第六章 高分子功能膜材料ppt课件

2018/10/25
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 nH 2N C N H N H l 2 + nC O C O C C l
D M A C N H
O C N H N H
O C
O C
n
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类似结构的芳香族聚酰胺膜材料还有：
O [N H O ] n O N H C O N H C O C] n
C6H7O2 + 3(CH3CO)2O ＝ C6H7O2(OCOCH3)3 + 2 CH2COOH
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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。
C N H N H C O
[N H
H C N
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（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：
H N 2 H N 2 N H 2 + n N H 2 O O C O C O
O H N C N H N H N C + 2n O + 2n H 2
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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 O C H O H H C H O H H 2 O H 2 O H O H O H O H H H H O H O H H H H O O H O H H O H H O H C H O H 2
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（2）主要的非纤维素酯类膜材料 （i）聚砜类 O S ，为了引入亲水基 聚砜结构中的特征基团为 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、 二甲基乙酰胺、N—甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜等。
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CH3 聚 砜 [ O C CH3 O 聚 芳 砜 [ S O O 聚 醚 砜 [ S O O 聚苯醚砜
O C N C O
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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。
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一、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
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第六章 高分子 功能膜材料
主要内容
一 高分子功能膜分类 二 高分子功能膜制备方法 三 膜分离过程 四 膜过程和其他化工过程的联用 五 膜分离过程应用 六 其他功能膜
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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。
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 膜材料的分类
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
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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
O nC l C C H C H O C C l +nH N R ' O 界 面 缩 聚 C C H C H O C N R '
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R N H
R N n Cl + 2nH
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。
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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。
_ n 2 2
H O H H O HH H O H O H
C H O H 2
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从结构上看，每个葡萄糖单元上有三个羟基。 在催化剂（如硫酸、高氯酸或氧化锌）存在下，能 与冰醋酸、醋酸酐进行酯化反应，得到二醋酸纤维 素或三醋酸纤维素。
C6H7O2 + (CH3CO)2O ＝ C6H7O2(OCOCH3)2 + H2O
n
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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 N H S O 2 H N 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。
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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：