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1、第八章高分子功能膜材料膜是一種能夠分隔兩相界面，并以特定的形式限制和傳遞各種物質(zhì)的二維材料，在自然界中隨處可見。天然存在的膜有生物膜，膜也可以人工制作，如高分子合成膜。膜可以是均相的，也可以是非均相的；可以是對稱的，也可以是非對稱的；可以是固體的，也可以是液體的；可以是中性的，也可以是帶電荷的。膜的厚度可從幾微米到幾毫米不等。隨著科學(xué)的發(fā)展，越來越多的人工合成膜相繼被開發(fā)出來，應(yīng)用到各個行業(yè)中，起到分離和選擇透過等重要作用。高分子功能膜作為人工合成膜中的重要一員，在藥物緩釋、膜修飾電極、氣體分離等領(lǐng)域表現(xiàn)出特殊的分離功能，并因其廣闊的應(yīng)用前景而
2、受到極大的關(guān)注。本章將主要討論高分子功能膜的分離原理，并以主要的分離膜為代表，介紹其制備方法和應(yīng)用。8,1概述8.1.1高分子分離膜的分類高分子分離膜是具有分離功能，即具有特殊傳質(zhì)功能的高分子材料，又稱為高分子功能膜。其形態(tài)有固態(tài)，也有液態(tài)。高分子分離膜的種類和功能繁多，不可能用單一的方法來明確分類，現(xiàn)有的分類既可以從被分離物質(zhì)的角度分，也可以從膜的形狀、材料等角度分，目前主要有以下幾種分類方式。8.1.1.1按被分離物質(zhì)性質(zhì)分類根據(jù)被分離物質(zhì)的性質(zhì)可以將分離膜分為氣體分離膜、液體分離膜、固體分離膜、離子分離膜和微生物分離膜等。8.1.1.2按
3、膜形態(tài)分類根據(jù)固態(tài)膜的形狀，可分為平板膜(flatmembrane)、管式膜(tubularmembrane)、中空纖維膜(hollowfiber)、毛細(xì)管膜以及具有垂直于膜表面的圓柱形孔的核徑蝕刻膜等。液膜是液體高分子在液體和氣體或液體和液體相界面之間形成的膜。8.1.1.3按膜的材料分類從膜材料的來源來看，分離膜可以是天然的也可以是合成的，或者是天然物質(zhì)改性或再生的。不同的膜材料具有不同的成膜性能、化學(xué)穩(wěn)定性、耐酸、耐堿、耐氧化劑和耐微生物侵蝕等，而且膜材料對被分離介質(zhì)也具有一定的選擇性。這類膜可以進(jìn)一步分為以下幾類。(1)纖維素衍生物類纖
4、維素類膜材料是研究最早、應(yīng)用最多的高分子功能膜材料之一．主要有再生纖維素、硝酸纖維素、二醋酸纖維素和三醋酸纖維素、乙基纖維素等。(2)聚烯烴類聚烯烴及其衍生物是重要的高分子聚合物，很多都可以用于制備氣體分離膜，如低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯、聚4-甲基-1-戊烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯腈等。(3)聚酯類滌綸、聚碳酸酯、聚對苯二甲酸丁二酯這類樹脂強(qiáng)度高、尺寸穩(wěn)定性好、耐熱和耐溶劑性優(yōu)良，被廣泛用于制備分離膜的支撐增強(qiáng)材料。(4)聚酰（亞）胺類尼龍-6和尼龍-66是這一類分離膜材料的代表，常用于反滲透膜和氣體分離膜的支撐底布，芳香族聚酰胺
5、是第二代反滲透膜材料，用于中空纖維膜的制備。含氟聚酰亞胺作為具有實用前景的氣體分離膜材料目前處于開發(fā)階段。用聚酰胺類制備的膜，具有良好的分離與透過性能，且耐高壓、耐高溫、耐溶劑，是制備耐溶劑超濾膜和非水溶液分離膜的首選材料，缺點是耐氯性能較差。(5)聚砜類這類材料包括聚砜、聚醚砜、聚芳醚砜、磺化聚砜等，是高機(jī)械強(qiáng)度的工程塑料，具有耐酸、耐堿的優(yōu)點，多用于超濾膜和氣體分離膜的制備，較少用于微濾，可在80℃下長期使用，缺點是耐有機(jī)溶劑的性能較差。(6)含氟聚合物主要包括聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯等，這類膜材料耐腐蝕性優(yōu)異，適合于電滲析等高腐蝕場所。(7
6、)其他材料甲殼素是天然高分子中的一種可以用來制備離子交換膜和螯合膜的材料。有機(jī)硅聚合物和聚醚酮類近年來也開始廣泛用于滲透汽化膜、荷電超濾膜和離子交換膜的制備。8.1.1.4按膜體結(jié)構(gòu)和斷面形態(tài)分類按膜體結(jié)構(gòu)主要分為致密膜、多孔膜、乳化膜。致密膜又稱為密度膜，通常是指孔徑小于lnm的膜，多用于電滲析、反滲透、氣體分離、滲透汽化等領(lǐng)域；多孔膜可分為微孔膜和大孔膜，主要用于混臺物水溶液的分離，如滲透、微濾、超濾、納濾和親和膜等。按膜的結(jié)構(gòu)分類，可以分為對稱膜(symmetricmembrane)和非對稱膜(asymmetricmembrane)。對稱
7、膜又稱為均質(zhì)膜，是一種均勻的薄膜，膜兩側(cè)截面的結(jié)構(gòu)及形態(tài)完全相同，包括致密膜和對稱的多孔膜。非對稱膜是指膜主體有兩種或兩種以上的形貌結(jié)構(gòu)，是工業(yè)上運用最多的分離膜。一體化非對稱膜是用同種材料制備、厚度為0.1~0.5納米的致密皮層和50~150納米的多孔支撐層構(gòu)成，其支撐層結(jié)構(gòu)具有一定的強(qiáng)度，在較高壓力下液不會引起很大的形變。在多孔支撐層上覆蓋一層不同材料的致密皮層就構(gòu)成復(fù)合膜。對于復(fù)合膜，可優(yōu)選不同的膜材料制備致密皮層與多孔支撐層，使每一層獨立，從而發(fā)揮最大作用。非對稱膜的分離主要或完全由很薄的皮層決定，傳質(zhì)阻力小，其透過速率較對稱膜高很多。
8、8.1.1.5按膜分離過程分類按膜分離過程分類時，主要參照被分離物質(zhì)的粒度大小及分離過程采用的附加條件，壓力、電場等。可以將膜主要分為以下幾大類(1)
