功能高分子材料课件 第六章 高分子功能膜[学习内容]

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海水的淡化
特选内容
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3）液膜分离
液膜与料液和接受液互不混溶，液液两相 通过液膜实现渗透，类似于萃取和反萃取的组 合。溶质从料液进入液膜相当于萃取，溶质再 从液膜进入接受液相当于反萃取。
特选内容
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4）气体透过
利用微孔或无孔膜进行气体分离，主要是 溶解-扩散过程
例如：氢气球
特选内容
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膜过程 推动力
传递机理
ຫໍສະໝຸດ Baidu
透过物
截留物
膜类型
微滤 压力差 颗粒大小形状 水、溶剂溶解物 悬浮物颗粒 纤维多孔膜
超滤
压力差 分子特性大小形状 水、溶剂小分子
胶体和超过 截留分子量 的分子
非对称性膜
纳滤 压力差 离子大小及电荷
水、一价离子、 多价离子
有机物
复合膜
反渗透 压力差 溶剂的扩散传递 水、溶剂
溶质、盐
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特选内容
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非对称性膜
微孔对称性膜
特选内容
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七、膜分离过程的类型
分离膜的基本功能是从物质群中有选择地透过 或输送特定的物质，如颗粒、分子、离子等。或者 说，物质的分离是通过膜的选择性透过实现的。几 种主要的膜分离过程及其传递机理如表6-2所示。
特选内容
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表6-2 几种主要分离膜的分离过程
(Microfiltration,MF,孔径1~100nm)、纳滤 (Nanofiltration,NF，孔径0.5 ~5nm)等；
特选内容
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特选内容
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反渗透（Reverse osmosis）
在膜的两边造成一个压力差，并使其大于 渗透压，就会发生溶剂倒流，使浓度较高 的溶液进一步浓缩
选择吸附，溶解-扩散机理
特选内容
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特选内容
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膜分离-半透膜
指一类可以让小分子物质 透过而大分子物质不能通 过的薄膜的总称
特选内容
例如： 细胞膜、膀胱膜、 肠衣等
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终端过滤
特选内容
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错流过滤（Cross Filtration）
特选内容
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特选内容
6
在啤酒工业中应用
特选内容
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常见的分离方法
筛分 过滤 萃取 离心 蒸馏 重结晶 柱层析 膜分离 色谱分离 离子交换
特选内容
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三、膜分离技术的优点
成本低
能耗少
特别适用于
效率高
无污染
可回收利用有用物质
性质相似组分 同分异构体组分 热敏性组分 生物物质组分
特选内容
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四、膜分离技术的应用
化工、环保、食品、医药、电子、电力、冶金、 轻纺、海水淡化等领域广泛使用
特选内容
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海水 过滤 沉降
钠离子交换柱去除高价阳离子
➢1861年，施密特（A. Schmidt）微孔过滤膜
用比滤纸孔径更小的棉胶膜或赛璐酚膜过滤，
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
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1935年，Teorell 离子交换膜用于海水浓缩 制盐
1961年，米切利斯（A. S. Michealis）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。
1. 按膜的材料分类
表6-1 膜材料的分类
类别
膜材料
纤维素酯类 纤维素衍生物类
聚砜类
聚酰(亚)胺类 非纤维素酯类 聚酯、烯烃类
含氟(硅)类
其他
举例 醋酸纤维素，硝酸纤维素，乙基纤维素等 聚砜，聚醚砜，聚芳醚砜，磺化聚砜等 聚砜酰胺，芳香族聚酰胺，含氟聚酰亚胺等 涤纶，聚碳酸酯，聚乙烯，聚丙烯腈等 聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯，聚二甲基硅氧烷等 壳聚糖，聚电解质等
非对称性膜复 合膜
膜分离过程的推动力有：
压力差、浓度差、和电位差等
特选内容
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例如：果汁、酒的消毒与澄清
澄清果蔬汁加工工艺
超滤
特选内容
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茶饮料的制备
特选内容
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特选内容
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二、膜分离过程
1）过滤分离 利用组分分子的大小和性质差别所表现出透过膜的
速率差别，达到组分的分离。属于过滤式膜分离的有 超滤（Ultrafiltration,UF，孔径0.1~1um）、微滤
特选内容
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特选内容
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Na+0.37nm
特选内容
（0.2 nm）
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过滤式膜分离
特选内容
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2）渗析式膜分离
料液中的某些溶质或离子在浓度差、电位差的推 动下，透过膜进入接受液中，从而被分离出去。
属于渗析式膜分离的有渗析和电渗析等。 电渗析（electrodialysis）
在电场中交替装配的阴离子和阳离子交换膜，在 电场中形成一个个隔室使溶液中的离子有选择地分 离或富集
美国Amicon公司首先将这种膜商品化。
特选内容
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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。
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。
特选内容
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六、高分子功能膜的分类
特选内容
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电渗析过程
特选内容
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阳极室 浓缩室 淡化室 浓缩室 阴极室
+ Cl-
+
+ Cl- Cl+ Na＋ + + 阳极 阳膜
－ Cl-
－
Na＋
Na＋
Na＋ Cl- －
Cl- Cl-
－ Na＋ －
Na＋
Na＋
－
阴膜 阳膜
阴膜
阴极
注意：离子交换膜的作用并不是起离子交换的作用，而是
起离子选择透过性作用。 特选内容
特选内容
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2. 按膜的分离原理及适用范围分类 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类 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。
特选内容
特选内容
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。
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膜分离的特点
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。
特选内容
逆渗透 浓水
淡水
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建议的新的工艺路线
海水 过滤 沉降
纳滤 逆渗透 浓水 闪蒸
淡水
淡水
盐
特选内容
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反渗透纯水设备
特选内容
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五、膜分离技术发展简史
➢1748年，耐克特（A. Nelkt）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。
➢1846年，Schonbem 硝酸纤维制备微滤膜