高分子分离膜材料的发展与应用

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1、高分子膜材料的发展与应用姓名：熊腾飞班级：材科jd1401学号：0121401101309班级序号：28摘要：作为膜分离技术的核心,膜材料越来越受到人们的重视。目前膜材料的研究主要集中在已开发的功能高分子膜材料和无机膜材料。相比无机膜材料，有机膜材料具有韧性好、成型性好、相容性好、空隙率大等优点，已成为成为研究的热点。本文首先对高分子分离膜的概念，分离机理，膜的分类进行了简介。全文主体是高分子分离膜的发展与应用，着重介绍了四类高分子膜材料的研究进展，包括天然高分子类、聚烯烃类、聚酰胺类以及聚砜类膜材料，涉及其特点、应用情况、缺点、改性方法等。在文章结尾，总结了高分子分离膜面临的共性问题，并

2、展望了最合适的解决方法。关键词：高分子，膜材料，分离，改性1.引言随着科技的发展与社会的进步，人们对分离技术的要求逐渐提高。特别是21世纪以来，药物缓释、肾脏透析膜、气体分离富集、海水淡化、污水处理、共沸物分离、食品加工等研究应用热点都离不开高水平的分离技术[1]。传统的分离技术主要有沉淀、过滤、重结晶、筛分、蒸发、离子交换等。然而，这些技术都伴随着大量能量的消耗。相比之下，膜分离技术耗能较低，且过程相对简单，选择性高，被誉为“化学工业的明天”[2]。膜分离技术的核心在于膜，可分为无机分离膜和有机分离膜。无机分离膜难以成型，脆性强，抗冲击性有限，其低孔隙率也使其性能降低。有机分离膜（也称高

3、分子分离膜）很好的克服了这些缺点，不仅成型性好、韧性强，而且兼具环保、高选择性分离、生物相容性强、可设计性强的特点[3]。然而，有机分离膜的发展也面临着一些挑战。2.基本概念2.1高分子分离膜的定义及评价标准高分子分离膜，广义来讲，是指由聚合物或高分子复合材料制得的具有分离流体混合物功能的薄膜，一般为固态或液态。高分子分离膜之所以具有分离物质的功能，主要在于其选择透过性。选择透过性的实现需要一定的推动力，例如压力差、浓度差、温度差或者电位差等。在评价膜的性能时，也主要看其选择透过性，可以用两种物质的透过率比值衡量。2.2高分子分离膜的原理高分子分离膜的原理分为三种。2.2.1过筛分离原理过

4、筛分离类似于机械过滤过程，分离的结果与效果主要取决于分离膜与被分离物质的尺寸大小。除此之外，亲水性、结构相似性等也起着一定的作用。往往与膜结构相似的物质在过筛时更容易通过。2.2.2溶解扩散原理溶解扩散完全不同于过筛分离，其原理涉及溶解与扩散两个过程。要求分离膜对混合物中的待分离物质具有良好的溶解能力，而对其他物质溶解性较差。这样，经过足够长时间，待分离物质就会扩散至膜的另一侧，而其他物质被截留在膜上。如果膜对混合物中的A、B都具有较好的溶解性，这时需要两者在扩散能力上表现出较大差异才可分离。2.2.3选择性吸附原理选择性吸附原理发生在膜的表面，指混合物未进入膜之前，因膜与混合物中A物质的

5、吸引力较强而使A快速吸附在靠近膜的一侧，而其他物质相应的远离。因此，A物质将会优先完成膜的穿透而被分离出来。一般来说，这种吸引力主要是分子间的范德华力和带电颗粒间的静电相互作用。2.3高分子分离膜的分类高分子分离膜根据不同的标准可进行不同的分类。根据被分离物质的状态，可以分为气体分离膜、液体分离膜和固体分离膜。根据被分离物质颗粒大小的分类更为普遍，一般分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜（分离物质颗粒从大到小）。这种分类因其分离条件、应用领域的差异而更具实用性。2.3.1微滤膜微滤膜一般指过滤孔径在0.1-10微米之间的过滤膜，对应于过筛分离原理。微滤膜允许大分子和溶解性固体（无机盐）等通

6、过，但会截留悬浮物、细菌及大分子量胶体等物质。微滤膜的运行压力一般为：70-200kPa。微滤膜具有如下特点：由于微孔滤膜可以做到孔径较为均一，所以微滤膜的过滤精度较高，可靠性较高；因表面孔隙率达到70%，比同等截留能力的滤纸过滤至少快40倍；微滤膜的厚度小，液体被过滤介质吸附造成的损失非常少；高分子类微滤膜为一均匀的连续体，过滤时没有介质脱落，不会造成二次污染，从而得到高纯度的滤液。2.3.2超滤膜超滤膜的分离原理与微滤膜相似，但其孔径位于纳米级（1-100nm），主要用于分离胶体、大分子溶质。由于孔径较小，操作时的压力相应较大，一般在350-700kPa。超滤膜特点如下：常温下进行,条

7、件温和无成分破坏,因而特别适宜对热敏感且尺度位于1-100nm的物质,如药物、酶、果汁等的分离、分级、浓缩与富集；超滤技术分离效率高,对稀溶液中的微量成分的回收非常有效。2.3.3纳滤膜纳滤膜的孔径一般在1-2nm，允许溶剂分子或某些低分子量溶质或低价离子透过。根据实验数据，它截留有机物的分子量大约为150-500左右，截留溶解性盐的能力为2-98%之间，对单价阴离子盐溶液的脱盐低于高价阴离子盐溶液。常被用于去除地表水的