第四章 高分子分离膜材料
高分子分离膜材料
高分子分离膜材料高分子分离膜材料高分子分离膜是由具有特定结构和性能的聚合物材料制成的一类隔膜材料，具有膜厚薄、制备质量和分离性能良好等特点。
它能将不同的液体分离或混合介质分离出，因此在工业生产中广泛应用，也被用于水处理、精细化学品分离、生物分离、污染物除去、原料浓缩等领域。
分离膜的结构及工作原理：高分子分离膜由聚合物制成，其孔隙结构是由分子结构决定的，可分具有均匀、连续和可调结构，有时也添加一些特定的添加剂以促进膜特性的优化和屏蔽一些不易排出的物质，分离膜的工作原理实质上是孔径选择性的过滤作用，能将不同的液体分离或混合介质分离出，因此在分离场合中广泛应用。
分离膜的分类：分离膜可以根据分离机制分为渗透膜和滤液膜，根据膜片的结构、性能可分为聚酯膜、柠檬酸膜和聚氨酯膜等，根据膜片结构的不同分别为板型膜、环境膜、滤芯膜、复合膜等。
应用领域：1、水处理：处理工业废水和生物分解废水时，高分子分离膜具有高强度和高精度，可以有效地去除悬浮颗粒物和有机物，除去病原体和各种病毒，防止大肠杆菌、放线菌等有害物质的污染。
2、精细化学品分离：高分子分离膜可以实现均质化和分离，因此，它很适合用于精细化学品分离。
例如，它可以用于精制酶制剂，乳化剂，蛋白质，抗体，抗生素等精细化学品的分离和纯化工艺。
3、生物分离：高分子分离膜可以用于细胞、细菌、病毒的分离，因为它具有很强的保护性和抑制性，可以有效地去除有害物质，同时可以有效地控制细胞活力，有利于细胞的增殖繁殖。
4、污染物除去：高分子分离膜具有高精度的分离性能，能将有机污染物分离出来，可有效地除去污染物，从而达到净化水体的目的。
5、原料浓缩：在制药工业和食品饮料工业中，高分子分离膜的应用可以将原料中的有效成分进行有效分离和浓缩，可以提高产品的质量。
高分子膜分离材料
1.1 概述
1.1.1 膜分离技术的发展简史
1748年，Nelkt发现谁能自发的扩散到装有酒精 的猪膀胱内，开创了膜渗透的研究。 19世纪，人们对溶剂的渗透现象有了明确认识， 发现天然橡胶对某些气体的不同渗透率，提出利 用多孔膜分离气体混合物的思路。
1855年，Fick用陶瓷管侵入硝酸纤维素乙醚溶 液制备囊袋型超滤半渗透膜，用以渗透生物学流 体溶液。 1907年，Bechhold指出滤膜孔径可以用改变 火胶棉溶液的溶度来控制，从而可制出不同孔径 的膜，并列出相应过滤颗粒物质梯级表。 1918年，Zsigmondy等人提出了商品规模生 产硝酸纤维素微孔滤膜的方法， 1921年获的专 利。
1.6.1 渗透蒸发过程 渗透蒸发的实质是利用高分子膜的选择性 透过来分离液体混合物。如图所示：
渗透蒸发所用的膜是致密的高分子膜，描 述渗透蒸发过程的两个过程的两个基本参数 是渗透通量J（g/m2•h）及分离系数α。
1.6.2 渗透蒸发膜
渗透蒸发膜是整个PV过程的关键部分， 所以目前国内外的研究大部分都集中于PV膜 的开发上。膜性能是由膜的物理化学结构决 定。化学结构指膜的高分子链的种类与空间 构型，物理结构指膜的孔度、孔的分布、形 状、以及结晶度、交联度、分子链的取向等， 这决定于膜的制备过程。衡量一张膜的实用 性有以下四个指标：①膜的选择性；②膜的 渗透通量；③膜的机械强度；④膜的稳定性。 所以，在膜的开发中必须将这四个因素综合 起来考虑。
1.1.2 膜分离与膜分离技术的概念
膜分离是利用薄膜对混合物组分的选择性透过 性能使混合物分离的过程。 如果在一个流体相内或两个流体相之间有一薄 层凝聚相物质把流体分隔开来成为两部分这一邻居 相物质就是膜。 膜在生产和研究中的使用技术被称为膜技术。
高分子分离膜材料综述
《功能材料》课程论文考核表论文题目：高分子分离膜材料的研究进展专业：应用化学学号：1005410220姓名：袁强高分子分离膜材料的研究进展应用化学1005410220 袁强摘要：高分子分离膜是用高分子材料制作而成的具有选择性透过功能的半透性薄膜。
本文将简单介绍高分子分离膜材料的起源、发展史，重点介绍高分子分离膜材料的应用前景和研究现状。
关键词：高分子材料；高分子分离膜；分离；材料1. 高分子分离膜概述高分子分离膜（polymeric membrane for separation ）, 是由聚合物或高分子复合材料制得的具有分离流体混合物功能的薄膜。
膜分离过程就是用分离膜作间隔层，在压力差、浓度差或电位差的推动力下，借流体混合物中各组分透过膜的速率不同，使之在膜的两侧分别富集，以达到分离、精制、浓缩及回收利用的目的。
单位时间内流体通过膜的量（透过速度）、不同物质透过系数之比（分离系数）或对某种物质的截留率是衡量膜性能的重要指标。
2. 高分子分离膜的起源和发展史2.1 .国外高分子分离膜发展史1849年，德国学者惠柏思用硝基纤维素制成第一张高分子膜。
1920年，麦克戈达开始观察和研究反渗透现象。
1930年，人们将纤维素膜用于超滤分离。
1940年，离子交换膜开发和利用电渗析方法建立。
1950年，加拿大学者萨利拉简研究反渗透。
1960年，洛萨和萨利拉简成功制备了具有完整表皮和高度不对称的第一张高效能反渗透膜，为该法奠定了基础。
1970年以来。
超滤膜、微滤膜成功开发和应用，有支撑的液膜和乳液膜及气体分离膜也相继问世。
2.2 .国内高分子分离膜发展史我国的膜科学技术的发展是从1958年研究离子交换膜开始的，六十年代进入开创阶段。
1965年着手反渗透技术的探索。
1967年开始全国的海水淡化会战。
大大促进了我国膜技术的发展。
70年代进入开发阶段。
这时期，微滤、电渗析、反渗透和超滤等各种膜和组器件都相继研究开发出来，80年代跨入推广应用阶段。
中科大功能高分子课件-分离膜-第四章 高分子分离膜
密度膜、乳化膜、多孔膜
12
第一节 高分子分离膜概述
8
第一节 高分子分离膜概述
中国的膜分离
1958年，开始研究离子交换膜和电渗析膜。 1966年，开始反渗透膜的研究。 同时，其它类型分离膜的研究工作相续展开。 上世纪80年代，进入快速发展阶段（水淡化技术为 标志）。 至今，从事膜科学研究的科研机构几十家，成立国 家液体膜工程研究中心；从事膜分离设备和膜材料 生产的厂家超过百家。分离膜和膜技术被广泛应用。
表4-1 高分子膜材料的分类
类别
膜材料
举例
纤维素酯类
纤维素衍生物类 醋酸纤维素，硝酸纤维素，乙基纤维素等
聚砜类
聚砜，聚醚砜，聚芳醚砜，磺化聚砜等
聚酰(亚)胺类
聚砜酰胺，芳香族聚酰胺，含氟聚酰亚胺等
非纤维素酯类 聚酯、烯烃类
涤纶，聚碳酸酯，聚乙烯，聚丙烯腈等
含氟(硅)类
聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯，聚二甲基硅氧烷等
当不能经济地用常规分离方法得到较好分离效 果时，膜分离技术往往是首选考虑的手段。同时， 将膜分离技术和常规分离方法结合使用，可以获得 更好的经济效益。
4
第四章 高分子分离膜
膜分离过程不涉及物相的变化(渗透蒸发膜除 外)，常温下即可操作；由于避免了高温操作，所浓 缩和富集物质不容易发生性质变化，因此在膜分离 过程食品、医药等行业使用具有独特的优点；膜分 离装置简单、操作容易，对无机物、有机物及生物 制品均可适用，并且不产生二次污染。
5第四章 高分子分离膜
膜材料
通用膜
分离膜 光致发光薄膜
功能膜
高分子分离膜材料
高分子分离膜材料高分子分离膜材料是一种具有特定结构和性能的材料，用于在液体或气体中分离、浓缩或纯化不同组分。
高分子分离膜材料广泛应用于水处理、废水处理、气体分离、食品工业等领域。
本文将介绍几种常见的高分子分离膜材料。
聚酯膜是一种常用的高分子分离膜材料，具有优异的抗化学腐蚀性能和机械强度。
聚酯膜具有独特的微孔结构，可以有效地分离和去除水中的微小颗粒、胶体和微生物等。
由于聚酯膜具有较高的通透性和分离效率，广泛应用于水处理领域。
聚醚膜是另一种常见的高分子分离膜材料，具有较高的化学稳定性和热稳定性。
聚醚膜具有独特的孔隙结构，能够有效地分离气体、液体和溶液中的组分。
聚醚膜广泛应用于气体分离、溶液浓缩和纯化等领域。
聚酰胺膜是高分子分离膜材料中一种重要的类型，具有优异的膜通透性和分离性能。
聚酰胺膜具有独特的孔隙结构，能够有效地分离和去除水中的溶解性固体、碱性和有机物质等。
聚酰胺膜广泛应用于废水处理、海水淡化和食品工业等领域。
聚酰亚胺膜是一种新型的高分子分离膜材料，具有极高的热稳定性和化学稳定性。
聚酰亚胺膜具有独特的孔隙结构和纳米级孔径，能够有效地分离和去除气体和液体中的微小分子。
聚酰亚胺膜广泛应用于气体分离、有机溶剂纯化和工业废气处理等领域。
除了上述几种常见的高分子分离膜材料外，还有许多其他种类的高分子分离膜材料，如聚丙烯膜、聚氨酯膜、聚碳酸酯膜等。
这些高分子分离膜材料各具特点，在不同的应用领域都有不同的优势。
总之，高分子分离膜材料是一类重要的功能材料，具有独特的结构和性能。
它们能够有效地分离、浓缩和纯化液体或气体中的组分，广泛应用于水处理、废水处理、气体分离、食品工业等领域。
随着科技的不断进步和需求的增加，高分子分离膜材料的研究和应用将更加广泛和深入。
高分子分离膜材料
高分子分离膜材料
一、高分子分离膜材料简介
高分子分离膜材料是一种利用普通的高分子结构来处理物质分离的一
种技术，这种技术可以实现物质的高效分离、精确和高度可控。
这些材料
的特性主要归结于所用高分子的性质。
例如：聚乙烯、聚氯乙烯、聚合氨
基酸（PA）、聚甲醛（PMMA）、聚氨酯（PU）、聚氨脂（PB）、聚乳酸（PLA）等，它们都有其独特的力学性能、流变性能，以及电、热传导性能，因而普通高分子膜逐渐成为一种新型的分离材料。
二、高分子分离膜材料的特征及应用
1、特征
高分子分离膜的主要特性有：1）表面结构改变，可进行分离物质的
排序筛选；2）透过性能强，可以进行快速分离；3）表面活性，可以有效
的抑制物质的吸附；4）结构稳定，完全不受湿热环境的影响；5）耐腐蚀
性好，可以长期稳定服役；6）膜厚薄可调，能够调节流量及过滤效果等。
2、应用
由于其良好的特性，高分子分离膜材料广泛应用于生物分离、环境保护、液体分离等领域。
（1）生物分离领域：如活性蛋白分离、核酸分离、免疫分离、抗体
分离和细胞分离等。
（2）环境保护领域：如水污染处理、废水处理、气体截留、噪声控
制等。
高分子分离膜
分类： 无机吸附剂 化 学 结 构 高分子吸附剂 炭质吸附剂 物理吸附
吸 附 机 理
化学吸附
亲和吸附
球型树脂
形态与孔结构 吸附性纤维
无定形颗粒吸附剂
高分子吸附分离材料：
不仅具有阳离子交换机理和孔径选择性机理 吸附分离物质，而且吸附作用还包括螯合、阴阳 离子交换、化学键合、范德华引力、氢键等，是 无机材料无法比拟的。
与蒸馏、分馏、沉淀、萃取、吸附等传统 的分离方法相比,膜分离具有以下优点：
没有相变化，不需要液体沸腾；也不需要气体液化，不 需要投加化学物质，是低能耗、低成本的分离技术； 分离过程在常温下进行，特别适用于热敏感物质如:蛋 白质、酶、药品的分离、分级、浓缩和富集有独特的优 点；分离浓缩同时进行，能回收有价值的物质； 应用范围广,对无机物、有机物及生物制品都可适用, 还适用于许多特殊溶液体系的分离,如:溶液中大分子 与无机盐的分离、一些共沸物及近沸点物系的分离等; 膜分离装臵简单、操作容易、制造方便，应用范 围广，不产生二次污染；易于实现自动化。
高分子
最多
膜材料制造
金 属 陶 瓷
膜材料特点
良好的成膜性、热稳定性、化学稳定性； 耐酸、碱、微生物侵蚀，耐氧化性； 规格多、成本低，适用一定的应用范围；
分类：
材质：固体膜和液体膜； 来源：天然膜和合成膜 无机材料和高分子膜； 结构：固体膜 致密膜和多孔膜 微孔膜和大孔膜
对称膜、不对称膜和复合膜
形状：平板膜、管式膜、中空纤维膜、核孔膜
清洁的生产过程
清洁的产品
资源、能源 原料 材料 零件 产品 使用 废弃
污染物
一般工业产品的链式生产流程示意图
利用生物资源合成环境材料是当今环境材料 化学重要内容，具有深远和现实的意义。 生物资源组分一般可分为天然高分子聚合物与 混合物以及天然小分子化合物两种类型。这正是 生物资源综合利用与深度开发拓展了新领域。 生物资源的基本特点是天然型和再生性，它 们在自然界中能够不断的循环再生，可以说取之 不尽、用之不竭。
高分子分离膜的材料
无机高分子材料
陶瓷膜材料
如氧化铝、氧化锆等，具有极高 的化学稳定性和热稳定性，适用 于高温、高压和强腐蚀环境下的
分离过程。
玻璃膜材料
如石英玻璃、硼硅酸盐玻璃等，具 有优异的透光性和耐酸性，常用于 光学膜和生物膜反应器等领域。
金属膜材料
如不锈钢、钛合金等，具有优良的 机械性能和导电性，但成膜性较差， 常用于特殊环境下的分离过程。
聚酰亚胺类分离膜材料
聚酰亚胺（PI）是一种高性能的 高分子材料，具有优异的耐高温 性能、机械性能和电绝缘性能。
PI分离膜具有较高的选择透过性 和耐化学腐蚀性能，适用于高温、 高压和腐蚀性环境下的分离过程。
PI分离膜在制备过程中可通过调 整聚合工艺和添加剂的种类和用
量来调控膜的结构和性能。
其他有机高分子分离膜材料
金属有机骨架分离膜材料
MOFs分离膜
金属有机骨架（MOFs）是一种由金属离子和有机配体构成的多孔晶体材料，具有 可调的孔径和化学功能，适用于气体分离、液体分离和离子交换等领域。
ZIFs分离膜
类沸石咪唑酯骨架（ZIFs）是一种类似于沸石结构的金属有机骨架材料，具有良好 的热稳定性和化学稳定性，适用于高温、高压和腐蚀性环境下的分离过程。
其他无机高分子分离膜材料
碳纳米管分离膜
由碳纳米管构成的分离膜具有极高的比表面积和优异的机 械性能，适用于气体分离和液体分离等领域。
石墨烯分离膜
石墨烯是一种由单层碳原子构成的二维材料，具有超高的 电子迁移率和机械强度，可应用于制备高性能的分离膜材 料。
无机纳米复合分离膜
将无机纳米粒子与高分子材料相结合制备而成的复合分离 膜，具有优异的力学性能和分离性能，可广泛应用于水处 理、生物医学和能源等领域。
高分子分离膜材料研究进展
高分子分离膜材料研究进展摘要高分子分离膜材料是一类新型水处理材料，其在低成本、低能耗的同时还具有高效、清洁并可富集回收目标物质等优点，可以取代蒸馏、萃取、蒸发、吸附等化工单元，因而广泛应用于医药、电子、食品、环保、化工、冶金、水处理等领域，膜分离技术的核心是高分子分离膜材料。
膜分离材料作为一个热门领域，发展一日千里，通过阅读一些文献，本论文着重介绍复合分离膜、智能型分离膜、分子识别功能高分子膜、新型耐高温高分子分离膜等新型高分子分离膜。
主要介绍了以上高分子分离膜材料的概念、特性、改性方法应用以及研究进展，最后提出了一些膜分离材料在未来迫切需要解决的问题和研究方向。
关键词高分子分离膜复合分离膜智能型分离膜应用开发Review on thePolymer Membrane Material Abstract Polymer membrane material is a new type of water treatment materials, and its low cost, low energy consumption also has efficient, clean and enriching and recovering the target substance, etc., can replace distillation, extraction, evaporation, chemical adsorption unit, which is widely used in medicine, electronics, food, environmental, chemical, metallurgy, water treatment and other fields, the core membrane separation technology is the polymer membrane material. Membrane separation material as a hot area, rapid development, by reading some of the literature, this paper focuses on a composite membrane, intelligent membrane, molecular recognition polymer film, the new high-temperature polymer membrane and other new polymer membrane. Introduces the concept, features, applications, and research progress in reforming method above polymer membrane materials, and finally put forward some membrane materials urgent need to address future problems and research directions.Keywords polymer separation membrane ;composite membrane ; intelligent membrane; development and utilizationContents1 Introduction2polymer separation membrane materials2.1 composite membrane2.2intelligent membrane2.3moecular recognitio membrane2.4high temperature membrane 3Conclusion and Outlook1.引言作为一项发展迅速的高新技术，膜分离技术被认为是本世纪最有前途的技术之一[1]。
高分子分离膜材料及研究进展.
含氟高分子材料
含氟高分子材料包括聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯等，其突出特 点是耐腐蚀性能，适合用于电解等高腐蚀场合的膜材料。聚偏氟 乙烯是偏氟乙烯的均聚物，其中-C-F-键能较高，具有良好的化学 稳定性、机械强度，作为膜材料具有很好的耐温、耐腐蚀，耐溶 剂性，多用于制备超滤膜。由于聚偏氟乙烯制备的分离膜表面自 由能低，呈非极性，故疏水性强，容易吸附水中蛋白质、胶体粒 子等疏水性物质而造成膜污染。为改善此类分离膜表面的强疏水 性，常对膜材质基体进行改性，如通过共聚、嵌段共聚等方式在 膜材料中引入亲水性基团，也可以对分离膜表面进行接枝、辐照 以提高其亲水性。
1 纤维素类
纤维素是一类资源丰富的天然高分子化合物，主要取源于 植物细胞材料，为可再生资源。纤维素高分子中椅形环状的葡 萄糖单元结构含有３个羟基基团，羟基之间形成分子间氢键， 因而纤维素的线型链结构排列比较规则，结晶度较高，结构稳 定，高度亲水而不溶于水。纤维素及其衍生物成膜性能好，成 膜后其有选择性高、亲水性强、透水量大等优点，广泛用于微 滤和超滤，也可以用于反渗透、气体分离和透析等。
2 壳聚糖类
甲壳素的化学结构与纤维素类似，是一种天然有机高分子惰性 多糖，无毒无味、耐酸碱、耐高温、耐腐蚀，具有稳定化学。甲壳 素分子中存在氢键作用，其分子链结构排列有序，所以甲壳素不溶 于水、一般有机溶剂、酸或碱溶液。甲壳素来源广泛，环境友好， 是一种具有潜在使用价值的天然资源，成膜后有较好的力学性能和 生物相容性，适合制作人工器官内使用的透析膜。壳聚糖也是一类 天然分离膜材料，由甲壳素脱乙酰化制得，分子中存在的碱性氨基 基团，经质子化后失去氢键能力，可溶于酸性溶液。由于壳聚糖分 子内含有反应活性的羟基、氨基，易进行化学修饰（酰基化、硫酸 酯化、羟乙基化、羧甲基化等），成膜后具有良好的亲水性、透过 性，适合分离水系物料。目前，壳聚糖及其衍生物多用于制备反渗 透膜、渗透汽化膜、纳滤膜、超滤膜等，并得到了很好的应用。
高分子分离膜材料
高分子分离膜材料高分子分离膜材料是一种基于高分子化合物制备的薄膜材料，用于在液体或气体中分离不同组分的一种技术。
这种膜材料具有多孔性和选择性渗透性，能够根据溶质的大小、形状和化学性质，通过膜的孔隙大小与溶质分子大小之间的相对排斥作用，实现对不同溶质物质的分离和纯化。
首先，高分子分离膜材料具有以下特性：1.多孔性：高分子膜具有丰富的孔隙结构，可以根据需要调控孔径和孔隙分布，以实现对溶质分子的排斥和选择性渗透。
2.溶质选择性：由于高分子材料中的孔隙大小和形状可以调控，使其对不同大小和化学性质的溶质具有不同的渗透性能。
这种选择性使得高分子分离膜可以实现溶质的高效分离和纯化。
3.物理化学稳定性：高分子分离膜具有良好的物理化学稳定性，可以在不同的工艺条件下使用，耐受高温、酸碱环境以及极端的操作条件。
4.可控性：通过改变高分子材料的组成和结构，可以调控膜的性能和分离效果，满足不同分离要求。
其次，高分子分离膜的制备方法：1.相间共混法：通过溶液浸渍、溶剂蒸发、热压等方法，将两种或多种高分子材料在非溶剂条件下混合制备成膜。
2.拉伸法：将高分子材料在溶剂处理下抽拉成膜，通过拉伸过程中的分子排列和取向来改善膜的性能。
3.相转移法：通过介于溶液和固体界面处的相转移过程，将高分子材料从液相转移到固相形成膜。
4.合成法：通过聚合反应或交联反应，将高分子制备成膜。
再次，高分子分离膜材料的应用领域：1.饮用水净化：高分子分离膜可以用于去除水中的悬浮物、微生物、重金属和有机物质等，提高水质。
2.污水处理：高分子分离膜可用于工业和城市污水的过滤、浓缩、脱盐和回用，实现水资源的循环利用。
3.海水淡化：高分子分离膜用于海水淡化可以去除盐分和杂质，将海水转化为可用于灌溉和饮用的淡水。
4.气体分离：高分子分离膜可以用于气体的分离纯化，例如二氧化碳的捕集和聚焦。
5.生物分离：高分子分离膜可用于分离纯化蛋白质、细胞和其他生物分子，广泛应用于生物科技领域。
高分子分离膜材料.
图1. 多孔膜的分离特性
3. 高分子分离膜发展简史
早在20世纪初已有用天然高分子或衍生物制透析、电渗析、微孔过 滤膜的例子。1960年S.洛布和S.索里拉金成功开发了各向异性的不 对称膜的制备方法，由于起分离作用的活性层极薄，流体通过膜的
阻力小，从而开拓了高分子分离膜在工业上的应用。70年代以来，
2. 膜的分类
分离膜的种类和功能繁多，不能用单一的方法来明确分类。 材料的性质——天然生物膜和合成膜。 膜的形态结构——多孔膜和非多孔膜，多孔膜又可分为对称膜和非对称膜， 而非多孔膜可分为整体不对称膜和复合膜。 膜的分离原理和推动力的不同——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。
也用于制造超滤膜和微滤膜。醋酸纤维素膜价格便宜，膜的分离和透
过的性能良好，但pH使用范围窄（pH＝4～8），容易被微生物分解 以及在高压操作下时间长了容易压密，使透过性下降。 硝酸纤维素（CN）由纤维素和硝酸制成。价格便宜，广泛用作透析 膜和微滤膜材料。为了增加膜的强度，一般与醋酸纤维混合使用。
纤维素本身也能溶于某些溶剂，如铜氨溶液、二硫化碳等。在溶解过 程中发生降解，相对分子质量降至几万到几十万，在成膜过程中又回 复到纤维素的结构，称为再生纤维素。再生纤维素广泛用于人工肾透 析膜材料和微滤、超滤膜材料。
O H
OH H O H O
H
CH2OH
H OH H
O H H
H O H
n_ 2 2
OH H H
OH H
CH2OH
OH
OH
O OH
其上的羟基可以在催化剂（硫酸、高氯酸、氧化锌）的作用下与冰醋 酸、醋酸酐等进行酯化反应，得到其衍生物。
由于纤维素的分子量较大，结晶性很强，因而很难溶于一般的溶剂。
《高分子分离膜材料》课件
分类
根据分离机理可分为纳滤膜、超 滤膜、微滤膜和反渗透膜。
特点
高分子分离膜比传统分离方法更 节能环保、效率更高、过程更稳 定。
应用
高分子分离膜逐渐替代传统分离 方法应用于医药制造、食品加工、 水处理、化学制品合成等领域中。
高分子分离膜的制备方法
1
膜材料制备
材料选取、掺杂、交联、吸附等方法制备高分子材料。
2
膜材料处理
高分子材料经过膜化、电化学处理等方法制备成膜材料。
3
膜材料成型
薄膜、管膜、平板膜等多种成型方法可以制备出不同形状的高分子分离膜。
高分子分离膜的应用领域
环保
高分子分离膜广泛应用于水处 理和空气过滤等环保领域。
医药
高分子分离膜在药物制造过程 中筛选和纯化。
食品
高分子分离膜用于浓缩和分离 奶制品、酿造食品等，提高生 产效率并控制成本。
高分子分离膜的制备方法包括高分子材料制备、膜 材料处理和膜材料成型等过程。
高分子分离膜广泛应用于环保、医药、食品等领域 中。
高分子分离膜的优势包括高效节能、易于操作等， 挑战包括成本高、技术含量高等。
高分子分离膜的发展趋势包括智能化、定制化和纳 米化等。
高分子分离膜材料
本课件介绍高分子分离膜材料，包括定义和作用，分类和特点，制备方法， 应用领域，优势和挑战，发展趋势，以及结论和要点。
什么是高分ห้องสมุดไป่ตู้分离膜？
定义
高分子分离膜是一种特殊膜材料，可以将混合物中的分子通过膜孔隙分离出来。
作用
高分子分离膜在能源、环保、制药、食品等领域中发挥着重要作用。
高分子分离膜的分类和特点
高分子分离膜的优势和挑战
1 优势
中科大功能高分子课件-分离膜-第四章 高分子分离膜
电泳涂装淋洗水中含有1～2％的涂料，用超滤分离出清水， 重复用于清洗；使涂料又得到浓缩，重新用于电泳涂装。 在牛奶加工厂中用超滤技术可从乳清中分离蛋白和低分子量
的乳糖。
19
第一节 高分子分离膜概述
三、几类典型的高分子分离膜
3.纳滤膜(nanofilteration)
纳滤膜是八十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。目前，纳滤膜已成为独立的 分离技术。
③ 生物功能膜：探感膜、生物反应器、医用膜等。
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ห้องสมุดไป่ตู้ 第一节 高分子分离膜概述
三、几类典型的高分子分离膜
1.微滤膜(microfilteration)
始于十九世纪中叶，以压力差为推动力，利用筛网状过 滤介质膜的“筛分”作用进行分离。
均匀的多孔膜，厚度在90～150mm左右，孔径在0.1～ 10mm之间，孔隙率为70 %左右，孔密度109 个/cm2，操作压 在69～207 kPa。
② 气体、溶液和水的净化：除去悬浮的微小固体颗粒、纤维和 微生物。
③ 食糖与酒类的精制：除去食糖中的杂质、酒类中的酵母、霉 菌和其他微生物，提高食糖的纯度和酒类产品的清澈度，延 长存放期。
④ 药物的除菌和除微粒：热压法灭菌，杀死的细菌仍留在药品 中；胰岛素、血清蛋白等不能采用热压法灭菌。常温操作也 不会引起药物的受热破坏和变性。
当不能经济地用常规分离方法得到较好分离效 果时，膜分离技术往往是首选考虑的手段。同时， 将膜分离技术和常规分离方法结合使用，可以获得 更好的经济效益。
4
第四章 高分子分离膜
膜分离过程不涉及物相的变化(渗透蒸发膜除 外)，常温下即可操作；由于避免了高温操作，所浓 缩和富集物质不容易发生性质变化，因此在膜分离 过程食品、医药等行业使用具有独特的优点；膜分 离装置简单、操作容易，对无机物、有机物及生物 制品均可适用，并且不产生二次污染。
3.4-高分子分离膜的制备(ppt,课件)
缺点：只能制备微滤膜，膜的空隙率较低
仅为10%~20%
3.4.2 拉伸法
拉伸法 是由部分晶体状态的聚合物膜经拉伸后形成微孔而得到的。 非晶区 受到过度的拉伸而局部断裂形成微孔 晶 区 作为微孔区的骨架得到保留
优点：
此生产效率高 制备方法相对容易 价格较低 孔径大小容易控制 分布也比较均匀
想转换法也包括多种方法主要介绍浸没沉淀法和热诱导相分离法聚合物溶液先流延于增强材料上或从喷丝孔挤出后迅速浸入非溶剂浴中溶剂扩散进入凝固浴j2而非溶剂扩散到刮成的薄膜内j1经过一段时间后溶剂和非溶剂之间的交换达到一定程度聚合物溶液变成热力学不稳定溶液发生聚合物溶液的液液相分离或液固相分离结晶作用成为两相即聚合物富相和聚合物贫相聚合物富相在分相后不久就固化构成膜的主体贫相则形成所谓的孔
70年代制备出聚砜膜(UF和MF)。
80年代制备了聚丙烯腈膜(UF和MF)。
这三种膜现已成为最重要的商品多孔不对称膜。
想转换法也包括多种方法，主要介绍浸没沉淀法和热诱导 相分离法
一、浸没沉淀法
聚合物溶液先流延于增强材料上或 从喷丝孔挤出，后迅速浸入非溶剂 浴中，溶剂扩散进入凝固浴（J2）， 而非溶剂扩散到刮成的薄膜内 （J1），经过一段时间后，溶剂和 非溶剂之间的交换达到一定程度， 聚合物溶液变成热力学不稳定溶液， 发生聚合物溶液的液-液相分离或液固相分离（结晶作用），成为两相， 即聚合物富相和聚合物贫相，聚合 物富相在分相后不久就固化构成膜 的主体，贫相则形成所谓的孔。
3.4 高分子分离膜的制备
——伏婷婷
膜的制备方法包括：
膜制备原料的合成—— 化学过程
膜的制备及膜的功能化—— 物理过程或物理化学过程
制备方法
第四章高分子分离膜
性能使混合物分离的过程。
（分离、提纯、浓缩）膜在生产和研究中的使用技术被称为膜技术。
Functional Polymer1Functional Polymer2Functional Polymer2Functional Polymer9Functional Polymer9Functional Polymer9Functional Polymer9Functional Polymer 9Functional Polymer 9复合膜(Composite Membrane)Functional Polymer 9Functional Polymer9渗透颗子有等小分子有机物，二价盐或多价盐水Functional Polymer9中空纤维、管式、卷式、平板式、以及核径迹蚀刻膜中空纤维（外径50~300um, 壁厚20um ）、Functional Polymer9（核孔膜）等。
管式、核孔膜Functional Polymer 9核孔膜Functional Polymer 9Functional Polymer 9Functional Polymer 9Functional Polymer 9O O HFunctional Polymer 9Functional Polymer9通常所用滤纸：其孔径分别大约是80～120微米、30～50微米、和1～3微米。
Functional Polymer9Magnification ofCellulose Acetate filterFunctional Polymer 9值适应范围较窄，不耐高温和某些有机溶剂或无机溶剂。
因此发Functional Polymer 9Functional Polymer 9Functional Polymer 9Functional Polymer 9Functional Polymer 9Functional Polymer9Functional Polymer9 Functional Polymer9Functional Polymer9 Functional Polymer9Functional Polymer9Functional Polymer 9磺化聚苯醚膜和磺化聚砜膜是最常用的两种离子Functional Polymer 9磺化聚砜膜Functional Polymer 9乙烯吡咯烷酮聚偏氯乙烯Functional Polymer 9Functional Polymer9Functional Polymer 9非对称膜Functional Polymer 9Functional Polymer9图4—3 复合制膜工艺流程框图99％表皮层，孔径（8－过渡层，孔径200多孔层，孔径（×1%Functional Polymer 9Functional Polymer 9等，下面分别介绍之。
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• 分离膜包括两个内容：一是膜材料，二是制膜技术。 • 目前，大多数的分离膜都是固体膜，无论从产量、产值、品种、功能或 应用对象来讲，固体膜都占99% 以上， 其中尤以有机高分子膜材料制备 的膜为主。
• 在膜分离过程中用得最多的是非对称膜。有机高分子非对称分离膜分非 对称膜（Asymmetric membrane）和复合膜（Composite membrane） 两类。
各种膜分离过程的特性
聚合物分离膜材料分类
• 不同的膜分离过程对膜材料有不同的要求：反渗透膜材料必须是亲水性的，
气体分离膜的透量与高分子膜材料的自由体积和内聚能的比值有直接关系； 膜蒸馏要求膜材料是疏水性的； 超滤过程膜的污染取决于膜材料与被分离 介质的化学结构。
天然高分子及衍生物类
• 纤维素衍生物类：硝酸纤维素、醋酸纤维素、乙基纤维素； • 甲壳素类：壳聚醣、胺基葡聚醣；
全氟磺酸型质子交换膜类型
• 美国杜邦公司生产的Nafion系列膜，包括Nafion 117、Nafion 115、 Nafion 112 、Nafion1135、Nafion 105 等； • 美国道化学公司研制的XUS- B204 膜； • 日本Asahi 公司生产的Aciplex 系列膜、日本Asahi 公司开发的 Flemion 膜、日本氯工程（Chlorine Engineers）公司的C 膜； • 加拿大巴拉德（Ballard） 最新研制成功的BAM 型膜。
合成高分子类
聚烯烃类：聚乙烯、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈、聚4-甲基 戊烯、聚乙烯醇；
• 聚砜类：双酚A 型聚砜、聚芳醚砜、酚酞型聚醚砜、聚芳醚酮； • 聚酰胺类：脂肪族聚酰胺、芳香族聚酰胺、聚砜酰胺、反渗透用交联芳 香含氮高分子； 聚酰亚胺； • 聚酯类：涤纶、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚碳酸酯； • 含硅聚合物：聚二甲基硅氧烷、聚三甲基硅丙炔； • 含氟聚合物：聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯；
离子交换膜
燃料电池用质子交换膜 （PEMFC） • 燃料电池是一种不经过燃烧，直接将燃料 和氧化剂中的化学能通过电化学反应的方 式转化为电能的高效发电装置，具有能量 转化率高、安全可靠、环境友好等优点。
PEMFC的工作原理
• 质子交换膜是质子交换膜燃料电池的核心组件，它在燃料电池中所起的 作用是双重的：作为电解质提供氢离子通道，作为隔膜隔离两极反应气体。 • 质子交换膜是以碳氢为骨架的聚合物，如交联聚乙烯- 双乙烯基苯磺酸和 磺化酚醛树脂膜。由于C —H 键易于断裂，导致聚合物不稳定，耐氧化性 能不够，电池堆的寿命只有数小时左右。 • 1964 年，美国通用电器公司将苯乙烯、二乙烯苯基的交叉耦合引入氟碳 化合物制成膜，以这种膜为电解质的电池寿命延长到500h。60 年代中期, GE与DuPont 公司合作开发Nafion系列膜，并将其用于质子交换膜燃料电 池，使电池的寿命提高到57000h 。 • 1983 年，加拿大等国家重新认识到质子交换膜燃料电池的军事用途和良 好的商业前景，掀起了对质子交换膜燃料电池的大量研究，并在膜材料方 面大量采用全氟磺酸型质子交换膜，它是目前最适合燃料电池的膜材料。
发展概况
• 膜分离过程具有低能耗、分离效率高、设备体积较小等优点，半个世纪 以来，膜分离完成了从实验室到大规模工业应用的转变，成为一项高效、 节能的新分离技术。
• 膜分离在工业上的应用以1925 年Sartorious 公司成立滤膜公司为起点, 此后差不多每10 年就有一项新的膜过程在工业上得到应用。
• 30 年代的微孔滤膜、40 年代开发的渗析、50 年代的电渗析、60 年代的 反渗透、70 年代的超滤、80 年代的气体分离、90 年代的渗透汽化。 • 目前，几十万吨/天的反渗透海水淡化工厂、全氟离子交换膜制碱技术、 近万平方米的大型超滤退浆废水处理以及1000 多套中空纤维氦、氮、氢膜 分离装置投入运行等等，都说明膜分离技术的规模、水平和重要作用。 • 1950 年与膜相关的工业年销售量仅500万美元，1981 年增至5 亿美元。 现在已超过100 亿美元。膜工业至今还集中在少数国家，根据1990 年的统 计，美国占55%，日本占18%，西欧占23%。
制膜技术
• Loeb 和Sourirajan 用醋酸纤维素作膜材料、采用相转化工艺制造出具有 非对称结构的反渗透膜，比原来的均质膜透水量提高近一个数量级而仍保 持高脱盐率。
• Asymmetric membrane的致密皮层和多孔支撑层是同一种膜材料、多数 情况下是在制膜过程中一次形成的。L- S 沉浸凝胶相转化法是制造这种非 对称膜的最主要方法。 • Composite membrane 是先制成多孔支撑层，再在其表面覆盖一层超薄 致密皮层。超薄皮层起分离作用，其材料多数与支撑层不同。复合膜的制 备方法有高分子溶液涂敷、界面缩聚、原位聚合、等离子体聚合、水上延 伸法、动力形成法等，其中以界面缩聚和原位聚合两种用得最多。
• 膜分离现象在近40 年内迅速发展，首先是由于有坚实基础理论研究的积 累。从1748 年Nollet发现膜的渗透现象以来，相继提出了扩散定律、膜的 渗析现象（Dialysis）、渗透压理论、Donnan 分布定律、膜电势的研究 等等； • 其次是近代科学技术的发展为分离膜研究提供了良好基础。高分子科学 的进展为膜分离技术提供了具有各种分离特性的合成高分子膜材料，电子 显微镜等近代分析技术的进展为分离膜的结构与性能关系以及分离机理的 研究提供了有效的手段； • 第三是现代工业迫切需要节能、低品位原料再利用和能消除环境污染的 生产新技术，而大部分膜分离过程无相变，因而节能水资源再生、低品位 原材料的回收与再利用、污水及废气处理等也都与膜分离过程密切相关。 • 膜分离技术目前已广泛用在各个工业领域，并已使海水淡化、烧碱生产、 乳品加工等多种传统的生产面貌发生了根本性的变化，其已经形成了一个 相当规模的工业技术体系。