《膜和膜的应用》PPT课件

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1、第七章膜和膜的应用第一节膜科学技术发展概况市场：1990年，国际膜市场达72.92亿美元，分离膜的总产值达22亿美元，年递增12~14%。50年代，开发了微滤膜和离子交换膜；60年代，反渗透膜；70年代，超滤膜；80年代，气体分离膜；90年代，渗透汽化膜；发展史：膜性能要求：具有高通量和高选择性及膜耐用长寿命，易清洗等特点。（1）均质膜通过膜材料改性的途径得到如：将三甲基硅基团引入聚烯烃、聚炔烃分子中，使高分子自由体积增加，提高气体的透过速率；将聚三甲硅基丙炔，聚4-甲基戊烯表面进行氟化或氟磺化处理，可使氧、氮

2、的透过选择性大大提高。（2）多孔膜用于微滤超滤的多孔不对称膜，表面引入荷电基团，表面化学改性，表面等离子体处理等，可改善表面浓差极化和膜的污垢清洗问题。以铝箔阳极氧化可制得贯通型对称膜和不对称膜表面孔隙率最大，孔径分布最窄的膜。利用热致相转换法可制备不对称膜，如聚乙烯，聚丙烯，聚酯等常温下不熔的结晶性高分子材料。（3）杂化膜过程的发展A：膜分相和膜萃取已有实际应用，膜蒸馏由于通量太低需进一步发展。B：膜生物反应器和膜催化得到迅速发展；C：亲和层析可用于分离纯化生物制品D：集成膜日益受到重视，如发酵制备无水乙醇时

3、需要用膜反应器，膜蒸馏，分馏及渗透气化等。（4）膜的种类A：展开膜：指展开在表面上的一层物质，其厚度达到重力效应可忽略那样薄得程度。B：单分子膜：其厚度仅有一个分子程度的膜；C：双重膜：具有两个独立界面，各有其特征的表面张力，并有足够的厚度，但与块体比较又是薄层状的。第二节液体基底表面的展开膜在水面上加入一滴不相容或微溶于水的某一纯液体，可能发生几种情况：液滴迅速展开成膜；液滴不铺展；起始铺展，而后又收缩成滴。1、铺展系数之液面应用液滴在水面上，铺展系数：设：θ=φ≈0，则：当A,B两液体有少量互溶时，两液体的

4、表面张力会发生改变，铺展系数也随着微溶而变化。例：纯异戊醇（B):微溶水后：纯水（A)微溶异戊醇（B)后：则起始：最后：起始异戊醇迅速地铺展在水面上，随着互微溶至饱和，微溶水的异戊醇又迅速收缩成似透镜状。2、铺展系数的测定与界面张力及粘附功关系（1）“活塞膜”技术：以一不溶性，不挥发的表面活性化合物，如硬脂酸，软酯酸等在水面上形成单分子层吸附膜，作为传递表面膜压的功能性膜技术。（2）铺展压测定将一小滴欲测铺展压或铺展系数的液体置于“活塞”单分子膜遮盖面中心，成为一漂浮的透镜。随此液体透镜铺展而产生的压力，通过“

5、活塞膜”传递到膜天平的漂浮阻挡栏。利用膜天平上既可滑动又能固定的阻挡栏，调节自身与漂浮阻挡栏之间的面积，待测液体薄透镜随之收缩或扩展，在15~30秒内不会引起漂浮阻挡栏所连接的膜天平指示膜压力变化。此时，观察到的恒定压力即为该液体在水上的铺展压。（3）铺展系数和铺展压纯液体b在纯液体a上铺展时的铺展系数称为起始铺展系数Sb/a。铺展压为起始铺展压Fb/a。Sb/a=Fb/a当b中饱和了a，a中饱和了b时，铺展系数称为最后铺展系数，铺展压为最后铺展压。其中：纯液体a的表面张力；吸附单分子层“活塞膜”覆盖a所呈现的

6、较低表面张力；当固定阻挡栏沿盛液体a的槽滑动，使固定于漂浮的阻挡栏间所限制的面积从A减少到A-△A，液体b薄透镜也要减少△A，表面自由能将减少。液体b与a间的界面也会减少△A。其界面自由能减少。液体a的气-液界面由于固定的阻挡栏移动而使表面自由能增加。应用热力学第二定律或：由于：所以：液体b与a的可逆粘附功：液体的可逆内聚功：所以：（4）离心旋转水平管法测表面张力此法适用于较高粘度液体或高分子熔融液体物系表面张力测定。方法：将一密度较大的液滴α注入装有较小密度的液体β的旋转水平管中央，当水平管旋转时，液滴α开始

7、变形。当旋转所产生的离心力和α，β两液体间界面张力平衡时，液滴沿着旋转轴方向变形的程度与水平管每分钟旋转数和界面张力大小有关。界面张力与两液体密度差△ρ，旋转角速度ω以及液滴形状之间有以下关系：式中：r:旋转水平管中变形液滴α同体积的原液体α之球半径。液滴α变成圆柱体的1/2主轴长度。第三节单分子膜1、单分子膜的制备与膜压力（1）制备方法：将长链烷基或含双键烯基（R)且带极性基团（x)的有机物，溶于挥发性非极性有机溶剂制成稀溶液。滴加于大面积的水面上完全铺展，待溶剂挥发完全后即在水面上形成单分子膜。（2）表面膜

8、压由于铺开单分子层不容物质后，使基底液体表面张力降低，从而产生与纯水表面的二维压力差。表面膜压π的大小与水和有机物的化学性质，温度，所加有机物量及被覆盖面积大小有关。（3）表面活性物质RXR≥C10以上的烃基憎水端X：-OH,-COOH,-CN,-CONH2,-COOR’等；或-SO3-,-OSO3-,-NR3+等（4）测定单分子膜形成过程的方法方法一：将盛水浅盘边缘涂上憎水的惰性物质