高分子功能膜材料
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
O C N C O
12/19/2013
O C N C n O Ar
其中，Ar为芳基，对气体分离的难易次序如下：
H2O，H(He)，H2S，CO2，O2，Ar(CO)，N2(CH4)，C2H6，C3H8
易
难
聚酰亚胺溶解性差，制膜困难，因此开发了可 溶性聚酰亚胺，其结构为：
O C N C O CH CH C n O CH2 CH2 O C N R
12/19/2013
四、 膜分离机理
过筛和溶解-扩散
多孔膜的分离机理主要是过筛原理，依膜表面平均孔径的大小而区
分为微滤（0.1-10㎛）、超滤（2-100㎚）、纳滤（0.5-5 ㎚ ），以截
留水和非水溶液中不同尺寸的溶质分子。 多孔膜表面的孔径有一定的分布，其分布宽度与制膜技术有关而
成为分离膜质量的一个重要标志。一般来说，分离膜的平均孔径要
依所用 膜分为
致密膜用于电渗析（ED）、逆渗析、气 体分离、渗透汽化、蒸汽渗透等过程
12/19/2013
渗透与反渗透原理示意图
12/19/2013
4.2 微滤、超滤和纳滤
• 微滤
微滤的应用在除菌，因而在饮用水处理、食品和医药卫生工业中
广泛应用。微滤膜用于果汁澄清及含胶原质废水处理时极易堵塞，
需要频繁回洗，采用四氟乙烯微滤膜由于堵塞层与PTFE的黏附力 较低，可以很方便地用压缩空气反吹清除。微滤膜也用于气体的 净化，如聚偏氟乙烯微 滤膜大量用于生物发酵罐内和医院病室内 空气的除尘、除菌，以及含粉体气体（包括烟道气）的除尘，近 年来有广泛使用荷电微滤膜进一步提高除尘除菌效率。
• 超滤膜
乙酸纤维素、聚砜和聚丙烯腈是现今通用超滤膜材料。中国科学 院广州化学研究所曾开发氰乙基代乙酸纤维素超滤膜能抗菌。中 国科学院生态环境中心进行膜防污塞和清洗的工作。
12/19/2013
4.2 微滤、超滤和纳滤 • 纳 滤
最初的纳滤膜制备方法同逆 渗透膜，实质是用脱盐截留率较低 的芳香聚酰胺逆渗透膜，用于燃料等中等分子量的物质（相对分子 质量为500）的截留而容许盐和水通过。由于一方面纳滤膜的水通 过量远大于逆渗透膜，而纳滤所用压力也较低（1-2.5MPa）；另一 方面在无机盐类和有机中等分子量物质的分离以及一价阴、阳和多 价阴、阳离子分离的要求，促进了纳滤的发展。 纳滤技术为硬水软化提供了新途径。现行工艺路线： 海水 过滤 沉降 钠离子交换柱去除高价阳离子 逆渗透 淡水 沉降 逆渗透 浓水 淡水
高分子功能膜材料
姓名：XXX 学号：XXX
12/19/2013
目录
• • • • • •
一、高分子功能膜定义 二、高分子功能膜分类 三、导电聚合物的结构特点及导电机理 四、膜分离机理 五、膜制备工艺 六.其他功能膜材料
12/19/2013
一、高分子功能膜定义
• 高分子功能膜是一种具有选择性透过能力 的膜型材料，也是具有特殊传质功能的高 分子材料，通常称为分离膜，也称功能膜。 用膜分离物质一般不发生相变、不耗费相 变能，同时具有较好的选择性，且膜把产 物分在两侧，很容易收集，是一种能耗低， 效率高的分离材料。 • 从功能上来说，高分子分离膜具有物质分 离、识别物质，能量转化和物质转化等功 能。利用其在不同条件下显出的特殊性质， 已经在许多领域获得应用。
12/19/2013
浓水
建议新工艺路线 海水 海水 过滤
闪蒸
淡水
盐
4.3 气体分离
• 气体分离膜的渗透机理是 溶解-扩散-脱溶。驱动力是 压差。气体混合物的分离迄今得到应用的主要是利用 气体在高分子膜材料中的扩散速度速率不同。 在研究各种膜材料对N2和CH4的透过速率时发现，对聚 砜膜 N2的透过率大于CH4的透过速率，而对硅橡胶膜 相反。丁烷的透过速率比CH4 还大，这只能用C 1~4烃 类在膜中的溶解度大来解释，而硅橡胶则是从空气中 回收挥发性有机蒸气（VOC ）的第一个材料,还可以从 天然气甚至氮气中回收C 3、C 4气体。 增田和东村等合成的聚三甲基硅基丙炔（PTMSP ）是气体透过速率最大的 膜材料。近年有聚二苯基乙 炔衍生物、聚4-甲基戊炔等膜材料。 缺点：普遍存在物理老化问题。
12/19/2013
② 聚苯并咪唑酮类
这类膜的代表是日本帝人公司生产的PBLL膜， 其化学结构为：
N C O NH SO2 HN N C O n
这种膜对0.5％NaCl溶液的分离率达90％～95％， 并有较高的透水速率。
12/19/2013
③ 聚吡嗪酰胺类 这类膜材料可用界面缩聚方法制得，反应 式为：
12/19/2013
五、分离膜制备方法
多孔膜制备
相转换法 粉末烧结 拉伸致孔法 热致相分离法 核径迹法 铝阳极氧化多孔氧化铝膜 溶剂涂层挥发法
制备方法 致密膜的制备
复合膜的制备
12/19/2013
水面扩展挥发法 支撑膜加涂层 支撑膜加水面扩展连续超薄膜 界面缩聚法在位制备复合膜
膜的制备工艺以及性能表征
沉积膜 溶剂注膜 界面膜 动态形成膜 密度膜 相变形成膜 乳化膜 多孔膜
按膜的材料分类
表6—1
类 别 纤维素酯类 膜材料 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
12/19/2013
膜材料的分类
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
12/19/2013
• 高分子聚合物导电必须具备两个条件: • （1）要能产生足够数量的载流子(电子、空穴或离 子等); • （2）大分子链内和链间要能够形成导电通道。
12/19/2013
导电聚合物的导电机理
• 导电聚合物的导电机理有别于金属和半导体。金 属导体的载流子是电子，半导体的是电子或空穴， 而导电聚合物的是由孤子，极化子和双极化子构 成的。在外电场作用下，载流子沿着共轭主链定 向移动，宏观上表现为导电性。当聚合物共轭程 度越大，载流子的电迁移率提高，因此加强额聚 合物的导电率。
12/19/2013
（v）乙烯基聚合物 用作膜材料的乙烯基聚合物包括聚乙烯 醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚丙烯 腈、聚偏氯乙烯、聚丙烯酰胺等。共聚物 包括：聚丙烯醇/苯乙烯磺酸、聚乙烯醇/磺 化聚苯醚、聚丙烯腈/甲基丙烯酸酯、聚乙 烯/乙烯醇等。聚乙烯醇/丙烯腈接枝共聚物 也可用作膜材料。
12/19/2013
12/19/2013
1. 纤维素酯类膜材料 纤维素是由几千个椅式构型的葡萄糖基通过1, 4—β—甙链连接起来的天然线性高分子化合物， 其结构式为：
H
CH2OH
H O H H
CH2OH
O H
OH H H O O
H
CH2OH
H O H H
CH2OH n_ 2 2
H OH OH H
O H
OH H H O OH
三、导电聚合物的结构特点及导电机理
• 所谓导电聚合物是由一些具有共扼二键的聚合物 经化学或电化学掺杂后形成的、导电率可从绝缘 体延伸到导体范围的一类高分子材料。 • 导电聚合物是完全丌同于由金属或碳粉末不聚合 物共混而制成的导电塑料,它除了具有聚合物结构 外,还含有由掺杂入的一价对阴离子一型掺杂或对 阳离子一型掺杂,所 以通常导电聚合物的结构分为 聚合物链和不链非键合的一价对阴离子或对阳离 子两部分组成。导电聚合物除了具有高分子本身 特性之外,还兼具了因掺杂而带来的半导体或导体 的特性。
◆一般通过溶液浇铸法制备平板或管状超滤膜， 以纺丝法制备中空纤维超滤膜。 ◆L-S相转化法是一种较为简单的制膜方法, 其工艺简单,操作方便,且用途广泛,可用来制备 各种形态的膜.目前大多数的工业用膜都是用相 转化法制成的。
2013-12-19
31
膜的制备工艺
(1)称取一定量预先干燥的聚合物溶入DMF中,加入 一定量的添加剂,通过搅拌使聚合物及其添加剂充 分溶解,制成均匀的铸膜液。 ◆(2)过滤铸膜液,去除未溶解的杂质。 ◆(3)静置24 h以上,以使铸膜液完全脱泡。 ◆(4)用刮刀将铸膜液匀速涂在洁净、干燥的制膜板 上,于空气中放置一定时间,以挥发部分溶剂,然后, 将制膜板置于水凝结浴中。 ◆(5)将基膜在水凝结浴中浸泡一定时间后,取出基 膜进行系列表征。
OH H
H OH H
OH H
OH
OH
12/19/2013
2. 非纤维素酯类膜材料 （1）非纤维素酯类膜材料的基本特性 ① 分子链中含有亲水性的极性基团； ② 主链上应有苯环、杂环等刚性基团，使之 有高的抗压密性和耐热性； ③ 化学稳定性好； ④ 具有可溶性； 常用于制备分离膜的合成高分子材料有聚砜、 聚酰胺、芳香杂环聚合物和离子聚合物等。
目前，实用的有机高分子膜材料有： 纤维素酯类、聚砜类、聚酰胺类及其他材 料。从品种来说，已有成百种以上的膜被 制备出来，其中约40多种已被用于工业和 实验室中。以日本为例，纤维素酯类膜占 53％，聚砜膜占33.3％，聚酰胺膜占11.7 ％，其他材料的膜占2％，可见纤维素酯类 材料在膜材料中占主要地位。
12/19/2013
二、高分子功能膜分类
混合物分离膜 使用功能划分 药物释放缓释膜 分隔作用保护膜 气体分离膜 液体分离膜 根据被分离物质性质 固体分离膜 离子分离膜 微生物分离膜 被分离物质粒度大小 超细滤膜、超滤膜、微滤膜
熔融拉伸膜
高 分 子 功 能 膜
膜形成过程
根据膜性质
12/19/2013
12/19/2013
Du Pont公司生产的DP—I型膜即为由此类膜材 料制成的，它的合成路线如下式所示：
O n H2N C NH NH2 + n Cl O C O C Cl
DMAC NH
O C NHNH
O C
O C
n
12/19/2013
类似结构的芳香族聚酰胺膜材料还有：
O [ NH C O [ NH C NH NHNH
12/19/2013
O O S O O ]n
O
S O
]n
O ]n
[
O
S O
O ]n
（ii）聚酰胺类 早期使用的聚酰胺是脂肪族聚酰胺， 如尼龙—4、尼龙—66等制成的中空纤维膜。 这类产品对盐水的分离率在80％～90％之 间，但透水率很低，仅0.076 ml/cm2· h。以 后发展了芳香族聚酰胺，用它们制成的分 离膜，pH适用范围为3～11，分离率可达 99.5％（对盐水），透水速率为0.6 ml/cm2· h。长期使用稳定性好。由于酰胺 基团易与氯反应，故这种膜对水中的游离 氯有较高要求。
12/19/2013
掺杂
• 掺杂以前是说半导体的，就是无机半导体材料(锗、硅 等)中加入少量具有丌同价态的别的物质，改变半导体 材料中空穴、自由电子的分布状态的。 • 导电聚合物的掺杂不无机半导体的掺杂是完全丌 同的。其差别体现在： • （1）掺杂的实质丌同，无机半导体通过原子的替代来 实现掺杂，而导电聚合物中的掺杂则是氧化还原过程， 是通过电荷的转移来实现的。 • （2）掺杂量丌同，导电聚合物中的掺杂量很高，而半 导体掺杂量很低。 • （3）可逆性丌同，半导体中无脱掺杂的过程，而导电 聚合物中丌仅存在脱掺杂的过种，而且掺杂和脱掺杂 的过程完全可逆的。
O C O NH C NH ]n O C O C ]n
12/19/2013
（iii）芳香杂环类 ① 聚苯并咪唑类 如由美国Celanese公司研制的PBI膜即为此种 类型。这种膜材料可用以下路线合成：
H2N NH2 + n H2N NH2 O O C O C O
OH N C N H N H n N C + 2n + 2 n H 2O
大于被截留的溶质分子的分子尺寸。这是由于亲水性的多孔膜表面 吸附有活动性、相对较小的水分子层而使有效孔径相应变小，这种 效应孔径愈小愈显著。 表面荷电的多孔膜可以在表面吸附一层以上的对离子，因而荷点 膜的有效孔径比一般多孔膜更小。
12/19/2013
膜分离过程 4.1膜分离过程分为：
多孔膜用于混合物水的分离：渗 析、微滤、超滤、纳滤、亲和膜等。
12/19/2013
（2）主要的非纤维素酯类膜材料 O （i）聚砜类 S 聚砜结构中的特征基团为 ，为了引入亲水基 O 团，常将粉状聚砜悬浮于有机溶剂中，用氯磺酸进行 磺化。 聚砜类树脂常用的制膜溶剂有：二甲基甲酰胺、ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ二甲基乙酰胺、N—甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜等。
12/19/2013
CH3 聚砜 [ O C CH3 O 聚芳砜 [ S O O 聚醚砜 [ S O O 聚苯醚砜
O n Cl C CH CH O C Cl + n HN R' O CH CH C N R'
12/19/2013
R NH
O 界面缩聚 C
R N n + 2n HCl
④ 聚酰亚胺类 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。例如，下列 结构的聚酰亚胺膜对分离氢气有很高的效率。
12/19/2013
O C N C n O Ar
其中，Ar为芳基，对气体分离的难易次序如下：
H2O，H(He)，H2S，CO2，O2，Ar(CO)，N2(CH4)，C2H6，C3H8
易
难
聚酰亚胺溶解性差，制膜困难，因此开发了可 溶性聚酰亚胺，其结构为：
O C N C O CH CH C n O CH2 CH2 O C N R
12/19/2013
四、 膜分离机理
过筛和溶解-扩散
多孔膜的分离机理主要是过筛原理，依膜表面平均孔径的大小而区
分为微滤（0.1-10㎛）、超滤（2-100㎚）、纳滤（0.5-5 ㎚ ），以截
留水和非水溶液中不同尺寸的溶质分子。 多孔膜表面的孔径有一定的分布，其分布宽度与制膜技术有关而
成为分离膜质量的一个重要标志。一般来说，分离膜的平均孔径要
依所用 膜分为
致密膜用于电渗析（ED）、逆渗析、气 体分离、渗透汽化、蒸汽渗透等过程
12/19/2013
渗透与反渗透原理示意图
12/19/2013
4.2 微滤、超滤和纳滤
• 微滤
微滤的应用在除菌，因而在饮用水处理、食品和医药卫生工业中
广泛应用。微滤膜用于果汁澄清及含胶原质废水处理时极易堵塞，
需要频繁回洗，采用四氟乙烯微滤膜由于堵塞层与PTFE的黏附力 较低，可以很方便地用压缩空气反吹清除。微滤膜也用于气体的 净化，如聚偏氟乙烯微 滤膜大量用于生物发酵罐内和医院病室内 空气的除尘、除菌，以及含粉体气体（包括烟道气）的除尘，近 年来有广泛使用荷电微滤膜进一步提高除尘除菌效率。
• 超滤膜
乙酸纤维素、聚砜和聚丙烯腈是现今通用超滤膜材料。中国科学 院广州化学研究所曾开发氰乙基代乙酸纤维素超滤膜能抗菌。中 国科学院生态环境中心进行膜防污塞和清洗的工作。
12/19/2013
4.2 微滤、超滤和纳滤 • 纳 滤
最初的纳滤膜制备方法同逆 渗透膜，实质是用脱盐截留率较低 的芳香聚酰胺逆渗透膜，用于燃料等中等分子量的物质（相对分子 质量为500）的截留而容许盐和水通过。由于一方面纳滤膜的水通 过量远大于逆渗透膜，而纳滤所用压力也较低（1-2.5MPa）；另一 方面在无机盐类和有机中等分子量物质的分离以及一价阴、阳和多 价阴、阳离子分离的要求，促进了纳滤的发展。 纳滤技术为硬水软化提供了新途径。现行工艺路线： 海水 过滤 沉降 钠离子交换柱去除高价阳离子 逆渗透 淡水 沉降 逆渗透 浓水 淡水
高分子功能膜材料
姓名：XXX 学号：XXX
12/19/2013
目录
• • • • • •
一、高分子功能膜定义 二、高分子功能膜分类 三、导电聚合物的结构特点及导电机理 四、膜分离机理 五、膜制备工艺 六.其他功能膜材料
12/19/2013
一、高分子功能膜定义
• 高分子功能膜是一种具有选择性透过能力 的膜型材料，也是具有特殊传质功能的高 分子材料，通常称为分离膜，也称功能膜。 用膜分离物质一般不发生相变、不耗费相 变能，同时具有较好的选择性，且膜把产 物分在两侧，很容易收集，是一种能耗低， 效率高的分离材料。 • 从功能上来说，高分子分离膜具有物质分 离、识别物质，能量转化和物质转化等功 能。利用其在不同条件下显出的特殊性质， 已经在许多领域获得应用。
12/19/2013
浓水
建议新工艺路线 海水 海水 过滤
闪蒸
淡水
盐
4.3 气体分离
• 气体分离膜的渗透机理是 溶解-扩散-脱溶。驱动力是 压差。气体混合物的分离迄今得到应用的主要是利用 气体在高分子膜材料中的扩散速度速率不同。 在研究各种膜材料对N2和CH4的透过速率时发现，对聚 砜膜 N2的透过率大于CH4的透过速率，而对硅橡胶膜 相反。丁烷的透过速率比CH4 还大，这只能用C 1~4烃 类在膜中的溶解度大来解释，而硅橡胶则是从空气中 回收挥发性有机蒸气（VOC ）的第一个材料,还可以从 天然气甚至氮气中回收C 3、C 4气体。 增田和东村等合成的聚三甲基硅基丙炔（PTMSP ）是气体透过速率最大的 膜材料。近年有聚二苯基乙 炔衍生物、聚4-甲基戊炔等膜材料。 缺点：普遍存在物理老化问题。
12/19/2013
② 聚苯并咪唑酮类
这类膜的代表是日本帝人公司生产的PBLL膜， 其化学结构为：
N C O NH SO2 HN N C O n
这种膜对0.5％NaCl溶液的分离率达90％～95％， 并有较高的透水速率。
12/19/2013
③ 聚吡嗪酰胺类 这类膜材料可用界面缩聚方法制得，反应 式为：
12/19/2013
五、分离膜制备方法
多孔膜制备
相转换法 粉末烧结 拉伸致孔法 热致相分离法 核径迹法 铝阳极氧化多孔氧化铝膜 溶剂涂层挥发法
制备方法 致密膜的制备
复合膜的制备
12/19/2013
水面扩展挥发法 支撑膜加涂层 支撑膜加水面扩展连续超薄膜 界面缩聚法在位制备复合膜
膜的制备工艺以及性能表征
沉积膜 溶剂注膜 界面膜 动态形成膜 密度膜 相变形成膜 乳化膜 多孔膜
按膜的材料分类
表6—1
类 别 纤维素酯类 膜材料 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
12/19/2013
膜材料的分类
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
12/19/2013
• 高分子聚合物导电必须具备两个条件: • （1）要能产生足够数量的载流子(电子、空穴或离 子等); • （2）大分子链内和链间要能够形成导电通道。
12/19/2013
导电聚合物的导电机理
• 导电聚合物的导电机理有别于金属和半导体。金 属导体的载流子是电子，半导体的是电子或空穴， 而导电聚合物的是由孤子，极化子和双极化子构 成的。在外电场作用下，载流子沿着共轭主链定 向移动，宏观上表现为导电性。当聚合物共轭程 度越大，载流子的电迁移率提高，因此加强额聚 合物的导电率。
12/19/2013
（v）乙烯基聚合物 用作膜材料的乙烯基聚合物包括聚乙烯 醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚丙烯 腈、聚偏氯乙烯、聚丙烯酰胺等。共聚物 包括：聚丙烯醇/苯乙烯磺酸、聚乙烯醇/磺 化聚苯醚、聚丙烯腈/甲基丙烯酸酯、聚乙 烯/乙烯醇等。聚乙烯醇/丙烯腈接枝共聚物 也可用作膜材料。
12/19/2013
12/19/2013
1. 纤维素酯类膜材料 纤维素是由几千个椅式构型的葡萄糖基通过1, 4—β—甙链连接起来的天然线性高分子化合物， 其结构式为：
H
CH2OH
H O H H
CH2OH
O H
OH H H O O
H
CH2OH
H O H H
CH2OH n_ 2 2
H OH OH H
O H
OH H H O OH
三、导电聚合物的结构特点及导电机理
• 所谓导电聚合物是由一些具有共扼二键的聚合物 经化学或电化学掺杂后形成的、导电率可从绝缘 体延伸到导体范围的一类高分子材料。 • 导电聚合物是完全丌同于由金属或碳粉末不聚合 物共混而制成的导电塑料,它除了具有聚合物结构 外,还含有由掺杂入的一价对阴离子一型掺杂或对 阳离子一型掺杂,所 以通常导电聚合物的结构分为 聚合物链和不链非键合的一价对阴离子或对阳离 子两部分组成。导电聚合物除了具有高分子本身 特性之外,还兼具了因掺杂而带来的半导体或导体 的特性。
◆一般通过溶液浇铸法制备平板或管状超滤膜， 以纺丝法制备中空纤维超滤膜。 ◆L-S相转化法是一种较为简单的制膜方法, 其工艺简单,操作方便,且用途广泛,可用来制备 各种形态的膜.目前大多数的工业用膜都是用相 转化法制成的。
2013-12-19
31
膜的制备工艺
(1)称取一定量预先干燥的聚合物溶入DMF中,加入 一定量的添加剂,通过搅拌使聚合物及其添加剂充 分溶解,制成均匀的铸膜液。 ◆(2)过滤铸膜液,去除未溶解的杂质。 ◆(3)静置24 h以上,以使铸膜液完全脱泡。 ◆(4)用刮刀将铸膜液匀速涂在洁净、干燥的制膜板 上,于空气中放置一定时间,以挥发部分溶剂,然后, 将制膜板置于水凝结浴中。 ◆(5)将基膜在水凝结浴中浸泡一定时间后,取出基 膜进行系列表征。
OH H
H OH H
OH H
OH
OH
12/19/2013
2. 非纤维素酯类膜材料 （1）非纤维素酯类膜材料的基本特性 ① 分子链中含有亲水性的极性基团； ② 主链上应有苯环、杂环等刚性基团，使之 有高的抗压密性和耐热性； ③ 化学稳定性好； ④ 具有可溶性； 常用于制备分离膜的合成高分子材料有聚砜、 聚酰胺、芳香杂环聚合物和离子聚合物等。
目前，实用的有机高分子膜材料有： 纤维素酯类、聚砜类、聚酰胺类及其他材 料。从品种来说，已有成百种以上的膜被 制备出来，其中约40多种已被用于工业和 实验室中。以日本为例，纤维素酯类膜占 53％，聚砜膜占33.3％，聚酰胺膜占11.7 ％，其他材料的膜占2％，可见纤维素酯类 材料在膜材料中占主要地位。
12/19/2013
二、高分子功能膜分类
混合物分离膜 使用功能划分 药物释放缓释膜 分隔作用保护膜 气体分离膜 液体分离膜 根据被分离物质性质 固体分离膜 离子分离膜 微生物分离膜 被分离物质粒度大小 超细滤膜、超滤膜、微滤膜
熔融拉伸膜
高 分 子 功 能 膜
膜形成过程
根据膜性质
12/19/2013
12/19/2013
Du Pont公司生产的DP—I型膜即为由此类膜材 料制成的，它的合成路线如下式所示：
O n H2N C NH NH2 + n Cl O C O C Cl
DMAC NH
O C NHNH
O C
O C
n
12/19/2013
类似结构的芳香族聚酰胺膜材料还有：
O [ NH C O [ NH C NH NHNH
12/19/2013
O O S O O ]n
O
S O
]n
O ]n
[
O
S O
O ]n
（ii）聚酰胺类 早期使用的聚酰胺是脂肪族聚酰胺， 如尼龙—4、尼龙—66等制成的中空纤维膜。 这类产品对盐水的分离率在80％～90％之 间，但透水率很低，仅0.076 ml/cm2· h。以 后发展了芳香族聚酰胺，用它们制成的分 离膜，pH适用范围为3～11，分离率可达 99.5％（对盐水），透水速率为0.6 ml/cm2· h。长期使用稳定性好。由于酰胺 基团易与氯反应，故这种膜对水中的游离 氯有较高要求。
12/19/2013
掺杂
• 掺杂以前是说半导体的，就是无机半导体材料(锗、硅 等)中加入少量具有丌同价态的别的物质，改变半导体 材料中空穴、自由电子的分布状态的。 • 导电聚合物的掺杂不无机半导体的掺杂是完全丌 同的。其差别体现在： • （1）掺杂的实质丌同，无机半导体通过原子的替代来 实现掺杂，而导电聚合物中的掺杂则是氧化还原过程， 是通过电荷的转移来实现的。 • （2）掺杂量丌同，导电聚合物中的掺杂量很高，而半 导体掺杂量很低。 • （3）可逆性丌同，半导体中无脱掺杂的过程，而导电 聚合物中丌仅存在脱掺杂的过种，而且掺杂和脱掺杂 的过程完全可逆的。
O C O NH C NH ]n O C O C ]n
12/19/2013
（iii）芳香杂环类 ① 聚苯并咪唑类 如由美国Celanese公司研制的PBI膜即为此种 类型。这种膜材料可用以下路线合成：
H2N NH2 + n H2N NH2 O O C O C O
OH N C N H N H n N C + 2n + 2 n H 2O
大于被截留的溶质分子的分子尺寸。这是由于亲水性的多孔膜表面 吸附有活动性、相对较小的水分子层而使有效孔径相应变小，这种 效应孔径愈小愈显著。 表面荷电的多孔膜可以在表面吸附一层以上的对离子，因而荷点 膜的有效孔径比一般多孔膜更小。
12/19/2013
膜分离过程 4.1膜分离过程分为：
多孔膜用于混合物水的分离：渗 析、微滤、超滤、纳滤、亲和膜等。
12/19/2013
（2）主要的非纤维素酯类膜材料 O （i）聚砜类 S 聚砜结构中的特征基团为 ，为了引入亲水基 O 团，常将粉状聚砜悬浮于有机溶剂中，用氯磺酸进行 磺化。 聚砜类树脂常用的制膜溶剂有：二甲基甲酰胺、ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ二甲基乙酰胺、N—甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜等。
12/19/2013
CH3 聚砜 [ O C CH3 O 聚芳砜 [ S O O 聚醚砜 [ S O O 聚苯醚砜
O n Cl C CH CH O C Cl + n HN R' O CH CH C N R'
12/19/2013
R NH
O 界面缩聚 C
R N n + 2n HCl
④ 聚酰亚胺类 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。例如，下列 结构的聚酰亚胺膜对分离氢气有很高的效率。