功能高分子材料-第三章 高分子分离膜 PPT

然而，真正意义上的分离膜出现在20世纪60 年代。
◆ 1961年，米切利斯等人用各种比例的酸性和碱性 的高分子电介质混合物以水-丙酮-溴化钠为溶剂， 制成了可截留不同分子量的膜，这种膜是真正的 超过滤膜。美国Amicon公司首先将这种膜商品化。
◆ 50年代初，为从海水或苦咸水中获取淡水，开始 了反渗透膜的研究。
1、高效的分离过程
它可以做到将相对分子量为几千甚至几百的物 质进行分离（相应的颗粒大小为纳米级）。
2、低能耗
因为大多数膜分离过程都不发生相的变化， 相变化的潜热是很大的。传统的冷冻、萃取和蒸 馏等分离过程是发生相的变化，通常能耗比较高。
3、接近室温的工作温度
多数膜分离过程的工作温度在室温附近，因 而膜本身对热过敏物质的处理就具有独特的优势。 目前，尤其是在食品加工、医药工业、生物技术 等领域有其独特的推广应用价值。
功能高分子材料-第三章 高分子分离膜
3.1 概述
一、膜分离技术发展简史
◆ 1748年，耐克特发现水能自动地扩散到装有酒精 的猪膀胱内，开创了膜渗透的研究。
◆ 1861年，施密特首先提出了超过滤的概念。他提 出，用比滤纸孔径更小的棉胶膜或赛璐酚膜过滤 时，若在溶液侧施加压力，使膜的两侧产生压力 差，即可分离溶液中的细菌、蛋白质、胶体等微 小粒子，其精度比滤纸高得多。 （现代观点称为微孔过滤）
4、品质稳定性好
膜设备本身没有运动的部件，工作温度又在 室温附近，所以很少需要维护，可靠度很高。它 的操作十分简便，而且从设备开启到得到产品的 时间很短，相比传统工艺可显著缩短生产周期。
5、连续化操作
膜分离过程可实现连续化操作过程，满足工 业化生产的实际需要。
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交流
6、灵活性强
膜分离装置可以直接插入已有的生产工艺 中，易与其它分离过分离是纯物理过程，不会发生任何的化 学变化，更不需要外加任何物质，如助滤剂、 化学试剂等。
8、环保
膜分离设备制作材质清洁、环保，工作现 场清洁卫生，符合国家产业政策。
三、高分子分离膜定义及分类
（2）按结构分类 对称膜 不对称膜
致密膜（均质膜） 多孔膜
（3）按膜的分离原理和推动力的不同分类
微孔过滤膜、超过滤膜、反渗透膜、纳滤膜、 渗析膜、电渗析膜、渗透蒸发膜等。
（4）按宏观形态分类 平板膜、管状膜、中空纤维膜等。
（5） 按功能分类
日本著名高分子学者清水刚夫将膜按功能分 为分离功能膜（包括气体分离膜、液体分离膜、 离子交换膜、化学功能膜）、能量转化功能膜 （包括浓差能量转化膜、光能转化膜、机械能转 化膜、电能转化膜，导电膜）、生物功能膜（包 括探感膜、生物反应器、医用膜）等。
1、定义
在一个流体相内或两个流体相之间有一薄层 凝聚相物质能把流体相分隔开来成为两部分，这 一凝聚相物质称为分离膜。
膜的形式可以是固态的，也可以是液态的。 被膜分割的流体物质可以是液态的，也可以是气 态的。膜至少具有两个界面，膜通过这两个界面 与被分割的两侧流体接触并进行传递。分离膜对 流体可以是完全透过性的，也可以是半透过性的， 但不能是完全不透过性的。
近二三十年来，膜科学和膜技术发展极为迅 速，目前已成为工农业生产、国防、科技和人民 日常生活中不可缺少的分离方法，越来越广泛地 应用于化工、环保、食品、医药、电子、电力、 冶金、轻纺、海水淡化等领域。
膜分离过程的推动力有浓度差、压力差和电 位差等。
2、分类
（1）按膜的材料分类
（2）按结构分类 对称膜 不对称膜
◆ 对称膜：厚度在10-200um之间，传质阻力由膜的 总厚度决定；
◆ 不 对 称 膜 ： 厚 度 在 0.1-0.5um 的致密皮 层和 50150um厚的多孔亚层构成，传质阻力主要或完全由 很薄的皮层决定。
PVDF膜的SEM图
加入ZnO纳米粒子的PVDF膜的SEM图
加入ZnO纳米粒子的PVDF膜的SEM图
具有选择分离功能的高分子材料的出现，使 上述的分离问题迎刃而解。膜分离过程的主要特 点是以具有选择透过性的膜作为分离的手段，实 现物质分子尺寸的分离和混合物组分的分离。
实践证明，当不能经济地用常规的分离方法 得到较好的分离时，膜分离作为一种分离技术往 往是非常有用的。并且膜技术还可以和常规的分 离方法结合起来使用，使技术投资更为经济。
膜分离技术是利用膜对混合物中各组分的选 择渗透性能的差异来实现分离、提纯和浓缩的新 型分离技术。
分离的类型包括同种物质按不同大小尺寸的 分离；异种物质的分离；不同物质状态的分离等。
在化工单元操作中，常见的分离方法有筛分、 过滤、蒸馏、蒸发、重结晶、萃取、离心分离等。 然而，对于高层次的分离，如分子尺寸的分离、 生物体组分的分离等，采用常规的分离方法是难 以实现的，或达不到精度，或需要损耗极大的能 源而无实用价值。
在此期间，除上述三大膜外，其他类型的膜 也获得很大的发展。80年代气体分离膜的研制成 功，使功能膜的地位又得到了进—步提高。
具有分离选择性的人造液膜是马丁（Martin） 在60年代初研究反渗透时发现的，这种液膜是覆 盖在固体膜之上的，为支撑液膜。
二、膜分离的特点
膜分离过程是一个高效、环保的分离过程， 它是多学科交叉的高新技术，它在物理、化学和 生物性质上可呈现出各种各样的特性，具有较多 的优势。与传统的分离技术如蒸馏、离心、重结 晶、萃取分离等相比，膜分离技术具有以下特点：
◆ 1967年，Du Pont公司研制成功了以尼龙-66为主 要组分的中空纤维反渗透膜组件。
◆ 同一时期，丹麦DDS公司研制成功平板式反渗透膜 组件。反渗透膜开始工业化。
自上世纪60年代中期以来，膜分离技术真正 实现了工业化。
首先出现的分离膜是超过滤膜（简称UF膜）、 微 孔 过 滤 膜 （ 简 称 MF 膜 ） 和 反 渗 透 膜 （ 简 称 RO 膜）。
致密膜（均质膜） 多孔膜
（3）按膜的分离原理和推动力的不同分类
微孔过滤膜、超过滤膜、反渗透膜、纳滤膜、 渗析膜、电渗析膜、渗透蒸发膜等。
（4）按宏观形态分类 平板膜、管状膜、中空纤维膜等。
◆ 均质膜：没有宏观的孔洞，某些气体和液体的透 过是通过分子在膜中的溶解和扩散运动实现的；
◆ 多孔膜：有固定的孔洞，依据不同的孔径对物质 进行截留来实现分离过程的。