《膜分离制备》PPT课件

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1、膜的制备和种类有许多方法可以用来制备合成膜。其中有些既可以制备高聚物膜．也可以制备无机膜。主要的制膜方法包括烧结法、拉伸法、径迹蚀刻法、相转化法、溶胶—凝胶法、蒸镀法和涂敷法。1、烧结法很多材料均可采用这种方法制备膜。如各种聚合物粉末(聚乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯)，金届(不锈钢、钨)，陶瓷(氧化铝、氧化锆)，石墨(碳)和玻璃(氧化硅)。左室为酸性电解质例如硫酸或草酸，右室为蒸馏水，阳极的铝被电解，控制直流电压和电解时间可以得到合适的孔大小和深度，一般不贯穿。通过后处理去除未电解的铝，如使用氯化汞溶液。微孔玻璃制备的方法被称为模板法或相分离-沥滤法。所制

2、得膜的孔的大小取决于粉末的颗粒大小及颗粒大小的分布。颗粒大小分布越窄，则所制成的膜孔径分布也越窄。采用这种方法所制得的孔径大约为0.1—10微米，其孔径下限由所选用最小颗粒的大小心定。烧结法是制备聚四氟乙烯膜的很好方法，因为对这种具有非常好的化学和热稳定性的聚合物．找不到合适的溶剂使其溶解。实际上，以上所述可用烧结法制膜的材料的共同持点就是都具有化学稳定性、耐热性和机械稳定性，特别是无机材料。然而，烧结法只能用于制备微滤膜。多孔聚合物膜的孔隙率一般较低，为10％一20％或稍高。(2)拉伸这种方法是将部分结晶化聚合物材料(聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯)挤压

3、膜或薄片沿垂直于挤压方向拉伸，使结晶区域平行于挤压方向。在机械应力作用下，会发生小的断纹，从而得到多孔结构。使用这种方法所能制得膜孔径最小约为0.1微米．最大约为3微米。只有(半)结晶化材料才能用这种方法制膜。采用这种方法所制得膜的孔隙率远高于烧结法，最高可达到90％。(3)径迹蚀刻最简单的膜孔结构呈等孔径圆柱状平行孔，采用径迹蚀到法可以得到这种孔结构。径迹蚀刻法是使膜或薄片(通常是聚碳酸酯)接受垂直于薄膜的高能粒子辐射，在辐射粒子的作用下，聚合物(本体)受到损害而形成径迹。然后将此薄膜浸入酸(或碱)溶液中，结果径迹处的聚合物材料被腐蚀掉而得到只有很窄

4、孔径分布的均匀的圆柱形孔L。孔径范围为0.02—10微米，但表面孔隙率很低(最大约10%)。膜材料的选择主要取决于所能得到的薄膜厚度和所使用的辐射的强度(一般为1MeV)。具将这种能量的粒子的最大穿透厚度约为20微米。如增大粒子能量则可选用更厚的薄膜。甚至采用无机材料(如云母)。这种力法制成的膜的孔隙率主要取决于辐射时间。而孔径由侵蚀时间决定。图2为径迹蚀刻法制备过程示意图。(4)模板浸取制备多孔膜的另一种方法是将薄膜中的一种组分浸取出去。多孔玻璃膜可以采用这种方法制取。将三组分(如Na2O-B2O3-SiO2)均匀熔融物(1000—1500℃)冷却，

5、把体系分成两相。一相主要是不溶的SiO2另一相为可溶的，然后用酸或碱将第二相浸取出去。利用这种方法可以得到不同的孔L径、最小约为0．005微米(5nm)。(5)相转化大多数丁业用膜都是用相转化法制成的用于制备各种形态的模。(6)涂覆依靠扩散进行传递的聚合物致密膜的通量一般较低，为提高通量，应尽可能减小膜的有效厚度，为此可以制备复合膜。复合膜由两种不同的材料构成．即把强选择性薄膜沉积在含孔的亚层上。实际的分离选择性由皮层决定，而带孔的亚层仅起支撑作用。制备复合膜的涂覆方法包括：浸没涂覆、等离子聚合、界团聚合、原位聚合等。另一种涂覆法是利用涂层将亚层的孔堵

6、死，此时亚层的本征性质决定了复合膜的性能。当组成在I和2之间时，会自发分离成组成为1和II的两个相，这种相分离过程是通过反向扩散（即向浓度较大的方向扩散）完成得，成为旋节线分离SD，倾向于产生两相交错的形态结构，相畴较小，相界面较模糊。当组成在1和I或者2和II之间为介稳态，组成的微小波动会使体系自由能增大，所以相分离不能自发进行，需要成核作用促使相分离，包括成核和核的增长两个阶段，称为成核-增长相分离过程NG，过程较慢，分散相常为较规则的球状颗粒。聚合物成膜过程的固化可以通过结晶化、凝胶化、玻璃化达到，由于成膜速度快只有结晶性能好的聚合物可以部分结晶

7、，有些则通过化学或物理交联的凝胶化，对于无定型聚合物有些则形成玻璃态而固化。这些对于膜的最终性能是有显著影响的。当然在制备过程中，人们习惯上经常把从溶液到分相成膜固化的过程统称为凝胶化，介质称为凝胶浴。瞬时分相常导致多孔性皮层，用于制备微滤和超滤膜，延迟分相则形成致密的皮层结构，用于制备反渗透和纳滤膜。