高分子膜材料

高分子膜材料

高分子材料是材料领域中的新秀，它的出现带来了材料领域中的重大变革。目前高分子材料在尖端技术、国防建设和国民经济各个领域得到广泛的应用，已经成为现代社会生活中衣、食、住、行、用各个方面所不可缺少的材料。高分子材料不仅成为工农生产及人们日常生活中不可缺少的材料，也成为发展高新技术所需要的高性能结构材料、高功能材料以及满足各种特殊用途的专用材料。

自从20世纪20年代高分子科学建立以来，功能高分子就随之发展起来。至今已成为高分子科学中的一重要部分，新型功能高分子材料更是在材料科学领域中充满活力。例如特种高分子材料、分离功能高分子材料、高分子微球材料、导电高分子材料、光学性能高分子材料、医用高分子材料等等。这些新材料将成为高分子材料的希望。

膜技术是当代高校分离新技术，与传统分离技术相比，它具有分离效率高、能耗低、占地面积小、过程简单、操作方便、不污染环境、便于与其他技术集成等非常突出的优点。在当今世界能源、水资源短缺，水和污染日益严重的情况下，膜分离科学得到了世界各国的重视，成为实现经济可持续发展的的重要组成部分。世界著名化学与膜科学专家黎念之院士在访问我国时说：“谁掌握了膜技术，谁就掌握了化工业的未来。”因此，膜技术的发展将有力地推动我国相关行业的发展。

一、高分子膜的分类

1、按膜的材料分

按置备膜的材料种类来分，可将高分子分离膜分为纤维素脂类和非纤维素脂类。

2、按膜的分离原理及适用范围分

根据分离膜的分离原理和推动力的不同，可将其分为微孔膜、超过滤膜、反渗透膜、纳滤膜、渗析膜、电渗析膜、渗透蒸发膜等。

3、按膜断面的物理形态分

根据分离膜断面的物理形态不同，可将其分为对称膜、不对称膜、复合膜、平板膜、管式膜、中空纤维膜等。

4、按功能分类

按高分子膜的按功能分类分为离子膜（包括气体分离膜、液体分离膜、液体分离膜、离子交换膜、化学功能膜）、能量转化功能膜（包括浓差量转化膜、光能转化膜、机械能转化膜、电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。

二、高分子膜的分离机理

分离膜的基本功能是从物质中有选择性的透过或输送特定的物质，例如分子、离子、电子等。更形象的讲就如生物膜一样，具有选择透过性，就像我们的皮肤。然而不同的分离膜仍然具有不同的分离机理。就气体分离膜而言，不同种类的膜分离机理也不尽相同。因此，对于分离膜的机理尚无完善的理论。

三、高分子膜的应用

高分子膜的种类丰富，应用也极其广泛。因此着重研究反渗透膜和纳滤膜的应用。反渗透膜和渗透膜都主要应用在水的治理过程中。面对当前淡水紧缺、水源污染的问题，反渗透膜和渗透膜的研究有着举足轻重的地位。

反渗透膜即通过在待分离液一侧加上比渗透压高的压力，使得原液中的溶剂压到半透膜的另一边。反渗透膜也称不对称膜。

在反渗透的应用分类上，人们一般根据进料液的浓度和膜的操作压力将膜分为海水膜、苦咸水膜和低压纳滤膜。反渗透膜的应用领域约50%用于苦咸水和海水淡化，40%用于电子工业、制药业以及发电厂的超纯水制备中，而其余的则用于污染物处理和生物食品的加工分离方面。反渗透膜时工业上有效的最新的水脱盐方式之一。与其他方式相比，不仅可适用于很广的进水盐度范围，其用途也是最多的。

海水由于盐度高，世界上仍以多级闪蒸法为主，多级闪蒸的能量可以从附近发电厂的费蒸汽中获得，所以在中东地区有大量的多级闪蒸淡化厂。相比之下，反渗透的优点在于能耗低、投入低、占地少、设备腐蚀较小及开关机方便等。在规模处理时，是一种具有很强经济性的淡化技术。

除此以外，反渗透膜还应用在纯水和超纯水的制备当中。超纯水一般是从饮用自来水中进一步纯化制备的，常用于半导体器件加工过程中的清洗用水。用反渗透膜可以很轻易的除去水中的盐分，有机物等。比从电荷原理出发简单方便许多，并且纯度很好。

但是，反渗透作用也有不好的一点。在用反渗透大量制备纯水方面，水中直接饮用的营养和有益的离子也同时被除去，因此该方法存在争议。

纳滤膜是20世纪80年代在反渗透复合膜基础上开发出来的，是超低压反渗透技术的延续和发展分支，早起被称作低压反渗透膜或松散反渗透膜，但现已成为独立的分离技术。纳滤膜的应用主要集中在废水处理方面。应用时一般与其他

传统方法相结合（吸附、氧化、生化法），这样可以减轻膜工艺前期处理的难度，使得膜过程比较有效的将化学物质与水分开。被纳滤膜所截取的化学物质可以在过程中浓缩20-50倍。这样就可以直接回收利用或直接焚烧等将其彻底处理，作为透过液的水则可以循环使用或者用于绿化水。

总而言之，反渗透膜和纳滤膜在水处理和水净化方面有着重大的应用。面对当前的缺水危机，新的水处理手段将为我们开辟一条新的可持续发展的道路。当然反渗透膜和渗透膜只是高分子膜中的极小分支，高分子膜的应用领域更加的广泛。

四、高分子膜的发展趋势

与先进国家相比，我国的膜分离技术和水平还存在相当大的差距，主要表现在研究成果周期长且转化率低；分离膜品种少，性能低，一些高性能的膜还依赖于进口。目前在我国微滤、超滤、纳滤、反渗透以及电渗析膜的分离技术已相当成熟。但膜材料水平较低，为了解决膜产业发展首先要解决膜材料结构的可控制制备，再提高膜材料的性能，从而进一步发展我国的高分子膜产业。

综上所述，高分子膜材料是一种新兴的材料，它的应用在环境保护，资源有效利用方面有着不可忽视的重要意义。因此，发展高分子膜产业对于我国的可持续发展是非常有利的。我们应不断探索创新，开辟出新的天地。

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