3+(CH3CO)2O=C6H7O2(OCOCH3)2+H2OC6H7O2(OH)3+3(CH3CO)2O=C6H7O2(OCOCH3)3+3CH3COOHPage12纤维素酯类膜材料醋酸纤维素是当今最重要的膜材料之一。醋酸纤维素主要用于反渗透膜材料，也用于制造超滤膜和微滤膜。醋酸纤维素膜价格便宜，膜的分离和透过的性能良好，但其PH使用范围较窄（4~8），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模，也可采用醋酸纤维素与硝酸纤维素的混合物来制模。此外，醋酸丙酸纤维素、醋酸丁酸纤维素也是很好的膜材料。[附：透过速度（单位时间内流体通过膜的量）、分离系数（不同物质透过系数之比）和对某种物质的截留率是衡量模性能的重要指标。]Page13纤维素酯类膜材料硝酸纤维素是由纤维素和硝酸制成的。价格便宜，广泛用作透析膜和微滤膜材料。再生纤维素是由纤维素溶液或纤维素衍生物再生的纤维素。广泛用于人工肾脏透析膜材料和微滤、超滤膜材料。Page14聚砜类｜聚砜结构中的特征基团为O=S=O，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。聚砜类常用的制模溶剂有：二甲基酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜等。聚砜类具有良好的化学、热学和水解稳定性，强度也很高，PH值使用范围为1~13，最高使用温度达120℃，抗氧化性和抗氯性都十分优良，可用作超滤和微滤膜材料。Page15聚酰胺类及聚酰亚胺类早期使用的聚酰胺是脂肪族聚酰胺，如尼龙—4、尼龙—6等制成的中空纤维膜。这类产品对盐水的分离率在80％~90％之间，但透水率很低，仅0.076ml/c㎡.h。以后发展了芳香族聚酰胺，用它们支撑的分离膜，PH使用范围为3~11，分离率可达99.5％（对盐水），透水率为0.6ml/c㎡.h。长期使用稳定性好。由于酰胺基团易与氯反应，故这种膜对水中的游离氯有较高要求。聚酰亚胺耐高温、耐溶剂，具有高强度。一直用于耐溶剂超滤膜和非水溶液分离膜研制的首选膜材料。在气体分离和空气除湿膜材料中，它亦具有自己的特色。Page16聚酯类聚酯类树脂强度高，尺寸稳定性好，耐热、耐溶剂和化学品的性能良好。聚碳酸酯薄膜广泛用于制造经放射性物质辐射、再用化学试剂腐蚀的微滤膜。聚四溴碳酸酯由于透气速率和氧、氮透过选择性均较高，已被用作新一代的富氧气体分离膜材料。聚酯无纺布是反渗透、气体分离、渗透汽化、超滤、微滤等一切卷式膜组件最主要的支撑底材。Page17聚烯烃类LDPE和PP薄膜通过拉伸可以制造微孔滤膜。HDPE通过加热烧结可以制成微孔滤板或滤芯，它也可以作为分离膜的支撑材料。Page18乙烯基类高聚物用作膜材料的乙烯基聚合物包括聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、聚偏氯乙烯、聚乙烯酰胺等。共聚物包括：聚丙烯醇/磺化聚苯醚、聚丙烯腈/甲基丙烯酸酯、聚乙烯/乙稀醇等。聚乙烯醇/丙烯腈接枝共聚物也可用作膜材料。聚丙烯腈是仅次于聚砜和醋酸纤维素的超滤和微滤膜材料，也可用作渗透汽化复合膜的支撑体。以二元酸等交联的聚乙烯醇是目前唯一获得实际应用的渗透汽化膜。聚氯乙烯和聚偏氯乙烯用作超滤和微滤膜材料。Page19前景与展望近年来，我国的膜工业市场每年都以30%左右的速度在增长，即便是在遭遇金融危机的情况下，仍然保持了很高的增速。我国膜工业领域有研究单位120家以上、生产企业约400家、工程公司约2000家，生产各种膜产品。中国的膜消费市场已经成为世界大板块之一，占全球消费量的20%。随着膜应用领域的不断拓展，对膜材料提出了更新更高的要求。既要求膜具有较高的选择性，较高的通量，又要有足够高的机械强度、化学和热稳定性。但是仅单一的均聚物高分子材料不能满足分离膜的这些要求，因此需要对膜材料进行改性，以获得不同性能要求的膜（材料）。目前常用的改性方法有活性剂吸附、辐照、表面接枝、等离子体表面聚合及等离子体表面改性等方法，每种方法各有自身特点。目前膜分离技术在很多方面应用得比较成熟，对产品质量要求不断提高、生产成本要求不断降低的今天，高分子膜材料在很多方面还不成熟，还有待进步深入的研究。膜分离技术的广泛成熟应用在许多方面离产业化要求还有段距离，随着新型膜材料的不断开发、高效新颖的强化膜过程分离技术研究的不断深入，膜分离技术应将得到更加广泛的应用。20谢谢！