膜材料和膜制备精选文档.ppt
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1、膜材料和膜制备本讲稿第一页,共六十七页n n 膜分离技术的核心是分离膜。一种分离膜有无实用价值,要膜分离技术的核心是分离膜。一种分离膜有无实用价值,要膜分离技术的核心是分离膜。一种分离膜有无实用价值,要膜分离技术的核心是分离膜。一种分离膜有无实用价值,要看其是否具备以下条件:看其是否具备以下条件:看其是否具备以下条件:看其是否具备以下条件:n n(1)(1)有高的截留率有高的截留率有高的截留率有高的截留率(或高的分离系数或高的分离系数或高的分离系数或高的分离系数)和高的透水率;和高的透水率;和高的透水率;和高的透水率;n n(2)(2)有强的抗物理、化学和微生物侵蚀的性能;有强的抗物理、化学和
2、微生物侵蚀的性能;有强的抗物理、化学和微生物侵蚀的性能;有强的抗物理、化学和微生物侵蚀的性能;n n(3)(3)好的柔韧性和足够的机械强度;好的柔韧性和足够的机械强度;好的柔韧性和足够的机械强度;好的柔韧性和足够的机械强度;n n(4)(4)抗污染性能好,使用寿命长,适用抗污染性能好,使用寿命长,适用抗污染性能好,使用寿命长,适用抗污染性能好,使用寿命长,适用pHpH范围广;范围广;范围广;范围广;n n(5)(5)运行操作压力低;运行操作压力低;运行操作压力低;运行操作压力低;n n(6)(6)制备简单,便于工业化生产;制备简单,便于工业化生产;制备简单,便于工业化生产;制备简单,便于工业化
3、生产;n n(7)(7)耐压致密性好,具有化学稳定性,能在较高温度下应用。耐压致密性好,具有化学稳定性,能在较高温度下应用。耐压致密性好,具有化学稳定性,能在较高温度下应用。耐压致密性好,具有化学稳定性,能在较高温度下应用。本讲稿第二页,共六十七页2-1 膜的分类膜的分类n n 膜技术的核心是膜。膜技术的核心是膜。膜的化学性质和膜的化学性质和结构对膜分离的性质起着决定性影响,结构对膜分离的性质起着决定性影响,故要求膜材料应具有良好的成膜性能,故要求膜材料应具有良好的成膜性能,化学稳定性,耐酸、碱、氧化剂和微生化学稳定性,耐酸、碱、氧化剂和微生物侵蚀等。物侵蚀等。本讲稿第三页,共六十七页比较通用
4、的膜的分类方法比较通用的膜的分类方法主要有主要有4种种。n n按膜的材料分类,按膜的材料分类,按膜的材料分类,按膜的材料分类,天然膜和人工合成膜。天然膜和人工合成膜。天然膜和人工合成膜。天然膜和人工合成膜。n n按膜的结构,按膜的结构,按膜的结构,按膜的结构,可分为对称膜和非对称膜。对称膜,又可分为对称膜和非对称膜。对称膜,又可分为对称膜和非对称膜。对称膜,又可分为对称膜和非对称膜。对称膜,又称均质膜,指各向均质的致密或多孔膜,物质在膜中称均质膜,指各向均质的致密或多孔膜,物质在膜中称均质膜,指各向均质的致密或多孔膜,物质在膜中称均质膜,指各向均质的致密或多孔膜,物质在膜中各处的渗透速率相同。
5、非对称膜由一个极薄的致密皮各处的渗透速率相同。非对称膜由一个极薄的致密皮各处的渗透速率相同。非对称膜由一个极薄的致密皮各处的渗透速率相同。非对称膜由一个极薄的致密皮层和一个多孔支撑层组成。层和一个多孔支撑层组成。层和一个多孔支撑层组成。层和一个多孔支撑层组成。n n按膜的性质分类,按膜的性质分类,按膜的性质分类,按膜的性质分类,膜固态膜、液膜、气膜。目前主要膜固态膜、液膜、气膜。目前主要膜固态膜、液膜、气膜。目前主要膜固态膜、液膜、气膜。目前主要为固膜,制备固膜的材料一般为有机高分子;为固膜,制备固膜的材料一般为有机高分子;为固膜,制备固膜的材料一般为有机高分子;为固膜,制备固膜的材料一般为有
6、机高分子;n n按用途和膜的作用机理分类,主要是按用途和膜的作用机理分类,主要是按用途和膜的作用机理分类,主要是按用途和膜的作用机理分类,主要是液体分离膜。液体分离膜。液体分离膜。液体分离膜。它一般用于进行液体混合物的分离。选择渗透膜,它一般用于进行液体混合物的分离。选择渗透膜,它一般用于进行液体混合物的分离。选择渗透膜,它一般用于进行液体混合物的分离。选择渗透膜,也有文献称之为致密被动膜。也有文献称之为致密被动膜。也有文献称之为致密被动膜。也有文献称之为致密被动膜。本讲稿第四页,共六十七页n n分离膜按其凝聚状态可分为分离膜按其凝聚状态可分为固膜、液膜、气膜固膜、液膜、气膜三类,三类,目前大
7、规模应用的多为固膜。目前大规模应用的多为固膜。n n固膜目前主要以固膜目前主要以高分子合成膜为主高分子合成膜为主,它可以是致,它可以是致密或是多孔的,可以是对称或非对称的。另外,密或是多孔的,可以是对称或非对称的。另外,以以无机物为膜材料的分离无机物为膜材料的分离膜近年来也发展迅速。膜近年来也发展迅速。n n液膜分乳状液膜和带支撑的液膜两类,它们主要液膜分乳状液膜和带支撑的液膜两类,它们主要用于废水处理和某些气体分离等。用于废水处理和某些气体分离等。n n气膜分离现在尚处于实验研究阶段。气膜分离现在尚处于实验研究阶段。本讲稿第五页,共六十七页复合膜复合膜复合膜复合膜转相膜转相膜转相膜转相膜转相
8、膜转相膜转相膜转相膜复合膜复合膜复合膜复合膜不荷电膜不荷电膜不荷电膜不荷电膜荷电膜荷电膜荷电膜荷电膜不对称膜不对称膜不对称膜不对称膜对称膜对称膜对称膜对称膜对称膜对称膜对称膜对称膜不对称膜不对称膜不对称膜不对称膜无孔膜无孔膜无孔膜无孔膜-不对称膜不对称膜不对称膜不对称膜多孔膜多孔膜多孔膜多孔膜生生物物膜膜(原原生生质、细胞膜)质、细胞膜)无无机机膜膜-多多孔孔膜膜固固 膜膜有机膜有机膜带支撑层的液膜带支撑层的液膜带支撑层的液膜带支撑层的液膜乳状液膜乳状液膜乳状液膜乳状液膜液液 膜膜合合成成膜膜膜膜图图图图2-1 2-1 膜的分类膜的分类膜的分类膜的分类 气气 膜膜本讲稿第六页,共六十七页n n
9、1纤维素衍生物类纤维素衍生物类n n2聚酰胺类聚酰胺类n n3聚砜类聚砜类n n4聚烯烃类聚烯烃类n n5.含硅聚合物含硅聚合物n n6含氟聚合物含氟聚合物2-2 高分子高分子膜材料膜材料 本讲稿第七页,共六十七页有机高分子膜有机高分子膜n n根据膜材料性质,膜可以分为有机高分根据膜材料性质,膜可以分为有机高分子膜和无机膜两大类。子膜和无机膜两大类。n n有机高分子膜是指起分离作用的活性层有机高分子膜是指起分离作用的活性层为有机高分子材料,为有机高分子材料,而无机膜的活性分而无机膜的活性分离层则为无机金属、金属氧化物、陶瓷、离层则为无机金属、金属氧化物、陶瓷、玻璃、无机高分子材料等。玻璃、无机
10、高分子材料等。n n目前有机聚合物膜受到的重视比无机膜目前有机聚合物膜受到的重视比无机膜要大得多,要大得多,30 年来取得了令人瞩目的飞年来取得了令人瞩目的飞速发展。速发展。本讲稿第八页,共六十七页1纤维素衍生物类纤维素衍生物类n n 纤维素类膜材料是应用研究最早,也是目前应用最多的膜材料,纤维素类膜材料是应用研究最早,也是目前应用最多的膜材料,纤维素类膜材料是应用研究最早,也是目前应用最多的膜材料,纤维素类膜材料是应用研究最早,也是目前应用最多的膜材料,主要有以下几种。主要有以下几种。主要有以下几种。主要有以下几种。n n (1)(1)二醋酸纤维素二醋酸纤维素二醋酸纤维素二醋酸纤维素(CA)
11、(CA)和三醋酸纤维素和三醋酸纤维素和三醋酸纤维素和三醋酸纤维素(CTA)(CTA)一般一般一般一般CACA含有乙酸含有乙酸含有乙酸含有乙酸51.851.8,CTACTA含有乙酸含有乙酸含有乙酸含有乙酸61.8561.85。制膜用。制膜用。制膜用。制膜用CACA应含乙酸应含乙酸应含乙酸应含乙酸55555858,是制备反渗透膜的基本材料;它也用于制备卷式超滤组件以及纳是制备反渗透膜的基本材料;它也用于制备卷式超滤组件以及纳是制备反渗透膜的基本材料;它也用于制备卷式超滤组件以及纳是制备反渗透膜的基本材料;它也用于制备卷式超滤组件以及纳滤、微滤膜等。滤、微滤膜等。滤、微滤膜等。滤、微滤膜等。n n
12、(2)(2)再生纤维素再生纤维素再生纤维素再生纤维素(RCE)(RCE)传统的再生纤维素有铜氨纤维素和黄原酸传统的再生纤维素有铜氨纤维素和黄原酸传统的再生纤维素有铜氨纤维素和黄原酸传统的再生纤维素有铜氨纤维素和黄原酸纤维素,分子量在几万到几十万之间,是较好的透析膜用材料。纤维素,分子量在几万到几十万之间,是较好的透析膜用材料。纤维素,分子量在几万到几十万之间,是较好的透析膜用材料。纤维素,分子量在几万到几十万之间,是较好的透析膜用材料。抗蛋白质污染的系列再生纤维素微滤膜和超滤膜也已获得广泛应抗蛋白质污染的系列再生纤维素微滤膜和超滤膜也已获得广泛应抗蛋白质污染的系列再生纤维素微滤膜和超滤膜也已获
13、得广泛应抗蛋白质污染的系列再生纤维素微滤膜和超滤膜也已获得广泛应用。用。用。用。n n (3)(3)硝酸纤维素硝酸纤维素硝酸纤维素硝酸纤维素(CN)(CN)制膜用硝酸纤维素是纤维素经硝化制得,其制膜用硝酸纤维素是纤维素经硝化制得,其制膜用硝酸纤维素是纤维素经硝化制得,其制膜用硝酸纤维素是纤维素经硝化制得,其含氮量在含氮量在含氮量在含氮量在11.211.212.212.2之间。它广泛用于透析用膜和微滤膜,之间。它广泛用于透析用膜和微滤膜,之间。它广泛用于透析用膜和微滤膜,之间。它广泛用于透析用膜和微滤膜,也可与醋酸纤维素混合使用以增加其强度。也可与醋酸纤维素混合使用以增加其强度。也可与醋酸纤维素
14、混合使用以增加其强度。也可与醋酸纤维素混合使用以增加其强度。n n (4)(4)乙基纤维素乙基纤维素乙基纤维素乙基纤维素(EC)(EC)EC EC可通过碱纤维素与乙基卤化物反应制取。可通过碱纤维素与乙基卤化物反应制取。可通过碱纤维素与乙基卤化物反应制取。可通过碱纤维素与乙基卤化物反应制取。ECEC由于具有较高的气体透过速率和较高的气体透过系数,故常用于由于具有较高的气体透过速率和较高的气体透过系数,故常用于由于具有较高的气体透过速率和较高的气体透过系数,故常用于由于具有较高的气体透过速率和较高的气体透过系数,故常用于氧氮分离。氧氮分离。氧氮分离。氧氮分离。本讲稿第九页,共六十七页二醋二醋酸纤维
15、素膜酸纤维素膜-典型的反渗透膜典型的反渗透膜 n n 二醋酸纤维素二醋酸纤维素二醋酸纤维素二醋酸纤维素(Cellulose Acetate(Cellulose Acetate,缩写为,缩写为,缩写为,缩写为CA)CA)是一种由纤维素与乙酸酐是一种由纤维素与乙酸酐是一种由纤维素与乙酸酐是一种由纤维素与乙酸酐(约约约约4040)乙酰化而制得的乙酰化而制得的乙酰化而制得的乙酰化而制得的适于反渗透用的膜材料。适于反渗透用的膜材料。适于反渗透用的膜材料。适于反渗透用的膜材料。它是目前研究得最多的反渗它是目前研究得最多的反渗它是目前研究得最多的反渗它是目前研究得最多的反渗透或超滤膜材料,透或超滤膜材料,透
16、或超滤膜材料,透或超滤膜材料,制得的膜具有透水率高,有中等耐氯制得的膜具有透水率高,有中等耐氯制得的膜具有透水率高,有中等耐氯制得的膜具有透水率高,有中等耐氯性,对大多数水溶性组分渗透率相当低,具有很好的成性,对大多数水溶性组分渗透率相当低,具有很好的成性,对大多数水溶性组分渗透率相当低,具有很好的成性,对大多数水溶性组分渗透率相当低,具有很好的成膜性能及膜较牢固等特点,除醋酸纤维素外,三醋酸纤膜性能及膜较牢固等特点,除醋酸纤维素外,三醋酸纤膜性能及膜较牢固等特点,除醋酸纤维素外,三醋酸纤膜性能及膜较牢固等特点,除醋酸纤维素外,三醋酸纤维素维素维素维素(CTA)(CTA),醋酸丙酸纤维、醋酸丁
17、酸纤维,醋酸丙酸纤维、醋酸丁酸纤维,醋酸丙酸纤维、醋酸丁酸纤维,醋酸丙酸纤维、醋酸丁酸纤维(CAB)(CAB)等都是等都是等都是等都是很有前途的纤维素类膜材料。这些纤维酯是在纤维素很有前途的纤维素类膜材料。这些纤维酯是在纤维素很有前途的纤维素类膜材料。这些纤维酯是在纤维素很有前途的纤维素类膜材料。这些纤维酯是在纤维素分子中引入不同酯基后,得到的具有不同亲水性和反分子中引入不同酯基后,得到的具有不同亲水性和反分子中引入不同酯基后,得到的具有不同亲水性和反分子中引入不同酯基后,得到的具有不同亲水性和反应官能团的纤维素衍生物。应官能团的纤维素衍生物。应官能团的纤维素衍生物。应官能团的纤维素衍生物。本
18、讲稿第十页,共六十七页2聚酰胺类聚酰胺类n n (1)(1)芳香族聚酰胺芳香族聚酰胺芳香族聚酰胺芳香族聚酰胺 第二代反渗透膜材料,用于中空纤第二代反渗透膜材料,用于中空纤第二代反渗透膜材料,用于中空纤第二代反渗透膜材料,用于中空纤维膜的制备。维膜的制备。维膜的制备。维膜的制备。n n (2)(2)脂肪族聚酰胺脂肪族聚酰胺脂肪族聚酰胺脂肪族聚酰胺 尼龙尼龙尼龙尼龙6 6和尼龙和尼龙和尼龙和尼龙6666是其典型代表。由是其典型代表。由是其典型代表。由是其典型代表。由它们制备的织布它们制备的织布它们制备的织布它们制备的织布(府绸府绸府绸府绸)和不织布用于反渗透膜和气体和不织布用于反渗透膜和气体和不织
19、布用于反渗透膜和气体和不织布用于反渗透膜和气体分离复合膜的支撑底布,超细尼龙纤维的不织布也可分离复合膜的支撑底布,超细尼龙纤维的不织布也可分离复合膜的支撑底布,超细尼龙纤维的不织布也可分离复合膜的支撑底布,超细尼龙纤维的不织布也可直接用于微滤。直接用于微滤。直接用于微滤。直接用于微滤。n n (3)(3)聚砜酰胺聚砜酰胺聚砜酰胺聚砜酰胺 常用于微滤膜和超滤膜材料。常用于微滤膜和超滤膜材料。常用于微滤膜和超滤膜材料。常用于微滤膜和超滤膜材料。n n (4)(4)交联芳香聚酰胺交联芳香聚酰胺交联芳香聚酰胺交联芳香聚酰胺 用于反渗透膜材料的制备,但具有用于反渗透膜材料的制备,但具有用于反渗透膜材料的
20、制备,但具有用于反渗透膜材料的制备,但具有不耐氯的缺点。不耐氯的缺点。不耐氯的缺点。不耐氯的缺点。本讲稿第十一页,共六十七页3聚砜类聚砜类n n 聚砜多用于超滤膜、气体分离膜制备,聚砜多用于超滤膜、气体分离膜制备,较少用于微滤。较少用于微滤。聚砜的玻璃化温度聚砜的玻璃化温度(Tg)为为190,多孔膜可在,多孔膜可在80下长期使用。下长期使用。聚砜类材料经磺化或经氯甲基化和季铵聚砜类材料经磺化或经氯甲基化和季铵化可制得荷电超滤膜、纳滤膜。化可制得荷电超滤膜、纳滤膜。n n聚芳醚砜聚芳醚砜(PES)主要制作可耐蒸汽杀菌主要制作可耐蒸汽杀菌的微滤膜、超滤膜材料,其的微滤膜、超滤膜材料,其Tg为为23
21、5,可在,可在140下长期使用。下长期使用。本讲稿第十二页,共六十七页4聚烯烃类聚烯烃类n n (1)(1)聚乙烯(聚乙烯(聚乙烯(聚乙烯(PEPE)n n a a低密度聚乙烯低密度聚乙烯低密度聚乙烯低密度聚乙烯 可用于拉伸法或热致相法制备可用于拉伸法或热致相法制备可用于拉伸法或热致相法制备可用于拉伸法或热致相法制备超滤膜,也可用于超滤膜的低档支撑材料。超滤膜,也可用于超滤膜的低档支撑材料。超滤膜,也可用于超滤膜的低档支撑材料。超滤膜,也可用于超滤膜的低档支撑材料。n n b b高密度聚乙烯高密度聚乙烯高密度聚乙烯高密度聚乙烯 将粉末状颗粒直接压制的多孔将粉末状颗粒直接压制的多孔将粉末状颗粒直
22、接压制的多孔将粉末状颗粒直接压制的多孔管材或板材可用作分离膜的支撑材料,而在接近熔点管材或板材可用作分离膜的支撑材料,而在接近熔点管材或板材可用作分离膜的支撑材料,而在接近熔点管材或板材可用作分离膜的支撑材料,而在接近熔点温度烧结可制得微滤滤板和滤芯。温度烧结可制得微滤滤板和滤芯。温度烧结可制得微滤滤板和滤芯。温度烧结可制得微滤滤板和滤芯。n n (2)(2)聚丙烯(聚丙烯(聚丙烯(聚丙烯(PPPP)用于卷式反渗透膜和气体分离膜用于卷式反渗透膜和气体分离膜用于卷式反渗透膜和气体分离膜用于卷式反渗透膜和气体分离膜组件间隔层材料,也可用于制备微滤膜或复合气体分组件间隔层材料,也可用于制备微滤膜或复
23、合气体分组件间隔层材料,也可用于制备微滤膜或复合气体分组件间隔层材料,也可用于制备微滤膜或复合气体分离膜的底膜。离膜的底膜。离膜的底膜。离膜的底膜。n n (3)(3)聚聚聚聚4-4-甲基甲基甲基甲基-1-1-戊烯戊烯戊烯戊烯(PMP)(PMP)是一种新型聚烯烃是一种新型聚烯烃是一种新型聚烯烃是一种新型聚烯烃材料,材料,材料,材料,除了具有通用聚烯烃材料的特性外,它还除了具有通用聚烯烃材料的特性外,它还除了具有通用聚烯烃材料的特性外,它还除了具有通用聚烯烃材料的特性外,它还具有非常突出的光学性能、机械性能、耐高温性以具有非常突出的光学性能、机械性能、耐高温性以具有非常突出的光学性能、机械性能、
24、耐高温性以具有非常突出的光学性能、机械性能、耐高温性以及电学性能等。及电学性能等。及电学性能等。及电学性能等。主要用于制备氮氧气体分离膜材主要用于制备氮氧气体分离膜材主要用于制备氮氧气体分离膜材主要用于制备氮氧气体分离膜材料。料。料。料。本讲稿第十三页,共六十七页5.含硅聚合物含硅聚合物n n (1)(1)聚二甲基硅氧烷聚二甲基硅氧烷聚二甲基硅氧烷聚二甲基硅氧烷(PDMS)(PDMS)它分为高温固化硅它分为高温固化硅它分为高温固化硅它分为高温固化硅橡胶橡胶橡胶橡胶(HTV)(HTV)、低温固化硅橡胶、低温固化硅橡胶、低温固化硅橡胶、低温固化硅橡胶(LTV)(LTV)和室温固化硅橡和室温固化硅橡
25、和室温固化硅橡和室温固化硅橡胶胶胶胶(RTV)(RTV)。用于分离膜的。用于分离膜的。用于分离膜的。用于分离膜的PDMSPDMS一般为一般为一般为一般为LTVLTV型。型。型。型。n n 硅橡胶用于聚砜气体分离膜的皮层堵孔处理、渗硅橡胶用于聚砜气体分离膜的皮层堵孔处理、渗硅橡胶用于聚砜气体分离膜的皮层堵孔处理、渗硅橡胶用于聚砜气体分离膜的皮层堵孔处理、渗透汽化膜的制备等。透汽化膜的制备等。透汽化膜的制备等。透汽化膜的制备等。n n (2)(2)聚三甲基硅烷聚三甲基硅烷聚三甲基硅烷聚三甲基硅烷-1-1-丙炔丙炔丙炔丙炔(PTMSP)(PTMSP)用于渗透汽化膜用于渗透汽化膜用于渗透汽化膜用于渗透
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