高分子功能膜材料 ppt课件
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微滤（MF） 超滤（UF） 纳滤（NF） 反渗透（RO）
固体颗粒、细菌等 蛋白质、酶、多 肽、病毒等 抗生素、合成药、 染料、二糖等 无机盐类（NaCl、KCl)等
水、溶剂
多孔膜的分离特征 16
5）密度膜（dense membrance)（聚合物膜）
几乎不存在人为的微孔，膜中聚合物以半晶态或非晶态 存在，与其他常见聚合物结构类似，因此有时也称为聚合物 膜。主要用于混合气体分离，如合成氨工业中原料水煤气与 产品氨气的分离。其分离机理主要为气体在聚合物膜中的溶 解和扩散作用
乳化型液体膜：将互不相容的两相在高剪切力下制成乳 状液，再将此乳状液分散于第三相（连续相）中，则介于乳 状液中被包裹的内相与连续外相之间的这一相就叫乳化型液 体膜。
乳化型液体膜图
18
7）液体膜（续）
支撑型液体膜：具有微孔材料 表面借助液体表面张力形成的 液体膜。
动态形成液体膜：是使聚合物 溶液通过微孔过滤器时在其表 面动态形成的一层液体分离膜。
6）电透析膜(electrodialysis membrance）
分离的驱动力为电场力，指在电场力的作用下，带电粒子会
倾向于透过分离膜的微孔向带相反电荷的电极运动。电透析
膜一般由离子交换树脂构成。
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7）液体膜（liquid membrance)
液态的膜材料构成的分离膜，包括乳化型液体 膜、支 撑型液体膜和动态形成液体膜。
10
1）微滤膜（Microfiltration MF）
其主要优点为： ① 孔径均匀，过滤精度高。能将液体中所有大于制定孔径 的微粒全部截留； ② 孔隙大，流速快； ③ 无吸附或少吸附； ④ 无介质脱落。微孔膜为均一的高分子材料，过滤时没有 纤维或碎屑脱落，因此能得到高纯度的滤液。
11
1）微滤膜（Microfiltration MF）
应用：海水及苦咸水的淡化，果汁生产，氨基酸生产、 抗生素回收，催化剂分离回收等。
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4）反渗透膜（Reverse Osmosis RO）
渗透与反渗透原理示意图
是压力驱动分离过程中分离颗粒粒径最小的一种分离方法， 膜孔径在0.1~10nm之间，孔积率约为50%以下，孔密度为 1012个/cm2，操作压力在0.69~5.5MPa。主要用于脱除溶液中 的溶质，如海水和苦咸水的淡化。
7
8
非对称性膜
微孔对称性膜
9
典型的膜分离技术及应用领域 :
1）微滤膜（Microfiltration MF）
均匀的多孔膜，静压差为推动力，筛分机理过滤，膜 孔径在0.1~10μm之间，孔积率约为70%左右，孔密度为109 个/cm2，操作压在69~207KPa。 常见的有通孔型、海绵型、非对称型三种结构类型。
支撑型液体膜图
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8）复合分离膜
复合膜的研究是从1963年开始的，1968年开 发了聚砜多孔支撑膜，到目前为止，绝大多数复 合膜都是以聚砜支撑膜为基膜的。
高分子功能膜材料
第五章高分子功能膜材料
2
研究内容
5.1高分子功能膜材料概述 5.2高分子功能膜的制备方法
5.3高分子分离膜的分离机理与应用
3
5.1高分子功能膜材料概述
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 ➢ 1861年，施密特（A. Schmidt）微孔过滤膜
应用： 用于脱除粒径更小的大体积溶质，包括胶体级的微
粒、大分子溶质和病毒等，适用于浓度更低的溶液分离。
13
3）纳滤膜（Nanofiltration NF）
早期被称作低压反渗透膜或松散反渗透膜。纳滤膜主要 用于截留粒径在0.1~1nm，分子量为1000左右的物质，孔 径约0.5 ~5nm，可以使一价盐和小分子物质透过，具有较 小的操作压（0.5～1MPa）。其被分离物质的尺寸介于反 渗透膜和超滤膜之间，但与上述两种膜有所交叉。有人 认为纳滤膜与反渗透膜的区分在于纳滤膜可以使90%的 氯化钠通过，而使99%的蔗糖被截留，而反渗透膜可以 使绝大部分的氯化钠截留，这是两种膜最重要的区分点。
聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯，聚二甲基硅氧烷等
其他
壳聚糖，聚电解质等
6
一、高分子功能膜的分类
2.按使用功能划分：分离膜、缓释膜和保护膜等。 3.Baidu Nhomakorabea被分离物质性质划分：气体分离膜、液体分离膜、固 体分离膜、离子分离膜、微生物分离膜等。 4.按被分离物质的粒度大小分：反渗透膜、纳滤膜、超滤 膜、微滤膜。 5.按膜的形成过程划分：沉积膜、相变形成膜、熔融拉伸 膜、溶剂注膜、烧结膜、界面膜和动态形成膜。 6.按膜的结构与形态划分：密度膜、乳化膜和多孔膜。
缺点： ① 颗粒容量较小，易被堵塞； ② 使用时必须有前道过滤的配合，否则无法正常 工作。 微孔过滤技术应用领域：
在工业上用于含水溶液的消毒脱菌和脱除各种 溶液中的悬浮微粒，适用于浓度10%的溶液处理。
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2）超滤膜（Uicrofiltration UF）
特点：
多孔膜，静压差为推动力，膜孔径在1~100nm之间， 孔积率约为60%左右，孔密度为1011个/cm2，操作压在 345~689KPa。其过滤粒径介于微滤和反渗透之间，可截留 多糖、蛋白质、酶等相对分子质量大于500的大分子及胶 体，形成浓缩液，达到溶液的净化、分离及浓缩目的。
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
4
膜分离技术发展简史
➢ 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。 ➢ 美国Amicon公司首先将这种膜商品化。
5
一、高分子功能膜的分类
1. 按膜的材料分类
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
微滤（MF） 超滤（UF） 纳滤（NF） 反渗透（RO）
固体颗粒、细菌等 蛋白质、酶、多 肽、病毒等 抗生素、合成药、 染料、二糖等 无机盐类（NaCl、KCl)等
水、溶剂
多孔膜的分离特征 16
5）密度膜（dense membrance)（聚合物膜）
几乎不存在人为的微孔，膜中聚合物以半晶态或非晶态 存在，与其他常见聚合物结构类似，因此有时也称为聚合物 膜。主要用于混合气体分离，如合成氨工业中原料水煤气与 产品氨气的分离。其分离机理主要为气体在聚合物膜中的溶 解和扩散作用
乳化型液体膜：将互不相容的两相在高剪切力下制成乳 状液，再将此乳状液分散于第三相（连续相）中，则介于乳 状液中被包裹的内相与连续外相之间的这一相就叫乳化型液 体膜。
乳化型液体膜图
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7）液体膜（续）
支撑型液体膜：具有微孔材料 表面借助液体表面张力形成的 液体膜。
动态形成液体膜：是使聚合物 溶液通过微孔过滤器时在其表 面动态形成的一层液体分离膜。
6）电透析膜(electrodialysis membrance）
分离的驱动力为电场力，指在电场力的作用下，带电粒子会
倾向于透过分离膜的微孔向带相反电荷的电极运动。电透析
膜一般由离子交换树脂构成。
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7）液体膜（liquid membrance)
液态的膜材料构成的分离膜，包括乳化型液体 膜、支 撑型液体膜和动态形成液体膜。
10
1）微滤膜（Microfiltration MF）
其主要优点为： ① 孔径均匀，过滤精度高。能将液体中所有大于制定孔径 的微粒全部截留； ② 孔隙大，流速快； ③ 无吸附或少吸附； ④ 无介质脱落。微孔膜为均一的高分子材料，过滤时没有 纤维或碎屑脱落，因此能得到高纯度的滤液。
11
1）微滤膜（Microfiltration MF）
应用：海水及苦咸水的淡化，果汁生产，氨基酸生产、 抗生素回收，催化剂分离回收等。
14
4）反渗透膜（Reverse Osmosis RO）
渗透与反渗透原理示意图
是压力驱动分离过程中分离颗粒粒径最小的一种分离方法， 膜孔径在0.1~10nm之间，孔积率约为50%以下，孔密度为 1012个/cm2，操作压力在0.69~5.5MPa。主要用于脱除溶液中 的溶质，如海水和苦咸水的淡化。
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8
非对称性膜
微孔对称性膜
9
典型的膜分离技术及应用领域 :
1）微滤膜（Microfiltration MF）
均匀的多孔膜，静压差为推动力，筛分机理过滤，膜 孔径在0.1~10μm之间，孔积率约为70%左右，孔密度为109 个/cm2，操作压在69~207KPa。 常见的有通孔型、海绵型、非对称型三种结构类型。
支撑型液体膜图
19
8）复合分离膜
复合膜的研究是从1963年开始的，1968年开 发了聚砜多孔支撑膜，到目前为止，绝大多数复 合膜都是以聚砜支撑膜为基膜的。
高分子功能膜材料
第五章高分子功能膜材料
2
研究内容
5.1高分子功能膜材料概述 5.2高分子功能膜的制备方法
5.3高分子分离膜的分离机理与应用
3
5.1高分子功能膜材料概述
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 ➢ 1861年，施密特（A. Schmidt）微孔过滤膜
应用： 用于脱除粒径更小的大体积溶质，包括胶体级的微
粒、大分子溶质和病毒等，适用于浓度更低的溶液分离。
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3）纳滤膜（Nanofiltration NF）
早期被称作低压反渗透膜或松散反渗透膜。纳滤膜主要 用于截留粒径在0.1~1nm，分子量为1000左右的物质，孔 径约0.5 ~5nm，可以使一价盐和小分子物质透过，具有较 小的操作压（0.5～1MPa）。其被分离物质的尺寸介于反 渗透膜和超滤膜之间，但与上述两种膜有所交叉。有人 认为纳滤膜与反渗透膜的区分在于纳滤膜可以使90%的 氯化钠通过，而使99%的蔗糖被截留，而反渗透膜可以 使绝大部分的氯化钠截留，这是两种膜最重要的区分点。
聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯，聚二甲基硅氧烷等
其他
壳聚糖，聚电解质等
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一、高分子功能膜的分类
2.按使用功能划分：分离膜、缓释膜和保护膜等。 3.Baidu Nhomakorabea被分离物质性质划分：气体分离膜、液体分离膜、固 体分离膜、离子分离膜、微生物分离膜等。 4.按被分离物质的粒度大小分：反渗透膜、纳滤膜、超滤 膜、微滤膜。 5.按膜的形成过程划分：沉积膜、相变形成膜、熔融拉伸 膜、溶剂注膜、烧结膜、界面膜和动态形成膜。 6.按膜的结构与形态划分：密度膜、乳化膜和多孔膜。
缺点： ① 颗粒容量较小，易被堵塞； ② 使用时必须有前道过滤的配合，否则无法正常 工作。 微孔过滤技术应用领域：
在工业上用于含水溶液的消毒脱菌和脱除各种 溶液中的悬浮微粒，适用于浓度10%的溶液处理。
12
2）超滤膜（Uicrofiltration UF）
特点：
多孔膜，静压差为推动力，膜孔径在1~100nm之间， 孔积率约为60%左右，孔密度为1011个/cm2，操作压在 345~689KPa。其过滤粒径介于微滤和反渗透之间，可截留 多糖、蛋白质、酶等相对分子质量大于500的大分子及胶 体，形成浓缩液，达到溶液的净化、分离及浓缩目的。
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
4
膜分离技术发展简史
➢ 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。 ➢ 美国Amicon公司首先将这种膜商品化。
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一、高分子功能膜的分类
1. 按膜的材料分类
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