膜技术 1
膜科学与技术1
膜科学与技术1论文题目：膜科学与技术摘要：膜科学与技术是一门集传统化学、物理学与工程学于一体的交叉学科。
本文从膜科学的概念、应用和发展前景三个方面进行探讨。
首先介绍了膜的基本概念和分类，指出了膜科学对于环境保护和资源利用具有重要的作用。
然后详细阐述了膜科技在水处理、气体分离、食品加工、医药制造等领域的应用现状以及膜技术的优缺点。
最后，本文展望了膜科学技术的发展前景以及对于科技进步和社会经济发展的积极作用。
关键词：膜科学；膜技术；应用；发展前景1.引言随着人口的日益增长和工业的飞速发展，环境和资源的问题日益凸显。
为了解决这些问题，为了保护环境和利用资源，各国纷纷加大了对绿色环保科研的投入。
膜科技作为一种新型的分离技术，具有非常重要的应用价值。
本文旨在从膜科学的概念、应用和发展前景三个方面进行探讨，旨在对于膜科学概念的了解、膜技术在工业、环保、医药等领域的应用和膜科学未来的发展趋势有一定的了解。
2.膜科学的概念膜科学是涉及膜过滤、膜分离、反渗透处理与膜传递等方面的交叉学科。
膜是一种具有高选择性和渗透能力的分离材料，它的具体形态有平板、螺旋、纤维等多种形式。
根据膜的结构，可分为微滤膜、超滤膜、反渗透膜、气体分离膜等多种。
根据不同的处理手段及压差，膜分离可分为超滤、纳滤、微滤、气体分离和反渗透等各种不同的技术。
膜科学在现代化学领域中发挥着越来越重要的作用。
它的应用包括环境治理、纯化、再利用、化学品生产、生物技术等多个领域。
因此，膜科学技术的研究与发展越来越引人注目，并获得广泛的应用。
3.膜技术的应用3.1 水处理水资源是人类生存和发展的基础，尤其是在水资源短缺的情况下，普及膜技术，实现水的再利用及对水的治理呼之欲出。
膜技术在水处理中的应用主要采用Ultra-Low Pressure (ULP)、Membane Bio-reactor (MBR)等方法进行。
MBR技术是利用微生物将废水中的有机物、氮和磷等物质进行去除，并借助微孔膜和纳滤膜进行过滤处理。
第四章 膜技术
3）控制蒸发沉淀
控制蒸发沉淀是将聚合物溶解在一个溶剂 和非溶剂的混合物中（这种混合物作为聚合物 的溶剂）。由于溶剂比非溶剂更容易挥发，所 以蒸发过程中非溶剂和聚合物的含量会越来越 高，最终导致聚合物沉淀并形成带皮层的膜。
4）热沉淀
把溶于混合溶剂或单一溶剂的聚合物溶液 冷却而导致分相。溶剂的蒸发通常形成带皮层 的膜。
第四章 膜技术及其应用
第一节 膜技术简介 膜技术是一种新兴技术，由于其多学科的特点， 膜技术已经成为工业上气体分离、水溶液分离、化学产 品和生化产品的分离和纯化的重要过程。然而，对不同 分离过程之间作比较是很困难的。目前膜过程已广泛用 于许多领域并不断扩展。膜技术的优点可以概括为： 可实现连续分离； 能耗通常较低； 易与其它单元操作过程结合（联合过程）； 易于在温和条件下实现分离； 易于放大； 膜的性能可以调节； 不需要添加物。
2、拉伸法制膜
这种方法是将部分结晶化聚合物材料（聚 四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯）挤压成膜，然后 沿垂直于挤压方向拉伸，使结晶区域平行于挤 压方向。在机械应力作用下，会发生小的断纹， 从而得到多孔结构。膜孔径范围0.1μm ~3μm。 只有结晶化或半结晶化材料适合此制膜工艺， 制得的膜的孔隙率高达90%。
膜的பைடு நூலகம்义
膜从广义上可以为两相之间的一个不连续区间。 这个区间的三维量度中的一度和其余两度相比 要小很多。膜一般很薄，厚度从几微米、几十 微米至几百微米之间。而长度、厚度则以米计。 膜可以是固相、液相、甚至是气相，其中以固 体膜应用最广。气体原则上可构成膜，但应用 及研究少之又少。
2、渗透通量
单位时间内通过单位膜面积的组分的量称 为该组分的渗透通量，其定义式如下： Ji=Mi/(A· t) 式中：Ji-----渗透通量，g/(m2· h) Mi----组分i的透过量，g A-----膜的面积，m2 T------操作时间，h 渗透通量与组分的性质、膜的结构性质以 及温度、压力、原液组成和流动状态等操作条 件有关。
膜科学与技术1
1995 Marcel Mulder. Basic Principles of Membrane Technology, second edition. 。
6. 按仅处理供的学物质习: 参考，请勿侵权
液体分离膜 , 气体分离膜
7. 按是否带电:
荷电膜, 中性膜
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1.4 膜过程定义与一般特征
• 膜过程是组分在某种推动
推动力
力的作用仅下供，学在由习膜参隔开考，请勿侵权
的两相之间的传递。
流
流
体
体
2 1
• 通过膜过程，膜的功能得以
膜
实现。
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1.5 膜过程分类
– –
吸萃附取，，仅吸结收晶供，—学—吸亲收习和—性—参不溶同解考性，不同请勿侵权
– 电泳——电荷不同
– 过滤——颗粒大小不同
– 沉降——重力不同
– 离心分离——密度不同
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膜分离过程依据的物性差别
1. 依分子大小的差别。可认为是过滤的延续，如 MF，UF，及部分RO，NF，GS等。
膜分离与仅一般供过学滤的习数量参级考比较，： 请勿侵权
的景色。意译法：太阳升起，山林里雾气开始消散，烟云聚拢，山谷又开始显得昏暗，清晨自暗而明，薄暮又自明而暗，如此暗明变化的，就是山中的朝暮。春天野花绽开并散发出阵阵幽香，夏日佳树繁茂
并形成一片浓荫，秋天风高气爽，霜色洁白，冬日水枯而石底上露，如此，就是山中的四季。【教学提示】翻译有直译与意译两种方式，直译锻炼学生用语的准确性，但可能会降低译文的美感；意译可加强
膜技术
膜分离技术膜分离（membrane separation）利用具有一定选择性/透过特性的过滤介质进行物质的分离纯化，是人类最早应用的分离技术之一。
人类对于膜现象的研究源于1748年，然而认识到膜的功能并用于为人类服务，却经历了200多年的漫长过程。
人们对膜进行科学研究则是近几十年来的事。
1950年W.Juda试制出选择透过性能的离子交换膜，奠定了电渗析的实用化基础。
1960年Loeb和Souriringan首次研制成世界上具有历史意义的非对称反渗透膜，这在膜分离技术发展中是一个重要的突破，使膜分离技术进入了大规模工业化应用的时代。
其发展的历史大致为：30年代微孔过滤，40年代透析；50年代电渗析；60年代反渗透；70年代超滤和液膜；80年代气体分离；90年代渗透汽化。
此外以膜为基础的其它新型分离过程，以及膜分离与其它分离过程结合的集成过程(Integrated Membrane Process)也日益得到重视和发展。
膜分离技术广泛应用于化工、食品、生物发酵、制药、电子、纺织和环保等领域，就生物发酵工业而言，膜技术已用于对酶、蛋白质、生物制品等物质的分离、浓缩和纯化。
在我国，膜技术的发展是从1958年离子交换膜研究开始的。
65年开始对反渗透膜进行探索，66年上海化工厂聚乙烯异相离子交换膜正式投产，为电渗析工业应用奠定了基础。
67年海水淡化会战对我国膜科学技术的进步起了积极的推动作用。
70年代相继对电渗析、反渗透、超滤和微滤膜及组件进行研究开发，80年代进入推广应用阶段。
80年代中期我国气体分离膜的研究取得长足进步，1985年中国科学院大连化物所首次研制成功中空纤维N2/H2分离器, 主要性能指标接近国外同类产品指标, 现已投入批量生产, 每套成本仅为进口装置的1/3。
我国渗透汽化(PV)过程研究开始于1984年, 进入90年代以来, 复合膜的制备取得了较大进展, 1992年, 我系研制的改性PVA/PAN 复合膜通过技术鉴定, 98年在燕化建立我国第一个千吨级苯脱水示范工程, 为我国PV 技术的工业化应用奠定了基础。
膜处理技术汇总,详解现有膜处理原理及应用！
膜处理技术汇总,详解现有膜处理原理及应用！2018-02-01目前膜技术作为一个古老但是新兴的技术，技术开发越来越深入，应用范围越来越广泛，本文总结目前世界上现有的膜处理技术，详细介绍各种膜技术的原因及应用领域！一、微滤（MF）膜技术1 微滤(MF)的基本原理微滤膜能截留0.1-1微米之间的颗粒。
微滤膜允许大分子和溶解性固体（无机盐）等通过，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：0.3-7bar。
微滤膜过滤是世界上开发应用最早的膜技术，以天然或人工合成的高分子化合物作为膜材料。
对微滤膜而言，其分离机理主要是筛分截留。
2 微滤膜的应用1、水处理行业:水中悬浮物，微小粒子和细菌的去除;2、电子工业:半导体工业超纯水、集成电路清洗用水终端处理;3、制药行业:医用纯水除菌、除热原，药物除菌;4、医疗行业:除去组织液、抗菌素、血清、血浆蛋白质等多种溶液中的菌体;5、食品工业:饮料、酒类、酱油、醋等食品中的悬浊物、微生物和异味杂质、酵母和霉菌的去除，果汁的澄清过滤。
6、化学工业:各种化学品的过滤澄清。
二、超滤（UF）膜技术1超滤（UF）原理超滤(Ultra-filtration, UF)是一种能将溶液进行净化和分离的膜分离技术。
超滤膜系统是以超滤膜丝为过滤介质，膜两侧的压力差为驱动力的溶液分离装置。
超滤膜只允许溶液中的溶剂(如水分子)、无机盐及小分子有机物透过，而将溶液中的悬浮物、胶体、蛋白质和微生物等大分子物质截留，从而达到净化和分离的目的。
超滤过滤孔径和截留分子量的范围一直以来定义较为模糊，一般认为超滤膜的过滤孔径为0.001-0.1微米，截留分子量(Molecular weigh cut-off, MWCO)为1,000-1,000,000 Dalton。
严格意义上来说超滤膜的过滤孔径为0.001-0.01微米，截留分子量为1,000-300,000 Dalton。
若过滤孔径大于0.01微米，或截留分子量大于300,000 Dalton的微孔膜就应该定义为微滤膜或精滤膜。
膜技术
硝酸纤维素由纤维素和硝酸制成，广泛用作透析 膜和微滤膜材料。
2.聚砜类
聚砜类是一类具有高机械强度的工程塑料 优点：耐酸、碱。 缺点：耐有机溶剂的性能差。
目前产量最大的高聚物膜材料。聚芳醚砜（PES）、酚 酞 型 聚 醚 砜 （ PES-C ） 、 聚 醚 酮 （ PEK ） 、 聚 醚 醚 酮 （PEEK）也是制造超滤、微滤和气体分离膜的材料。
氧化铝膜是目前工业上最常用的一种无机分离 膜已有孔径为0.2μm的微滤膜和4nm的超滤膜等各种 规格商品出售。
三、高聚物分离膜的形态结构
按形态分类为：均质膜和非均质膜。
均质膜是指上下左右任何一部分都具有相同的形态和 化学组成。可以是致密的也可以是多孔的，这类膜的透量 一般比较小，主要用于电渗析和个别气体的分离。非对称 模式是使用最广泛的一种分离膜，也可以说是分离膜形态 结构上的特征。
第十章 膜技术
第一节 概述
膜分离是在20世纪初出现，60年代后迅速崛起的 一门分离技术。膜分离是利用一张特殊制造的，具有 选择透过性能的薄膜，在外力推动下对混合物进行分 离、提纯、浓缩的一种分离新方法。
薄膜分能透过与不能透过两种，一般为固定膜。
一、膜分离的基本原理
1、根据它们物理性质的不同——主要是质量、体 积大小和几何形态差异，用过筛的办法将其分离。
提高4%左右
第二节 膜分离
一、分离膜应具备的基本条件 1.分离性─组成具有选择透过的能力 分离能力适度，并不是愈大愈好，牺牲一部分透量。
分离能力取决于膜材料的化学特性和分离膜的形态结构。
2.透过性
有选择透过是分离膜的最基本条件，除去的物质透 过速度越低越好，需要的物质透过越快越好。二者速 度之比，代表分离效率。
膜技术简介全
4、膜分离技术在现代生物技术中的应用
膜已经成为生物技术工程中不可缺少的一部 分。发酵培养基的灭菌过滤、缓冲剂的纯 化和蛋白质产品的制备都经常应用膜分离 技术。其中，病毒过滤是确保生物制品安 全性最常见的单元分离过程。一些病毒具 有强的耐热和耐化学性质，采用加热和化 学失活的方法不能完全杀死这些病毒，而 选择适当微滤或超滤膜则可以有效去除这 些病毒。因此，膜分离技术已成为确保现 代生物制品纯度、安全和效用的基本技术 。
1、按膜材料分类
• 纤维素及其衍生物膜 • 聚砜膜、聚酰胺、聚酰亚胺膜 • 聚丙烯腈膜、聚烯烃膜 • 聚乙烯醇膜、硅橡胶膜 • 陶瓷膜 • 金属膜 • 液膜
2、按制备工艺分类
• 溶液相转化膜 • 熔融挤出膜 • 拉伸膜 • 复合膜 • 核踪痕膜 • 动力形成膜
3、按外形分类
• 片状膜 • 管状膜 • 中空纤维膜
压力差
1001000KPa
0.02-10um 1-20nm
筛分 筛分
多孔膜 非对称膜
纳滤 NF
小分子
脱除大分 子
压力差
5001500KPa
非对称膜 1nm以上 溶解扩散 或复合膜
反渗透 RO
溶剂
压力差
脱除溶质
100010000KPa
0.1-1nm
非对称膜 优先吸附 或复合膜
RO、NF、UF、MF分离示意图
一、膜 科 学
1、膜定义 2、膜结构 3、膜分离机理 4、膜技术特点 5、影响膜的因素 6、膜分离操作方式 7、表征膜性能的参数
1、膜定义
膜：膜是在两相之间通过压力实现分离的一 种物质
1.1、膜不是单纯的隔板或栅栏，它具有分离 功能，对不同物质具有选择透过性；
1.2、膜可以是固体、液体、气体等； 1.3、膜具有良好的机械强度和化学稳定性。
膜技术
（4）常用蒸发源的形状 可以采用电阻加热蒸 发的膜料有金属、介质、 半导体，它们中有先熔化 成液体然后再汽化的蒸发 材料，也有直接从固态汽 化的升华材料，有块状、 丝状，也有粉状。 支撑材料臵的缺点之一是来自坩埚、加热元件以及各种支撑
部件的可能的污染。另外，电阻加热法的加热功率或加热温度 也有一定的限制。因此其不适用于高纯或难熔物质的蒸发。 电子束蒸发装臵的优点：1）能克服电阻加热方法可能受到坩 埚、加热元件以及各种支撑部件的污染的缺点。 在电子束加热装臵中，被加热的物质被放臵于水冷的坩埚中， 电子束只轰击到其中很少的一部分物质，而其余的大部分物质 在坩埚的冷却作用下一直处于很低的温度，即后者实际上变成 了被蒸发物质的坩埚。 2）能克服电阻加热方法受到加热功率或加热温度的限制。 3）电子束蒸发沉积装臵中可以安臵多个坩埚，这使得人们可 以同时分别蒸发和沉积多种不同的物质。 电子束蒸发法的缺点是，电子束的绝大部分能量要被坩埚的水 冷系统带走，因而其热效率较低。另外，过高的加热功率也会 对整个薄膜沉积系统形成较强的热辐射。
1、电阻加热蒸发 常用的电阻加热蒸发法是将待蒸发材料放置在电阻加热装置中， 通过电路中的电阻加热给待沉积材料提供蒸发热使其汽化。 （1）常用蒸发源/蒸发加热装置材料及其特性
平衡温度
蒸发源材 料 钨（W） 钽（Ta） 钼（Mo） 铌（Nb） 铂（Pt）
熔点/℃
3410 2996 2617 2468 1772
真空蒸发镀膜的优缺点： 优点：设备比较简单、操作容易；制成的薄膜
纯度高、质量好，厚度可较准确控制；成膜速 率快、效率高，用掩膜可以获得清晰图形；大 多数材料都可以作为膜层材料蒸发。 缺点：不容易获得结晶结构的薄膜，所形成的 薄膜与基板的附着力较小，工艺重复性不够好 等。
第9章-膜技术
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中空纤维式
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三、应用 1.苦咸水、海水淡化： 世界上最大的海水反渗透淡化装置为20万吨/ 日，能耗比电渗析低，为1.45 kwh/t， 电渗 析为5kwh/t
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2.饮用水处理新工艺: MF---UF---NF 家用净水器（活性炭－MF） 3.纯水制备: UF-RO
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4.废水深度处理： •二级生物处理出水--MF--RO •美国加州21世纪水处理回用厂，就是将二 级生物处理出水，经一定的预处理后经反 渗透处理后回灌地下水。 •膜-生物反应器
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膜 对
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隔板甲和隔板乙连接的配水孔与流水道的布 水槽位置不同。
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一级：一对正、负极之间的膜堆 一段：具有同一水流方向的并联膜堆 增加段数：加长水的流程长度，增加脱盐效率。 增加膜对数：提高水处理量 增加级数：降低两个电极之间的电压
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基本组装方式
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四、电流效率与极限电流密度 1．电流效率 η＝实际去除的盐量m1/理论去除量m2 ×100％ m1＝q(C1-C2) t MB /1000 q：一个淡室的出水量, L/s C1，C2：进出水含盐量, mmol/L t：通电时间, s MB：物质的摩尔质量, g/mol 依据法拉第定律：m2=I t MB/F F：法拉第常数；I：电流强度，A
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处理生活污水出水水质
50 Concentration (mg/L) 40 30 20 10 0 COD BOD SS NH3-N E.Coli Membrane effluent Standard
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5.工业废水处理： •回收有用物质：涂料、羊毛脂、染料、 纸浆等——UF •处理重金属废水，回收重金属：如处理 镀镍废水，镍回收率可达99％——RO
膜分离技术
选择性透膜
膜上游
透膜
膜下游
膜分离过程原理：以选择性透膜为分离介质，通过在膜两边施 加一个推动力（如浓度差、压力差或电位差等）时，使原料 侧组分选择性地透过膜，以达到分离提纯的目的。通常膜原料 侧称为膜上游，透过侧称为膜下游。
• 分离膜种类
阳离子膜
带电膜
高分子膜
阴离子膜 过滤膜
分 离 膜
非带电膜 液体膜 生物膜
薄层，然后控制温度和湿度，使溶液缓缓蒸发，经过相转
化就形成了由液相转化为固相的膜， 其工艺框图可表示如下：
聚合物
溶剂
添加剂
均质制膜液
流涎法制成平板型、圆管型；纺丝法制成中空纤维
蒸出部分溶剂
凝固液浸渍
水洗
后处理
L—S法制膜 工艺流程图
非对称膜
复合制膜工艺
由L—S法制的膜，起分离作用的仅是接触空气 的极薄一层，称为表面致密层。它的厚度约0.25～
• 金属膜的制作过程大致类似，区别是胚体为不锈钢材质。
1.4 膜的制备
膜的制备工艺对分离膜的性能十分重要。同样的材料， 由于不同的制作工艺和控制条件，其性能差别很大。合理 的、先进的制膜工艺是制造优良性能分离膜的重要保证。
目前，国内外的制膜方法很多，其中最实用的是相转
化法（流涎法和纺丝法）和复合膜化法。
聚酰亚胺具有很好的热稳定性和耐有机溶剂能力，因
此是一类较好的膜材料。
离子性聚合物可用于制备离子交换膜。与离
子交换树脂相同，离子交换膜也可分为强酸型阳
离子膜、弱酸型阳离子膜、强碱型阴离子膜和弱
碱型阴离子膜等。在淡化海水的应用中，主要使
用的是强酸型阳离子交换膜。磺化聚苯醚膜和磺
化聚砜膜是最常用的两种离子聚合物膜。
膜科学与技术1
《膜科学与技术》杂志聘请国际知名膜专家7人、院士4人、国内膜科技领域的知名专家、教授51人作为我刊编委。
编委会主任委员：杨兴强
副主任委员：王世昌（天津大学）王晓琳(清华) 刘忠洲（化学所）徐南平（南京工业大学）戴猷元（清华大学）
编委：万印华王宇彤（蓝心星总经理）王志（天津大学）王金渠（大连理工）曹义鸣(大连理工)王建军（蓝星）邓麦村（中科院）邢卫红(南京工业大学) 吕晓龙 (天津工业大学)许振良（华东理工）孙本惠（北化）张卫东（北化）杨万泰纪树兰（北京工业）杜启云（膜天膜）李文俊（复旦）吴光夏（中科院）吴庸烈（化学所）陆晓峰（中科院上海）陈观文（化学所）陈翠仙（清华）李继定（清华）武江津（科学院北京）孟广耀（中科大）徐铜文（中科大）赵孔双（北师大）贺高红（大连理工）顾忠茂（中科院）徐平（海德能）徐又一徐志康陈欢林俞三传（国家海洋局杭州水处理技术研究开发中心）郭立玮（南京中医大学）黄霞（清华）褚良银（川大）于品早马润宇王熊田瑞金万勤祝振鑫龚承元
高级顾问：汪家鼎袁权高从堦
国外高级顾问(以姓氏的英文字母顺序排列.In the alpherbetical order of the last name)：
恩瑞克•德利奥里(Enrico Drioli),意大利
托尼•范(A.G.Fane)，澳大利亚
何文寿(W.S.Winston Ho)，美国
威廉•卡洛斯(Willian J.Koros)，美国
木村尚史(Shoji Kimura),日本
黎念之(Norman N.Li)，美国
文昇铉（S.H.Moon），韩国
亨勒尔•斯特拉斯曼(Heiner Strathmann),德国。
膜技术
1.膜的定义膜是一种选择性壁障。
2.膜分离技术的特点（1）是一个高效分离过程（2）膜分离过程能耗低（3）工作温度在常温附近，特别适合处理热过敏物质（4）维护少，可靠度高，操作简便（5）过程模拟和处理能力变化范围大（6）分离效率高，设备体积小，占地少3.膜的分类（选择）①按材料性质：天然生物膜和合成膜（固液气）②按形态结构：多孔膜和非多孔膜（按晶型可分为结晶型和无定型）多孔膜（对称和非对称）；非多孔膜分为整体不对称膜（皮层和支撑层为同一种材料）和复合膜（不同材料）4.相转换膜相转换法又称溶液沉淀法或聚合物沉淀法，是最重要的非多孔膜制备方法沉淀凝胶法（L-S）法制作非多孔膜的步骤：（1）高分子材料溶于溶剂中，并加入添加剂，配成制膜液：（2）制膜液通过流延法制成平板型、圆管型，或用纺丝法制成中空纤维型；（3）使膜中的溶剂部分蒸发（4）将膜浸渍在对高分子是非溶剂的液体中（最常用的是水），液相的膜在液体中便凝胶固化；（5）进行热处理，对非醋酸纤维素膜，如芳香聚酰胺膜，一般不需要热处理；（6）膜的预压处理。
5.复合膜界面聚合法：P23聚砜支撑膜先通过第一单体槽，吸附第一单体后经初步干燥接着进入第二单体槽，在这里反应生成超薄复合膜，再经洗涤去除未反应的单体和干燥后，则得成品复合膜。
6.膜表面与膜材料改性的意义和方法方法：膜表面本体改性和表面改性，分为物理方法和化学方法。
常用的方法有接枝、共聚、交联、等离子或放射线刻蚀、溶剂预处理等。
意义：（1）减小孔径，满足微滤、超滤或者气体分离的要求，或通过修饰将孔封闭，使微孔膜或为致密膜。
（2）通过引入某些元素或化合物，调节微孔膜表面性质，从而达到改变膜的传递与分离机制。
（3）引入某些具体催化性能的活性组分又具有催化活性。
7.渗透和反渗透现象渗透：将浓度不同的两种溶液用只能透过溶剂不能透过溶质的半透膜隔开，假定膜两侧静压力相等，则溶剂在自身化学位差的作用下将自发地从稀溶液侧透过膜扩散到浓溶液侧。
膜科学与技术
膜科学与技术膜科学与技术是一门研究膜的物理、化学、材料、工程学科，主要研究膜的制备、性能和应用。
随着现代科技的发展，膜科学与技术在生产、环保、能源等领域得到了广泛应用，并取得了显著的成果。
本文将就膜科学与技术的概念、研究内容、应用和发展前景等方面进行详细介绍。
一、膜科学与技术概念膜是一种特殊的材料，具有半透性和分离作用。
膜科学与技术是一门涉及物理、化学、材料和工程的综合学科，主要研究和开发各种膜的制备、性能和应用。
它是生产、环保、能源等领域的重要技术支撑，对现代工业的高效、绿色和可持续发展具有重要意义。
二、膜科学与技术的研究内容1、膜材料的研究膜材料是膜的基础，制备好的膜材料不仅要满足分离物质的选择性和通量，还要具有良好的稳定性和耐久性。
因此，研究和开发各种高效、稳定、低能耗的膜材料，是膜科技领域的重要内容之一。
目前，常见的膜材料包括聚合物膜、无机膜、有机膜、复合膜等。
2、膜制备技术膜制备技术是膜科学的核心内容之一。
制备膜的方法和工艺对膜的性能和应用至关重要。
目前，主要的膜制备技术包括凝胶浸渍、溶液浸渍、蒸发凝固、自组装、气相沉积、原子层沉积、等离子体聚合等。
3、膜物理、化学和生物学特性膜的物理、化学和生物学特性决定了膜的分离能力和稳定性。
因此，对膜的物理、化学和生物学特性进行深入的研究，可以提高膜的应用性能和生产效率。
常见的膜物理、化学和生物学特性包括化学成分、分子结构、孔径大小、表面性质等。
4、膜分离技术膜分离技术是目前应用最广的膜技术之一，主要应用于饮用水、海水淡化、污水处理、气体分离等领域。
膜分离技术的发展趋势是发展高效、高通量、高稳定性的膜材料和膜模块，提高膜的分离效率和经济效益。
三、膜科学与技术的应用1、水处理领域在水处理领域，膜科学与技术有着广泛的应用，主要包括饮用水处理、海水淡化、污水处理等。
利用膜分离技术可以高效提取和分离水中的有害物质，保障人们的生产和生活用水安全。
2、能源领域在能源领域，膜技术的应用越来越广泛。
膜技术原理
膜技术原理
膜技术是一种利用半透膜进行分离、浓缩、纯化等操作的工艺技术。
它在水处理、食品加工、医药制备、化工生产等领域有着广泛的应用。
膜技术的原理主要包括膜分离、膜传质和膜反应等方面。
膜分离是膜技术的核心原理之一。
它利用膜对不同物质的选择性渗透性，将混合物中的组分分离开来。
膜分离可以根据不同物质的大小、形状、电荷等特性，通过超滤、纳滤、反渗透等方式实现。
例如，反渗透膜可以有效地去除水中的盐分和杂质，实现水的净化和淡化。
膜传质是指在膜表面或膜孔道内，物质通过膜的传递过程。
它包括了扩散、对流和吸附等传质方式。
在膜传质过程中，膜的孔径、孔道结构、表面性质等因素会影响物质的传递速率和选择性。
因此，在膜技术的应用中，需要根据不同的传质特性选择合适的膜材料和工艺条件，以实现有效的分离和浓缩。
膜反应是指在膜表面或膜孔道内进行化学反应的过程。
膜反应技术结合了传统反应工艺和膜分离技术的优势，可以实现高效的反应和分离。
例如，膜反应器可以在膜表面固定催化剂，利用膜对反应物和产物的选择性传递，实现连续的反应和分离过程。
总的来说，膜技术的原理是利用半透膜的选择性渗透性和传质特性，实现物质的分离、传递和反应。
通过合理选择膜材料、优化工艺条件和设计合适的设备，可以实现高效、节能、环保的生产过程。
膜技术在工业生产和环境保护中有着重要的应用前景，将对各行业的发展起到积极的推动作用。
膜的工程应用
膜的工程应用一、引言膜技术是一种新兴的分离技术，以其高效、节能、环保等特点，被广泛应用于化工、食品、制药等领域。
本文将重点介绍膜的工程应用。
二、膜的分类根据分离机理和材料不同，膜可以分为多种类型。
其中常见的有以下几种：1.微滤膜：用于过滤粗大颗粒和悬浮物，孔径一般在0.1-10μm之间。
2.超滤膜：用于去除溶解性大分子物质和胶体颗粒，孔径一般在0.001-0.1μm之间。
3.纳滤膜：用于去除离子和小分子有机物，孔径一般在0.001μm以下。
4.反渗透膜：用于去除水中溶解性盐类和有机物质，孔径小于0.001μm。
三、化工领域中的应用1. 脱盐水处理反渗透膜是目前最常见的海水淡化技术之一。
通过对海水进行反渗透处理，可以得到优质的淡水资源。
此外，在化工生产中，也经常需要进行脱盐处理，反渗透膜也可以用于这方面的应用。
2. 污水处理在化工生产过程中，会产生大量的废水。
通过膜技术，可以对这些废水进行处理，达到排放标准。
例如，在某些化工厂中，采用纳滤膜和超滤膜对废水进行处理，可以去除其中的悬浮物和有机物质。
3. 分离提纯在化工生产中，经常需要对混合物进行分离提纯。
使用不同孔径的膜可以实现这一目的。
例如，在某些生产过程中，需要从混合物中分离出特定大小的颗粒或溶解性大分子物质，可以使用超滤膜。
四、食品领域中的应用1. 乳制品加工乳制品加工是膜技术在食品领域中最为广泛的应用之一。
通过使用微滤膜和超滤膜等不同孔径的膜进行分离提纯，可以得到高质量的奶制品、乳清等产品。
2. 酒类加工在酒类加工过程中，需要对发酵液进行分离和浓缩。
采用纳滤膜和超滤膜等膜技术，可以实现对发酵液中的微生物、颗粒和有机物质的分离，以及对浓缩液的浓缩。
3. 果汁加工在果汁加工过程中，需要对果汁进行澄清、浓缩等处理。
使用微滤膜和超滤膜等不同孔径的膜可以实现这些目的。
此外，还可以使用反渗透膜进行果汁的去盐处理。
五、制药领域中的应用1. 生物制品生产在生物制品生产过程中，需要进行细胞培养、分离和提纯。
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7、分子量
减小分子量，增加相容性。分子量增加，体系粘度增大，也不利于相容的 动力学过程进行。例如，减小PS分子量，可增加它在IR中的溶解度；酚醛树脂 在硫化胶中的溶解也是如此。 对于均聚物（如PS、PB、IR）与相应接枝共聚物(PS-g-PB)或以段共聚物 （PS-b—IR）间的相容性，取决于均聚物和共聚物中相应嵌段的分子量大小。
3、极 性 高分子的极性愈相近，其相容性愈好。极性越大，分子间作用力越大。分 子间作用力是高分子相容的重要因素。 极性高分子共混时相容性一般较好，如在一定AN含量范围内PVC／NBR，在 一定VAC含量范围内PVC／EVA等； 非（弱）极性高分子共混时相容性一般较差，如PB／IIR，PE／PP，PS／PB， PS／PP等； 极性／非极性高分子共混时一般不相容，如PVC／PB，PVC／PE，氯丁橡胶 （CR）与NR，CR／IR，PVC／NR，PVC／PS，PC／PS，PA／PP等。
δ 与AN含量有关。AN含量20一40%
时NBR／PVC的相容性不断增加。
NBR-18和AN含量26%的NBR-26与PVC只是有限相容，两相界面模糊，仅AN含量 40%的NBR一40与PVC溶液共混时才是均相，只有一个Tg。 在PVC／EVA中相容性随醋酸乙烯（VAC）含量的增加而增加，VAC含量为 65-70%时共混物为单相，45%时为两相。 对氯苯乙烯—邻氯苯乙烯共聚物与PPO共混时，在对氯苯乙烯含量2364%范围内，用量热法观察到单一的Tg。苯乙烯（St）与AN的无规共聚物 （SAN）与PMMA共混时，AN含量在9—27%范围内时，电镜和力学性能表明二 者相容。
聚合物共混改性
—— 聚合物共混物相容性
概
述
聚合物共混物（Polymer Blend）是将两种或两种以 上的聚合物按适当的比例，通过共混，以得到单一聚 合物无法达到的性能的材料。 聚合物共混物不但使各组分性能互补，还可根据实际 需要对其进行设计，以期得到性能优异的新材料。 由于不需要新单体合成、无须新聚合工艺，聚合物共 混物是实现高分子材料高性能化、精细化、功能化和 发展新品种的重要途径。
4、表面张力
熔融共混物，与乳状液相似，其稳定性及分散度由界面两相的表面张力 决定。 共混组分的界面张力愈接近，两相间的浸润、接触和扩散愈好，界面 结合愈好。 完全相容或不相容体系的性能都不理想，最理想的是两相不相容但界 面结合很好的多相体系，其性能显著超过单一组分的性能，而不是简单的 平均值。
5、结晶能力 所谓结晶能力是指可否结晶、结晶难易和最大结晶程度。高分子结晶 能力愈大，分子间的内聚力愈大。因此，共混组分的结晶能力愈相近，其 相容性愈好。凡能使分子链间紧密而又规整排列的因素（包括构型和构象 因素）皆有利于高分子结晶。 在非晶态高分子共混时常有理想的混合行为，如PVC／NBR、PVC／EVA； 在晶态／非晶态（或晶态）高分子共混时，只有出现混晶对才相容。
决定新材料性能的关键因素是什么？ 共混物中的形态结构！聚合物共混物的研究呈现出在共混 过程中对材料的相态进行控制的趋势。 聚合物共混体系相行为研究的首要的基本问题是什么？ 相容性！ 聚合物共混物的形态控制主要由热力学和动力学两方面的 因素决定。 作为热力学因素的聚合物共混物中各组分之间的相容性是 关键因素。
谢谢！
聚合物共混物相容性的判据和测定方法
1. 目测法（浊度法） 目测法（浊度法） 按照定义，稳定的均相混合物是透明的，而不稳定的非均相混合 物，除非它各组分的折射率相同，否则都是混浊。 利用试样光学透明性的变化作为相转变的证据。
2、玻璃化转变法
玻璃化转变法测定聚合物—聚合物的相容性，主要是基于如下的原 则：聚合物共混物的玻璃化转变温度与两种聚合物分子级的混合程度有 直接关系。 若两种聚合物组分相容，共混物为均相体系，就只有一个玻璃化温 度，此玻璃化温度决定于两组分的玻璃化温度和体积分数。 若两组分完全不相容，形成界面明显的两相结构，就有两个玻璃化 温度，分别等于两组分的玻璃化温度。 部分相容的体系介于上述两种极限情况之间。
聚合物共混物的研究开始于1912年的橡胶增韧聚苯 乙烯。此后，有关聚合物共混物的研究取得许多重大 成果。 以高抗冲聚苯乙烯（HIPS）为代表的增韧塑料的生 产及其增韧机理的阐明； 以EPDM/PP为代表的热塑性弹性体的开发； 微相分离理论的成功以及对于相容高分子合金体系中 特殊相互作用和分子内相互排斥作用的研究进展，都 可以认为是该领域发展的里程碑。
对部分相容的聚合物—聚合物体系，归纳起来有以下几种类型： (1)表现最高临界相容温度(UCST)行为。最高临界混溶温度是指 这样的温度：超过此温度，体系完全相容，为热力学稳定的均相体系； 低于此温度，为部分相容，在一定的组成范围内产生相分离。 (2)表现最低临界相容温度(LCST)行为。所谓最低临界相容温度 是指这样的温度：低于此温度，体系完全相容，高于此温度为部分相 容。 (3)同时存在最高临界相容温度和最低临界相容温度。 具有最高临界相容温度的例子有：天然橡胶—丁苯橡胶、聚异丁 烯一聚二甲基硅氧烷、聚苯乙烯—聚异戊二烯。 具有最低临界相容温度的例子有：聚苯乙烯—聚乙烯甲基醚、聚 己内酯一苯乙烯－丙烯睛共聚物等。 同时存在LCST及UCST的例子有：聚甲基丙烯酸甲酯—氯化聚乙 烯以及聚苯乙烯－聚苯醚(PS/PPO)等。
稳定态与亚稳态示意图
影响聚合物共混物相容性的因素
1、溶解度参数 δ 高分子共混的过程实际上是分子链间相互扩散的过程，受到 分子链间作用力的制约。内聚能密度△E / V（简称CED）是分子 链间作用力大小的量度。但由于高分子不能气化而无法直接测定 其CED，因而常用溶度参数（CED的开方值）来表征分子链间作用 力的大小。
机械相容性（Compatibility），是指能得到具有良好物理、机械性能
的共混材料时聚合物共混物之间的相容性。这时，共混时聚合物各组分间 存在一定的相界面亲合力、且分散较为均匀，分散相粒子尺寸不太大。
聚合物之间的相容性如何？ 聚合物之间的相容性如何？
真正在热力学上完全相容的聚合物对并不多，大多数聚合物之 间在热力学上不相容或只有部分相容性。1972年，Krauser公布了 342对聚合物，其中只有33对完全相容，46对部分相容，其余都是 不相容的。 原因？ 聚合物分子链或者链段移动困难，混合熵很小，所以仅当聚合物 之间存在很强的相互作用或者组分自身链段之间的斥力大于组分之间 链段的斥力时，才可能完全相容。
橡胶增韧塑料(a)和热塑性弹性体(b)的典型动态力学性能温度谱
非晶态高聚物－高聚物共 混物的动态力学性能温度 谱随组元高聚物混溶性的 变化示意图
红外光谱法
红外光谱法研究聚合物相容性的原理：对于相容的聚合物 共混体系，由于异种聚合物分子之间有强的相互作用，其所产 生的光谱相对于两聚合物组分的光谱谱带产生较大的偏离(谱带 频率移动及峰形的不对称加宽等)，由此而表征相容性的大小。 对于完全不相容的共混聚合物体系，表征两聚合物组分的 特征吸收谱带能够很好地重现而未发生变化。 聚合物之间相容性难以用谱带偏离程度进行定量表征。
高分子间的
δ
越接近，其相容性越好。例如，PVC／NBR体系中PVC的
δ
为9.4—9.7，在一定AN范围内NBR的
δ
为9.3—9.5，二者的
δ
相近，
相容性较好。PVC与乙烯一醋酸乙烯共聚物（EVA）、PS与聚2，6—二甲 基—1，4-苯撑氧（PPO）皆因 —δ相近而Leabharlann 容。PS与聚丁二烯（PB）的
δ 相差较大（ ∆δ ＞0.7），相容性较差。PVC与
高分子—高分子共混原则 高分子 高分子共混原则
(1) 极性相匹配原则 极性相匹配原则。与选择溶剂的情形类同，两相高分子材料极性相似，有 助于混溶。 (2) 表面张力相近原则 表面张力相近原则，这是一条胶体化学原则。因为表面张力相近，易在两 种混合高分子颗粒表面接触处形成较稳定的界面层，从而提高共混稳定性。 (3) 扩散能力相近原则 扩散能力相近原则，这是一条分子动力学原则。已知在界面层上两相高分 子链段相互渗透，扩散。若扩散能力相近，易形成浓度变化较为对称的界面 扩散层，提高材料物理、力学性能。 等粘度原则，这是一条流变学原则。指两相高分子熔体或溶液粘度接近， (4) 等粘度原则 易混合均匀混合。若粘度相差较大、易发生“软包硬”、相分离的想象，影 响共混质量。 (5) 溶解度参数相近原则 溶解度参数相近原则。这是一条热力学原则。两相共混的目的是取长补短， 升发新性能，因此并不要求两相一定达到分子级的均匀混合，而希望各相保 持各自的特性，一般要求达到微米级的多相结构即可，即所谓“宏观均相， 微观非均相”的分相而又不分离的状态。但是，为了混合的稳定性，为了提 高力学性能，要求两相颗粒界面之间有一定的微小混溶层。
聚合物共混的目的
采用共混方法获得的多组分聚合物材料兼具各组分 的优点，取长补短，可以表现出良好的综合性能，扩大 了高分子材料的应用领域。 最典型的例子
橡胶填充塑料： HIPS、超韧尼龙、增韧PP 、超韧尼龙、增韧 塑料填充橡胶： 塑料填充橡胶： 增强橡胶
聚合物共混的意义
（1）聚合物共混物可以消除和弥补单一聚合物性能上的弱点， 取长补短，得到综合性能优良、均衡的理想聚合物材料； （2）使用少量的某一聚合物可以作为另一聚合物的改性剂， 改性效果明显； （3）改善聚合物的加工性能； （4）通过结构设计，可以制备一系列具有崭新性能的聚合物 材料。
衡量聚合物相容性的三个方面
（1）热力学角度 指不同聚合物在分子尺度上的混容； （2）相结构的大小 两种聚合物混合时没有相分离的明显迹象； （3）共混物的性能 聚合物的共混物具有所希望的物理性质。
聚合物共混物相容性概念
所谓聚合物之间的相容性（Miscibility），从热力学角度而言，是指 在任何比例混合时，都能形成分子分散的、热力学稳定的均相体系，即在 平衡态下聚合物大分子达到分子水平或链段水平的均匀分散。
6、粘度
由于高分子的粘度很大，具有动力学稳定性，因而共混物的相行为极为 缓慢。在NR／IR中，二者的结构相同，但出于粘度相差悬殊而不相容。可见， 粘度对相容性的影响较大。 高分子的粘度愈相近，其相容性愈好。例如，在NR／BR中，出现最小微 相结构对二者的分子量正好相当；在NR／SBR中，两组分的门尼粘度愈接近时 其微相结构愈小。