聚合物膜水蒸气渗透研究综述
聚合物薄膜的研究及其应用
聚合物薄膜的研究及其应用聚合物薄膜在当今材料科学领域中具有非常重要的应用，广泛应用于电子、医疗、环保等多个领域。
本文将从聚合物薄膜的研究背景、制备方法、性质特点和应用价值等方面进行探讨。
一、研究背景聚合物薄膜是一种由聚合物材料构成的薄膜。
聚合物薄膜的产生和发展源于对聚合物材料的研究。
随着现代科学技术的不断发展，对聚合物材料的需求不断提高，而聚合物薄膜具有重要的应用价值，因此，对聚合物薄膜的研究也愈加重要。
二、制备方法聚合物薄膜的制备方法有很多种，其中最常见的方法是溶液法、自组装法和层层自组装法。
1. 溶液法溶液法是一种非常常见的制备聚合物薄膜的方法。
它是将聚合物材料溶解在溶剂中，然后通过物理或化学方法将溶液转移到基底上并形成薄膜。
这种方法具有简单、易于操作等优点。
但是，它的精度和控制能力较弱，对应用的不同要求难以满足。
2. 自组装法自组装法，又称为Langmuir–Blodgett法，是将聚合物薄膜从液相转移形成的方法。
在这种方法中，聚合物分子通过表面活性剂等物质的作用，自行排列成为层状结构，在基底上沉积形成薄膜。
这种方法可以精确地控制分子的排列和取向，在制备超薄聚合物薄膜时具有非常广泛的应用价值。
3. 层层自组装法层层自组装法是一种通过界面原理在自组装薄膜上逐层沉积形成的方法。
在这种方法中，聚合物材料首先进入水中，然后将其逐层包覆在同种或不同种聚合物材料上。
层层自组装法制备的聚合物薄膜具有高的膜品质、良好的结构和相对均匀的成分分布。
三、性质特点聚合物薄膜具有许多独特的性质和特点，其中最重要的是其厚度和性能的高度可控性。
1. 厚度可控性制备聚合物薄膜的方法可以精确地控制厚度，可以制备出亚微米甚至纳米级的超薄聚合物薄膜。
这种厚度可控性非常重要，因为它可以影响到聚合物薄膜的光学、电学和物理性质。
2. 性能可控性制备聚合物薄膜的方法还可以控制聚合物的宏观和微观结构，从而可以控制聚合物薄膜的性质。
例如，可以通过控制聚合物链长、分子量和交联度等参数来调节聚合物薄膜的性质。
第七章渗透汽化及蒸气渗透
研究最多、应用最普遍、技术最成熟。已有较多的工业实例。 7.9.1.1 无水乙醇和燃料乙醇的生产
无水乙醇的生产是渗透蒸发脱水的最典型应用。世界上第一套和最大 的工业生产装置都是用于无水乙醇的生产。传统制备99.8%以上的无水 乙醇，需要采取萃取精馏、加盐精馏，过程复杂、能耗高、易污染。 渗透蒸发节能1/2-1/3，避免污染。
7.9.1.2 异丙醇脱水
除乙醇脱水外渗透蒸发过程的主要应用。异丙醇与水在80.37℃ 形成共沸物，共沸物含异丙醇87.7%，用于乙醇脱水的膜可直接 用于异丙醇脱水，且分离系数会更高。1986年，日本建造第一套 渗透蒸发工业装置用于异丙醇脱水，渗透液中异丙醇含量99.7%， 产能500千克/小时。
7.3 渗透汽化的基本原理
原料液进入膜组件，因为膜后 侧处于低压，易挥发组分通过膜后 即汽化成蒸气，蒸气用真空泵抽走 或用惰性气体吹扫等方法除去，使 渗透过程不断进行。原液中各组分 通过膜的速率不同，透过膜快的组 分就可以从原液中分离出来。膜组 件流出的渗余物是纯度较高、透过 速率较慢的组分。
为了增大过程的推动力、提高 组分的渗透通量，一方面要提高料 液温度，通常在流程中设预热器； 另一方面要降低膜后侧组分的蒸气 分压。
不溶于水、碱液和普通溶剂，但可溶于甲酸、乙酸等的稀溶液。耐水 性仍较差，需要交联处理，可用戊二醛、硫酸交联；与PVA共混改性。 7.8.1.3 聚丙烯酸类膜
亲水性强，侧链的羧基可供交联，交联后能够耐多种有机溶剂。分子 量高，可以制备很薄且有韧性的膜。
德国GFT(Sulzer Chemtech)膜性能一览
用载气吹扫膜的透过侧，以带走透过组分。吹扫气经冷凝后回收透过组分。 载气循环使用。透过组分无回收价值时，将吹扫气放空。
wvtr水蒸气渗透率
wvtr水蒸气渗透率水蒸气渗透率（Water Vapor Transmission Rate，简称WVTR）是衡量材料阻挡水蒸气渗透能力的指标。
它在许多领域中都扮演着重要的角色，例如包装材料、建筑材料和电子产品等。
本文将从这些不同领域的角度，描述WVTR的意义和应用，并探讨其对人类生活的影响。
在包装材料领域，WVTR是评估包装材料防潮性能的重要指标。
食品、药品和化妆品等易受潮的产品需要在包装过程中保持干燥，以延长其保质期。
因此，包装材料必须具备一定的防潮功能。
WVTR 的测量可以帮助包装材料生产商选择最合适的防潮材料，以确保产品的质量和安全。
例如，在食品包装中，WVTR的控制可以有效减少食品的湿气蒸发，延长食品的保鲜期，保持食品的新鲜度和口感。
在建筑材料领域，WVTR的重要性也不可忽视。
建筑材料的防潮性能直接影响到建筑物的耐久性和使用寿命。
对于居住在潮湿环境的地区而言，墙体和屋顶的防潮功能尤为重要。
WVTR的测量可以帮助建筑材料制造商选择合适的材料，以确保建筑物的防潮性能。
此外，WVTR的控制还可以减少室内空气中的湿气含量，提高室内空气质量，为居住者提供一个舒适健康的居住环境。
在电子产品领域，WVTR的应用也非常广泛。
电子产品对湿气的敏感性较高，因此需要在生产过程中采取防潮措施。
WVTR的测量可以帮助电子产品制造商选择合适的材料，并优化生产工艺，以防止湿气对电子元件的损害。
此外，WVTR的控制还可以减少电子产品在运输和储存过程中受到的湿气侵害，保证产品的质量和性能。
WVTR作为衡量材料阻挡水蒸气渗透能力的指标，在包装材料、建筑材料和电子产品等领域中具有重要的应用价值。
它的测量和控制可以帮助相关行业选择合适的材料，优化生产工艺，保证产品的质量和性能。
通过提高材料的防潮性能，WVTR还可以提供更舒适、健康的生活环境，为人们的生活带来便利和安全。
pet 薄膜水蒸气透过率
pet 薄膜水蒸气透过率
薄膜水蒸气透过率是指薄膜材料对水蒸气的透过性能。
薄膜通
常用于包装材料、建筑材料和膜分离等领域，其水蒸气透过率的性
能对于材料的功能和应用具有重要影响。
首先，从材料的角度来看，影响薄膜水蒸气透过率的因素包括
材料的渗透性、结构和厚度。
不同的材料具有不同的渗透性能，例
如聚乙烯薄膜和聚丙烯薄膜在水蒸气透过率上可能存在差异。
此外，薄膜的结构也会影响其水蒸气透过率，比如微孔薄膜相对于非微孔
薄膜可能具有更高的透气性能。
而薄膜的厚度也会对水蒸气透过率
产生影响，一般来说，薄膜厚度越大，其阻隔水蒸气的能力越强。
其次，从应用的角度来看，薄膜水蒸气透过率的性能对于不同
领域具有不同的重要性。
在食品包装领域，高水蒸气透过率的薄膜
可以防止包装内部产生凝结水，保持食品的新鲜度。
在建筑材料领域，低水蒸气透过率的薄膜可以有效阻隔水汽，起到保温和防潮的
作用。
在膜分离领域，薄膜的水蒸气透过率直接影响着其在蒸馏和
脱水过程中的效率和性能。
最后，从测试和标准的角度来看，薄膜水蒸气透过率的测试通
常遵循一定的标准方法，如ASTM E96。
通过这些标准测试方法，可
以准确地评估薄膜的水蒸气透过率，为材料的选择和应用提供依据。
综上所述，薄膜水蒸气透过率受材料、应用和测试标准等多方
面因素的影响，其性能对于不同领域具有重要意义。
因此，在实际
应用中，需要根据具体的需求和条件选择合适的薄膜材料以及进行
相应的测试和评估。
pva 水汽透过率
pva 水汽透过率摘要：一、引言二、PVA水汽透过率的定义及重要性三、影响PVA水汽透过率的因素四、提高PVA水汽透过率的方法五、结论正文：一、引言在当今的包装材料领域，PVA（聚乙烯醇）薄膜因其优良的阻隔性能而被广泛应用。
其中，水汽透过率是衡量PVA薄膜性能的关键指标。
本文将详细探讨PVA水汽透过率的影响因素及提高方法，以期为PVA薄膜生产者和使用者提供有益的参考。
二、PVA水汽透过率的定义及重要性水汽透过率是指在一定的温度和压力条件下，单位时间内，透过单位面积薄膜的水汽量。
它是衡量PVA薄膜阻隔性能的重要指标，直接影响到包装产品的保质期和安全性。
一般来说，水汽透过率越低，薄膜的阻隔性能越好。
三、影响PVA水汽透过率的因素1.PVA薄膜的材质：PVA分子的结构和排列方式对水汽透过率有重要影响。
分子链越密集，水汽透过率越低。
2.厚度：薄膜越厚，水汽透过率越低。
3.制备工艺：如挤出、流延、吹塑等不同制备工艺会影响薄膜的结构和性能，从而影响水汽透过率。
4.添加剂：如抗氧剂、紫外线吸收剂等添加剂对薄膜的阻隔性能有一定影响。
四、提高PVA水汽透过率的方法1.优化PVA分子结构：通过分子设计，提高PVA薄膜的阻隔性能。
2.选择合适的制备工艺：采用先进的制备工艺，如吹塑、共挤出等，以获得结构紧密、阻隔性能好的薄膜。
3.合理添加阻隔剂：如金属氧化物、纳米材料等，可提高PVA薄膜的阻隔性能。
4.优化薄膜结构：如采用多层结构、涂层等方法，提高薄膜的阻隔性能。
五、结论PVA水汽透过率是评价PVA薄膜性能的重要指标。
通过了解影响水汽透过率的因素，并采取相应的提高方法，可以为PVA薄膜生产者和使用者提供指导。
聚合物结构与气体渗透性能研究
聚合物结构与气体渗透性能研究黄杰;向贤伟;刘亦武;谭井华【摘要】With the development of packaging industry , the status of polymer in the packaging industry is becoming increasinglypared to traditional packaging materials (such as glass and metal), polymer is permeable.A small molecule permeation mechanism in the polymer was described focused on the relationship between intrinsic polymer chain, aggregation structure and its relationship barrier properties .Wherein the polymer chain structure main comprised structural units of the chemical composition , cross-linking , the spatial configuration of the polymer chain conformation , the flexibility of the polymer chain , polymer aggregation structure included a crystalline polymer orientation .%随着包装产业的发展，聚合物在包装产业中的地位越来越重要。
相比于传统的包装材料（如玻璃和金属），聚合物是可渗透的。
本文介绍了小分子在本征型聚合物中的渗透机制，重点阐述了聚合物的链结构、聚集态结构与其阻隔性能的关系。
膜技术在气体除湿领域的研究现状
膜技术在气体除湿领域的研究现状洪珊;孙文哲;夏雨佳;徐亚州;黄强【摘要】综述了膜分离技术在空气除湿、天然气除湿、烟气除湿和单体气除湿领域的研究现状,阐述了各除湿设备的工作原理和优缺点,并提出膜法除湿和其它除湿方法耦合是今后研究和发展的方向.【期刊名称】《应用化工》【年(卷),期】2019(048)005【总页数】4页(P1152-1155)【关键词】膜分离技术;膜法除湿;空气除湿;天然气除湿【作者】洪珊;孙文哲;夏雨佳;徐亚州;黄强【作者单位】上海海事大学商船学院,上海201306;上海海事大学商船学院,上海201306;上海海事大学商船学院,上海201306;上海海事大学商船学院,上海201306;上海海事大学商船学院,上海201306【正文语种】中文【中图分类】TQ028.8湿度影响着人类生活的方方面面，合适的湿度对工农业的生产环境、运输流程及物料存储具有重要的意义。
传统的除湿技术有多种，如冷却除湿法、液体吸收除湿法、固体吸附除湿法等。
近几十年，针对传统除湿方法的不足，一些新型除湿方法应运而出，膜法除湿便是其中的一种[1]。
本文讨论了膜分离技术在气体除湿领域的研究现状。
1 膜分离技术在空气除湿领域的研究现状1.1 膜式液体除湿器在传统液体除湿技术中，液体干燥剂和湿空气直接接触，存在空气夹带干燥剂溶液液滴的问题。
膜式液体除湿技术将液体干燥剂与空气隔离开来，避免干燥剂溶液与空气直接接触，同时消除了某些空气中颗粒物污染干燥剂溶液的可能性。
膜式液体除湿器的工作原理决定了除湿膜材料必须为疏水膜，微孔疏水膜存在潜在的液滴泄露风险，针对此问题，无孔膜显示了其独特的优越性[2]。
在防止溶液泄露的前提下，降低膜内部传质阻力、优化膜组件可提高膜式液体除湿器的除湿性能。
Huang等[3]将中空纤维膜组件压制成椭圆形截面纤维管，让空气流体沿着椭圆短半轴方向横掠管束，实验和数值模拟结果表明，管内外的传热传质性能均提高，椭圆形纤维管强化了膜式液体除湿器的除湿性能。
渗透作用应用的实验原理
渗透作用应用的实验原理1. 引言渗透作用（Permeation）是物质在固体、液体或气体之间传递的现象。
在科学研究和工程技术中，渗透作用广泛应用于材料科学、化学、生物学等领域。
本文将介绍渗透作用应用的实验原理。
2. 实验装置为了研究渗透作用的实验原理，我们需要准备以下实验装置： * 渗透膜：选择合适的渗透膜材料，如聚合物膜、陶瓷膜等； * 实验室仪器：包括温度控制设备、压力传感器、流量计等。
3. 实验步骤3.1 准备工作在开始实验之前，需要进行一系列的准备工作： * 清洗渗透膜：使用适当的溶液或清洁剂清洗渗透膜表面，确保其干净无杂质； * 保持实验室环境稳定：控制实验室的温度、湿度等因素，以确保实验结果的准确性。
3.2 实验操作1.将渗透膜放置在实验装置中，并对其进行固定。
2.在渗透膜的一侧注入需要渗透的溶液。
3.控制实验室温度，设定所需温度。
4.施加压力，记录压力值。
5.观察渗透膜另一侧产生的渗透物质，记录产物的性质和数量。
6.根据实验结果分析渗透作用的原理和机制。
4. 实验结果分析根据实验操作和结果，可以得出以下分析结论：* 温度对渗透作用有一定影响：温度的增加会促进渗透作用的进行。
* 压力对渗透作用的影响：施加较大的压力可以增加渗透速度和渗透量。
* 渗透膜的选择：不同材料的渗透膜具有不同的选择性，可以实现对特定物质的渗透。
* 渗透作用的应用：渗透作用的原理和机制在分离纯化、膜过滤等领域有广泛应用。
5. 结论通过实验原理的研究，我们可以更深入地了解渗透作用以及其应用领域。
渗透作用的实验原理需要借助适当的实验装置和操作步骤，以获得可靠的结果。
实验结果分析可以帮助我们进一步理解渗透作用的机制和应用前景。
6. 参考文献1.Kulkarni, A. D., & Deshmukh, A. J. (2015). Advances in MembraneTechnologies for Water Treatment: Materials, Processes and Applications. In Sustainable Water Technologies (pp. 273-302). Springer, New Delhi.2.Song, Y. (2016). Advanced Ceramic Membranes for Water Filtration:Material Development and Water Treatment Performance Evaluation. PhDdissertation, Michigan State University.以上是关于渗透作用应用的实验原理的文档，介绍了实验所需的装置和步骤，并对实验结果进行了分析和总结。
渗透蒸发透水膜的研究进展
第16卷第3期膜 科 学 与 技 术V o l.16N o .31996年9月M E M BRAN E SC IEN CE AND T ECHNOLO GYSep t .1996 修改稿收到日期:19952122133 通讯联系人,现在清华大学化工系作博士后渗透蒸发透水膜的研究进展陈俸荣3 陈洪钫(天津大学化工系,天津 300072)摘 要 根据渗透蒸发透水材料的发展过程特征,对已有的渗透蒸发透水膜材料进行了系统综述,并对各种透水膜的渗透蒸发分离性能作了阐述.关键词 渗透蒸发 亲水膜 乙醇 水溶液在近十几年中,许多渗透蒸发(Pervapo rati on ,简称PV )透水膜材料已被探索出来,其中部分PV 透水膜材料得到了实际应用,系统综述这些材料特性对于发展新的PV 透水膜材料具有重要意义.本文根据PV 透水膜材料自身的发展过程特征将已有的PV 透水膜材料分成如下四类:1)各种商品化的反渗透和离子交换亲水膜用作PV 透水膜;2)聚合物链上自身含有亲水基团的合成和半合成PV 透水膜;3)将亲水基团引入到疏水膜中的PV 透水膜;4)新的聚电解质PV 透水膜.1 各种商品化的反渗透和离子交换亲水膜用作PV 透水膜最初,人们在选择PV 透水膜过程中就已注意到了亲水的商品化反渗透膜和离子交换膜.典型的例子有纤维素类的反渗透亲水膜和N afi on 、AM V 离子交换膜,它们的PV 透水性能如表1、表2所示.表1 各种商品化的反渗透膜用于乙醇 水溶液的渗透蒸发数据膜材料水含量(W %)进料渗透边进料温度 ℃分离系数Α(水 醇)通量J L ·m -2·h -1参考文献再生纤维素6136.36.37138.08162323431121131141017101812101醋酸纤维素6156156168191611191923334311421831013142182141表2 各种商品化的离子交换膜用于乙醇 水溶液的渗透蒸发数据膜材料在进料中乙醇含量(W %)进料温度 ℃分离系数Α(水 醇)通量Jkg ·m -2·h-1参考文献N afi on 离子交换膜—H+—N a +—K +—(CH 3)3N H +951695169516951670707070215510918101551001501201342N afi on 811离子交换膜—C s +—K +781375182929101481401179012643AM V 阴离子交换膜—SO 42-—OH -979360607053010801384从表1和表2可以看出,商品化的反渗透和离子交换亲水膜对乙醇 水溶液的渗透蒸发分离性能很差.2 聚合物链上自身含有亲水基团的合成和半合成PV 透水膜由于许多亲水的商品化膜分离性能很差,一些合成的和半合成的亲水膜已得到了研究.各种含有阴离子、阳离子和非离子亲水基团的高选择性膜(Α>100)的透水性能列于表3.表3 各种合成的亲水膜用于乙醇 水溶液的渗透蒸水数据膜材料在进料中乙醇含量(W %)进料温度 ℃分离系数Α(水 醇)通量J kg ·m -2·h -1参考文献交联聚乙烯醇9580950001015聚羟甲基9560>8950010136甲氧甲基化的尼龙23502020001257用硫酸交联的壳聚糖906065000118聚烯丙基铵氯化物～904010001078磺化聚乙烯2C s + 2N a +85148414262672567101152010809羧甲基纤维素9030243001052310藻玩酸9060500001158 3J :kg ·m l ·m -2·h -1. 在表3中,聚乙烯醇〔PVA ,Po ly (vinyl alcoho l )〕、聚羟甲基〔PHM ,Po ly (hydroxy m ethy 2lene )〕和甲氧甲基化的尼龙23〔N —m ethoxym ethylated N ylon 23〕是具有非离子亲水基团即—OH 基的膜.PVA 是由聚醋酸乙烯水解得到,不同水解度的PVA 性能相差很大.PHM 是通过聚碳酸亚乙烯酯〔PV CA ,Po ly (vinylenecarbonate )〕水解得到,水解流程如下:·31·第3期 陈俸荣等:渗透蒸发透水膜的研究进展nCH =CH OOC O Po lym erizai on_CH —CH βnOOC O H ydro lysisreacti on_CH —CH βO H O HV CA PV CA PHM 由于PVA 与PHM 都含有大量的亲水基团—OH 基,故对水都表现出高的渗透选择性.N ylon 23在甲酸溶液中与仲甲醛〔(CH 2O )x 〕甲醇反应就能得到甲氧甲基化的N ylon 23_N —C βnCH 2OCH 3O.由于甲氧甲基化的N ylon 23本身溶解于水,当它在190℃进行热处理后就能被用作PV 透水材料.壳聚糖〔CS ,Ch ito san 〕、聚烯丙基铵氯化物〔Po ly (allyl 2amm on ium )ch lo ride 〕是阳离子聚合物.壳聚糖是由天然多糖甲壳素制得的脱乙酰产物,其过程如下: Ch itin (甲壳素) Ch ito san (壳聚糖)不同脱乙酰度的壳聚糖,其PV 透水性能相差甚大,尤其是渗透通量将发生很大变化.磺化聚乙稀〔Su lfonated po lyethylene 〕、羧甲基纤维素(C M C )、藻玩酸〔A lgin icacid 〕是阴离子聚合物,它们含有阴离子基团—SO 2-4,—COO -.其中,C M C 是纤维素的单元结构葡萄酐含有取代的羧甲基(HOOCCH 2—),羧甲基的取代度是影响C M C 的PV 透水性能的重要因素之一.藻玩酸是从天然海藻中(Seaw eeds )提取的.它是由D 2甘露糖醛酸(D 2m annu ron ic acid )和L 2古洛糖醛酸(L 2gu lu ron ic acid )组成的一种天然多糖物质,其结构单元如下所示: Β2D 2m annu ron ic acid Α2L 2gu lu ron ic acidU ragam i 等人和M och izuk i 等人[8]对藻玩酸膜透水性能的研究表明:酸性藻玩对水显示了非常低的渗透选择性,而碱性藻玩酸盐对水显示出了非常高的渗透选择性.总观主链上自身含有亲水基团的聚合物膜,不管亲水基团是阴离子或阳离子还是非离子基团,它们在富集的水溶液中都会有一定的膨胀.为了解决这个问题,膜的交联是必需的.其中,典型的被交联的膜材料有聚乙烯醇和壳聚糖.各种交联的PVA 膜的透水性能如表4所示,各种交联的壳聚糖膜的透水性能如表5所示.·41·膜科学与技术 第16卷表4 各种交联聚乙烯醇膜对乙醇 水溶液的渗透蒸发数据膜形交联方式在进料中乙醇含量(W %)进料温度 ℃分离系数Α(水 醇)渗透通量J kg ·m -2·h -1参考文献均质—～9040～220—11均质—60—957050—230—12均质热交联20—904020—40—13均质草酸柠檬酸959530304603500101010514均质磷酸丙二酸50503030101811201815复合顺式丁烯二酸顺式丁烯二酸甲醛反式丁烯二酸80959080808070801400950050350010401011100125表5 各种交联壳聚糖膜对乙酸 水溶液的渗透蒸发数据膜在进料中乙醇含量(W %)进料温度 ℃分离系数Α(水 醇)通量Jkg ·m -2·h-1参考文献脱乙酰度99%90951640403117011230106516戊二醛交联50～9040>2000—17戊二醛交联>5550>670011～01718离子化的壳聚糖(脱乙酰度98%)CH 3COOHHC l H 2SO 4非离子化9090909060606060123145931110403515014001210116013519用硫酸离子化的壳聚糖(脱乙酰度>90%)9060650001108 从表4和表5可以看出,用顺式丁烯二酸交联的PVA 膜(GFT )和H 2SO 4交联的壳聚糖都显示了很好的分离特性.由于交联效应主要有如下两方面的作用:一是交联剂与聚合物链中的交联基团形成了三维立体结构,限制了聚合物的膨胀,改变了渗透组分在膜中的移动选择性;二是改变了聚合物的化学特性,导致了渗透组分在膜中的溶解选择性也得到了相应的变化.因此,即使用相同的膜材料,由于使用的交联剂不同,结果膜的分离特性也是相差甚大.为了改善这类主链上自身含有亲水基团的聚合物膜的渗透选择性、热稳定性和耐溶剂性,选择适·51·第3期 陈俸荣等:渗透蒸发透水膜的研究进展宜的交联剂和交联方法是发展PV 透水膜材料的一条重要途径.3 将亲水基团引入到疏水膜中的PV 透水膜为了平衡膜中亲水和疏水关系,常采用共聚、共混、接枝技术.3.1 共聚(Copo lym erizati on )通过共聚改性方法得到的共聚物既含有亲水基团又含有疏水基团,因此,亲水基团与疏水基团的比例是影响这类共聚物分离性能的关键.Yo sk ikaw a 等选择了丙烯腈和各种亲水单体进行了共聚,表6列出了以聚丙烯腈为基础的共聚的渗透蒸发特性.表6 以聚丙烯腈为基础的共聚物膜对乙醇 水溶液的渗透蒸发数据膜材料在进料中乙醇含量(W %)进料温度 ℃分离系数Α(水 醇)通量J kg ·m -2·h -1参考文献聚丙烯腈5020700101520聚丙烯腈9070730102121马来酰亚胺与丙烯腈基聚859513151533143412010080100522,23丙烯酸与丙烯腈共聚811515876～010124,25乙烯吡啶与丙烯腈共聚～9015～10000～0100226丙烯酰胺与丙烯腈共聚9030～700001004～0100527 对表6中的结果,Yo sh ikaw a 等按照固定载体传递机理进行了分析.他们认为膜中亲水基团与水分子之间以两种作用力形式存在,即氢键力和库仑力.马来酰亚胺和丙烯酸是以氢键力形式存在,乙烯吡啶是以库仑力形式存在.此外,他们还用膜的D i m ro th ’s 极性值[32,33]与膜的吸附选择性进行了关联,结果表明:膜的D i m ro th ’s 极性值与水的极性值相差越小,该膜对水的吸附选择性就越大.由于膜的极性参数与膜的溶解度参数不一样,膜的溶解度参数要求知道聚合物的具体结构后才能得到,而膜的极性参数是一个经验参数,不需要知道聚合物的具体结构就能测定膜的极性值.因此,膜的极性参数是一个很有参考意义的经验参数.3.2 共混(B lending )几种共混物的PV 结果列于表7.表7 共混物膜对乙醇 水溶液的渗透蒸发数据共混膜在进料中乙醇含量(W %)进料温度 ℃分离系数Α(水 醇)通量J kg ·m -2·h -1参考文献聚丙烯腈 聚乙烯吡啶烷酮951620312118230聚丙烯酸 尼龙2680～9015～3530～700101～010331聚丙烯酸 尼龙2669575710017132聚乙烯醇 聚苯乙烯—Ba 2+—A l 3+95956060187015000112010833聚乙烯醇 聚乙二醇9565131511034 从表7中可以看出,聚乙烯醇 聚苯乙烯共混物经过热交联,转化成B a 2+离子作为对立离·61·膜科学与技术 第16卷子时,此膜显示出很高的分离因子.313 接枝(Grafting )在70年代初,A p rel 等人[35]就用接枝技术对PV 膜进行了改性.常用的接枝技术有等离子体、电子射线辐照、Χ射线辐照和化学反应接枝.几种常用的亲水性单体接枝到聚合物主链上的PV 透水行为如表8所示.表8 接枝膜对乙醇 水溶液的渗透蒸发数据接枝单体主体聚合物在进料中乙醇含量(W %)进料温度 ℃分离系数Α(水 醇)通量Jkg ·m -2·h-1参考文献N 2乙烯吡啶烷酮聚四氟乙烯95162521921236N 2乙烯吡啶烷酮42乙烯基吡啶聚四氟乙烯聚四氟乙烯96965555610616210301835苯乙烯聚四氟乙烯47712525411414112501937异丁烯酸聚乙烯9020313011538N 2乙烯基吡啶烷酮42乙烯吡啶 CH 3I丙烯酸丙烯酸 K+聚偏氟乙烯聚偏氟乙烯聚丙烯腈聚丙烯腈8080808080707070707078739866018016711011631439 从表8中看出,对于所有被接枝的PV 膜,渗透速率随着膜的饱和接枝率增大而增大,而渗透选择性除了离子单体(丙烯酸 K +)接枝的膜较高外,其余单体接枝的膜都很低.对于那些难溶的聚合物,不能用溶液涂布法制膜,只能用高温融熔挤压技术塑膜.象这类聚合物膜的改性,用化学方法是无能为力的,而用辐照接枝技术是很适宜的.因此,我们可以预测,对于那些具有较强的机械强度和热稳定性的致密膜,可通过接枝技术来达到膜的高渗透通量,以此取代不对称膜或复合膜.从上面几类PV 透水膜材料可以看出,除了PVA 和PHM 膜材料外,其余许多膜材料都是从聚电解质衍生而来.对于PVA 、PHM 这类亲水膜材料,由于它们耐水性差,因此必须靠交联来增加它们的抗水性和热稳定性.交联虽然增加它们对水的透过选择性,却降低了水的渗透通量.对于聚电解质这类膜材料,由于膜中金属离子强烈地水合作用和对有机物的盐析效应,使这类膜材料的分离性能大大提高.近几年来,聚电解质材料成了人们研究PV 透水膜材料的热点.4 新的聚电解质PV 透水膜正如日本学者M aeda Y 所说,当前欧州的PV 膜研究者已经把他们的研究兴趣转移到PV 膜过程及其过程的经济评价;而日本的PV 膜研究者却集中在材料的选择和膜的制备.特别是近几年发展起来的聚电解质亲水膜主要来源于日本的M IT I 的研究和发展计划中〔R &Dp ro jects spon so red by the M in istry of In ternati onal T rade and Indu stry (M IT I )〕.聚电解质膜可以从它们的电荷和链的结构差分成表9中的几种类型[40].·71·第3期 陈俸荣等:渗透蒸发透水膜的研究进展表9 聚电解质膜的分类聚电解质类型例子专利号聚阴离子合成聚合物N afi on聚丙烯酸碳化离子交换膜JP 59—49041B 2JP 61—502804A JP 59—102404A 合成+多糖羧甲基纤维素与聚丙烯酸共混藻玩酸与乙烯基聚合物共混JP 60—129104A JP 63—12304A 多糖藻玩酸、羧甲基纤维素JP 60—12304A 聚阳离子合成聚合物42乙烯吡啶与烯腈共聚JP 61—259707A 合成+多糖壳聚糖与乙烯基聚合物共混JP 62—4407A 多糖用金属离子配位的壳聚糖JP 61—287407A 从表中分类可知,聚电解质材料主要集中在两大类,一类以合成为主的聚丙烯酸(PAA )类,另一类以多糖为基础的天然羧甲基纤维素(C M C )、壳聚糖(CS )、藻玩酸(A GA )类,其中,PAA 、C M C 、A GA 为聚阴离子类,CS 为聚阳离子类.表10 以聚丙烯酸为基础的PV 膜分类类型材料支撑层或主体聚合物参考文献均聚聚丙烯酸涂在各种支撑层上聚砜聚醚砜4142共聚聚丙烯酸 聚丙烯腈24,25共混聚内烯酸(N a ) 羧甲基纤维素聚丙烯酸 尼龙261031接枝电子束辐射低密度PEPV F 2,PAN4239等离子体多孔聚丙烯43,44,45Χ射线辐射PVAPAA N ylon 26共混4647化学方法PVA42聚离子化合物PAA聚阳离子聚醚砜42411 以聚丙烯酸类为基础的PV 亲水膜用聚丙烯酸作为膜组成的许多研究已被报道,在表10中以PAA 为基础的PV 膜已被分成五类.通过均聚(hom opo lym er )、共聚(copo lym er )、共混(b lending )和接枝(grafting )技术形成的膜在分离特性上很大程度取决于PAA 的存在形式:即酸形式(—COOH )或盐形式(—COO -M +,M ,金属阳离子).表11列出了PAA 以不同离子形式的膜的分离特性.从表11中结果可以看出,PAA 以碱金属盐的形式的分离特性明显优于PAA 以酸的形式.这是由于PAA 以酸形式存在时,它对水和醇都有亲和力,导致膜的溶解选择性很低.相反,PAA 以碱金属盐的形式存在时,膜中碱金属阳离子的强烈水合作用和对醇的盐析效应,结果使膜的分离性能得到大大改善.·81·膜科学与技术 第16卷表11 以不同离子形式的聚丙烯酸膜对乙醇 水溶液的渗透蒸发数据膜在进料中乙醇含量(W %)进料温度 ℃分离系数Α(水 醇)通量J kg ·m -2·h -1参考文献PAA (N a +)90602241015～01741PAA —H + —K +959570704484001055110642电子束辐射接枝PAA —H + —K +80807070899611811748接枝到PVA 上丙烯酸—H + —N a +9113881350504183141801740100949 虽然PAA 以碱金属盐形式存在时,分离性能很好,但是它的耐久性很差.这是由于这类膜在使用过程中,碱金属阳离子逐渐流出膜外,导致膜中自由酸(—COOH )增加.为了解决这个问题,避免膜中自由酸的再生,日本专利(JP 61—502804A )提出往进料中加入碱金属盐,使进料保持在高的pH 值范围内.然而,这个方法对于生产高纯度的醇是不适宜的.另外,H uang 等人[31]采用了多价金属离子A l 3+交联,结果得到离子化交联的PAA 膜产生相对低的渗透选择性和渗透速率,并且得到的膜易碎.这个问题直到聚离子化合物被研究出来以后才得到真正解决.在这类聚离子化合物中,PAA 用各种聚阳离子化合物进行离子交联,各种聚阳离子化合物相当于取代了PAA -—M +形式中碱金属阳离子M +.这样,各种聚阳离子化合物就成了固定的对立离子.Karakane 等人报道了几种聚阳离子化合物.表12列出了几种聚阳离子化合物对以PAA 为基础的聚电解质膜分离特性的影响行为[50].表12 聚丙烯酸 聚离子化合物膜对乙醇 水溶液的渗透蒸发数据对立离子分离系数Α(水 醇)通量J kg ·m -2·h -1在渗透边水的含量(W %)Po lyethylenei m ine 22001839210Po lyallylam ine 75001519715PCA —101171001799819PCA —107194001829910PAL —283001349718PCQ —138001229512 PAA :MW 500000,用环氧化物交联Evaluati on :PV w ith 95w t %E tOH of 70℃. CH 2—CH 2χnCH 2N H +2C l-Po lyallylam ineN H —CH 2—CH 2χnPo lyethylenei m ineN +—CH 2—CH 2—N +—CH 2——CH 2χnCH 3C l-CH 3CH 3C l-CH 3PCA —101·91·第3期 陈俸荣等:渗透蒸发透水膜的研究进展N +—CH 2—CH 2—CH 2χnCH 3B r-CH 3PCA —107N +—CH 2—CH —CH 2χnCl 2nCH 3OH PAL —2CH 2—C —χnnC l -CH 2C OO CH 2CH 2N +CH 3CH 3CH 3PCQ —1 从表12中看出,PCA —107 PAA 显示了最好的分离性能,并且此膜在运行50天后仍能保持其初始的PV 行为,PCA —107是通过M en shu tk in 反应合成的.对于PAA 这类聚电解质膜,如何设计出合理可行的聚阳离子化合物是改善PAA 聚离子化合物PV 透水性能的关键.412 以多糖为基础的PV 透水膜羧甲基纤维素(C M C )、藻玩酸(A GA )、壳聚糖(CS )这几种天然的亲水材料都是由多糖构成的,它们分别含有亲水基团—CH 2COOH ,—COOH ,—N H 2.这些亲水基团有利于用各种技术如交联、共聚、共混、离子化进行改性.表13列出了这三种改性材料的PV 透水特性[63].表13 改性C M C 、A GA 和CS 对乙醇水溶液的渗透蒸发数据材料在进料中乙醇含量(W %)进料温度 ℃分离系数Α(水 醇)通量Jkg ·m -2·h -1专利号CN C PAA 共混8918258795016JP 60—129104A N a 1C M C —G M A —AN855010401110JP 63—12304AA GA 用Co 2+离子交联93607870001097JP 62—7404AJP 62—7405A用H 2SO 4交联的CS906010400116JP 62—7403A CS 与乙烯单体共聚8550177001036JP 62—4407A CS 与马来酐共聚8550134001044JP 62—4407A CS 用金离子配位Fe 2+ M n 2+8585303023019501150118JP 61—287407A 从表13中看出,这三种材料都显示了高的分离因子.特别是用Co 2+离子交联的藻玩酸·02·膜科学与技术 第16卷PV 膜显示了至今最高的分离因子.因此,PV 透水膜材料领域中,这几种材料引起了人们更多的关注.5 结论综上所述,在现有的渗透蒸发透水膜材料中,聚乙烯醇、壳聚糖、藻玩酸、羧甲基纤维素和以聚丙烯酸为基础的聚离子化合物膜材料都显示了较好的亲水性能.然而,一张真正具有工业应用价值的渗透蒸发透水膜不仅要求本身具有较好的分离性能,而且还应具备较好的耐热性、耐久性及抗溶剂性,即膜材料及其化学与物理结构是决定渗透蒸发分离效果的关键.因此,膜材料的开发和成膜过程的研究在渗透蒸发过程中占有特殊重要的地位.目前,人们对膜材料的开发主要从两方面去挖掘:一是以高分子化学为基础的纵向发展;二是对现有的高分子材料通过现代的物理化学手段进行改性.其中,第二种方法常被从事化工分离的研究者们采用.因此,在渗透蒸发透水膜的研究过程中,用现代的物理化学方法(如交联、接枝、共聚、共混等)对上述几种较好的亲水膜材料进行改性研究有待于进一步开发.参 考 文 献1 Sch issel P ,O rth R A .Separati on of ethano l 2w ater m ixtures by pervapo rati on th rough th in compo sitem em branes .J .M em brane Sci.,1984,17:1092 M aeda Y ,KaiM .R ecent p rogress in pervapo rati on m em branes fo r w ater ethano l separati on .In :H uang R Y M ,ed .Pervapo rati on m em brane separati on p rocess.E lsevier :Am sterdam ,1991.4033 Cabasso I ,L iu Z Z ,M ackenzie T .T he per m selectivity of i on 2exchange m em branes fo r non 2electro lyteliquid m ixtures . .the effect of counter i ons (separati on of alcoho l w ater m ixtures w ith NA F I ON m em 2branes ).J .M em brane Sci ,1986,,28:1094 W enzlaff A ,Boddeker K W ,H attenbach K .Pervapo rati on of w ater 2ethano l th rough i on exchange m em 2branes.J .M em brane Sci .,1985,22:3335 H artm ut B .M ultilayered m em brane and its use in separating liquid m ixtures by the pervapo rati onm ethod .D E 3220570,19836 T erada I ,N akam ura M ,N akao M .W ater ethano l per m eati on p roperties th rough po ly (hydroxy m ethy 2lene )and po ly (hydroxym ethylene 2co 2fluo roo lrfin )m em brane by pervapo rati on m ethod .D esalinatti on ,1988,70:4557 Suzuk i F ,K i m ura H ,O nozatto K ,et al .P reparati on of N 2m ethoxym ethylated N ylon 23and app licati on ofits m em brrane to pervapo rati on of w ater alcoho l m exture .J .A pp l.Po lym .Sci .,1986,32:45738 M aeda Y ,KaiM .R ecent p rogress in pervapo rati on m em branes fo r w ater ethano l separati on .In :H uang R Y M ,ed .Pervapo rati on m em brane separati on p rocess.E lsevier :Am sterdam ,1991.4049 Cabasso I ,Ko rngo ld E ,L iu Z Z .O n the separati on of alcoho l w ater m ixtures by po lyethylene i on ex 2change m em branes .J .Po lym .Sci.,Po lym .L ett .Ed .,1985,23:57710 R eineke C E ,Jagodzinsk i J A ,D enslow K R .H igh ly w ater selective cellulo sic po lyelectro lyte m em 2branes fo r the pervapo rati on of alcoho l -w ater m ixture .J .M em brane Sci.,1987,32:20711 H uang R Y M ,Jarvis N R .Separati on of liquid m ixtures by using po lym er m em branes . .per m eati on ofaqurous alcoho l so luti ons th rough cellophane and po ly (vinyl alcoho l ).J .A pp l .Po lym .Sci .,1970,14:234112 M aeda Y ,KaiM .R ecent p rogress in pervapo rati on m em branes fo r w ater ethano l separati on .In :H uang·12·第3期 陈俸荣等:渗透蒸发透水膜的研究进展R Y M ,ed .Pervapo rati on m em brane separati on p rocess .E lsevier :Am sterdam ,1991.41313 H iro tsu T .Bulletin of R esearch Inst .fo r Po lym &T ext .,1987,156:1114 张可达,付圣权.多元酸交联聚乙烯醇渗透汽化膜.膜科学与技术,1993,1:1915 谌东中,余学海.酯化交联聚乙烯醇膜用于渗透汽化法分离E toh H 2O 的研究.功能高分子学报,1991,3:23216 U ragani T ,Saito M ,T ak igaw a K .Comparison of per m eati on and separati on characteristics fo r aqueousalcoho lic so luti ons by pervapo rati on and new evapom eati on m ethods th rough ch ito san m em branes .M ak romo l.Chem .R ap id Comm un ,1988,9:36117 M aeda Y ,KaiM .R ecent p rogress in pervapo rati on m em branes fo r w ater ethano l separati on .In :H uangR Y M ,ed .Pervapo rati on m em brane separati on p rocess .E lsevier :Am sterdam ,1991.41518 曾宪放,陈鸣德,朱旭容,等.交联壳聚糖渗透蒸发膜分离乙醇-水.膜科学与技术,1993,2:2919 M och izuk i A ,Sato Y ,O aw ara H ,et al .M em branes from i onic glyco sides fo r separating fluids by perva 2po rati on .D E 3600333,198620 M ulder M H V ,H endrikm an J O ude ,H egem an H ,et al .E thano l 2w ater separati on by pervapo rati on .J .M em brane Sci.,1983,16:26921 M aeda Y ,KaiM .R ecent p rogress in pervapo rati on m em branes fo r w ater ethano l separati on .In :H uangR Y M ,ed .Pervapo rati on m em brane separati on p rocess .E lsevier :Am sterdam ,1991.40722 Yo sh ikaw a M ,Yoko i H ,Sanui K ,et al .Selective separati on of w ater 2alcoho l binary m ixture th roughpo ly (m alei m ide 2co 2acrylo initrile )m em brane .J .Po lym .Sci.,Po lym .Chem .L ett .Ed .,1984,22:215923 Yo sh ikaw a M ,Yoko i H ,Sanui K ,et al .Pervapo rati on of w ater 2ethano l m ixture th rough po ly(m alei m ide 2co 2acrylo initrlie )m em brane .J .Po lym .Sci.,Po lym .L ett .Ed .,1984,22:47324 Yo sh ikaw a M ,Yuko sh i T ,Sanui K ,et al Separati on of w ater and ethano l by pervapo rati on th roughpo ly (acrylic acid 2co 2acrylonitrile )m em brane .J .po lym .Sci.,Po lym .L ett .Ed .,1984,22:47325 Yo sh ikaw a M ,Yuko sh i T ,Sanui K ,et al .Selective separati on of w ater 2ethano l m ixture th rough syn 2thetic po l m er m em branes having carboxylic acid as a functi onal group .J .Po lym .Sci.,Po lym .Chem .Ed .,1986,24:158526 Yo sh ikaw a M ,Yuko sh i T ,Sanui K ,et al .Selective separati on of w ater from w ater 2ethano l so luti onth rough quarternized po ly (42vinylpyridine 2co 2acrylonitrile )m em branes by pervapo rati on technique .J .A pp l.Po lym ,Sci .,1987,33:236927 Yo sh ikaw a M ,O ch iai S ,T anigak i M ,et al .A pp licati on and developm ent of synthetic po lym er m em 2branes. .Separati on of aw ter 2ethano lm ixture th rough synthetic po lym er m em branes containing ammo 2nium mo ieties.J .Po lym .Sci .,Po l m .L ett .Ed .,.1988,26:26328 Yo sh ikaw a M ,Yoko i H ,Sanui K ,et al .Po lym er m em brane as a reacti on field . .Effect of m em braneenvironm ents on per m selectivity fo r w ater 2ethano l binary m ixtures .Po l m .J .,1984,16:65329 Yo sh ikaw a M ,O gata N .Po lym er m em brane as a reacti on field . .Effect of m em brane po larity on se 2lective separati on of a w ater 2ethano l binary m exutre th rough synthetic po lym er m em branes .J .M em brane Sci.,1986,26:10730 N guyen Q T ,B lanc L L ,N eel J .P reparati on of m em branes from po lyacrylonitrile -po lyvinylpy rro li 2done blends and the study of their behavi our in the pervapo rati on of w ater 2o rganic liquid m ixtures .J .M em brane Sci.,1985,22:24531 XU Y F ,H uang R Y M .Pervapo rati on separati on of ethano l 2w ater m ixtures using i onically cro sslinkedblended po lyacrylic acid (PAA )2N ylon 6m em branes .J .A pp l.Po lym .Sci .,1988,36:1121·22·膜科学与技术 第16卷32 Zhao X P ,H uang R Y M .Pervapo rati on separati on of ethano l 2w ater m ixtures using cro sslinked blendedpo lyacrylic acid (PAA )2N ylon 66m em branes .J .A pp l.Po lym .Sci .,1990,41:213333 T akegam i S ,Yam ada H ,T sujii S .D ehydrati on of w ater ethano l m ixtures by pervapo rati on using modi 2fied po iy (vinyl alcoho l )m em brane .Po lym .J .,1992,24:123934 M aeda Y ,KaiM .R ecent p rogress in pervapo rati on m em branes fo r w ater ethano l separati on .In :H uangR Y M ,ed .Pervapo rati on m em brane separati on p rocess .E lsevier :Am sterdam ,1991.40935 A p tel P ,Cuny J ,Jozefow icz J .et al .J .A pp l .Po lym .Sci .,1972,16:106136 A p tel P ,Challard N ,Cuny J .et al .A pp licati on of the pervapo rati on p rocess to the sepatati on ofazeo trop ic m ixtures .J .M em brane Sci.,1976,1:27137 T ealdo G C ,Canepa P ,M unari S .W ater 2ethano l per m eati on th rough grafted PPFE m em branes .J .M em brane Sci.,1981,9:19138 M aeda Y ,KaiM .R ecent p rogress in pervapo rati on m em branes fo r w ater ethano l separati on .In :H uangR Y M ,ed .Pervapo rati on m em brane separati on p rocess .E lsevier :Am sterdam ,1991.41139 N iemo ller A ,Scho lz H ,Go tz B ,et al .R adiati on 2grafted m em branes fo r pervapo rati on of ethano l w aterm ixtures .J .M em brane Sci.,1988,36:38540 M aeda Y ,KaiM .R ecent p rogress in pervapo rati on m em branes fo r w ater ethano l separati on .In :H uangR Y M ,ed .Pervapo rati on m em brane separati on p rocess .E lsevier :Am sterdam ,1991.42641 M eldrum I G ,N aylo r T V .Separati on of w ater from o rganic fluids .WO 8600819A l.198442 M aeda Y ,KaiM .R ecent p rogress in pervapo rati on m em branes fo r w ater ethano l separati on .In :H uangR Y M ,ed .Pervapo rati on m em brane separati on p rocess .E lsevier :Am sterdam ,1991.41843 H iro tsu T .Graft po lym erized m em branes of m ethacrylic acid by p las m a fo r w ater 2ethano l per m separa 2ti on .Ind .Eng .Chem .R es.,1987,26:128744 H iro tsu T .W ater 2ethano l separati on by pervapo rati on th rough p las m a graft po lym erized m em branes .J .A pp l.Po lym .Sci .,1987,34:115945 H iro tsu T ,N akaji m a S .W ater 2ethano l per m separati on by pervapo rati on th rough the p las m a graftcopo lym eric m em nranes of acrylic acid and acrylam ide .J .A pp l.Po lym ,Sci ,1988,36:17746 Shanto ra V ,H uang E Y M .Separati on of liquid m ixtures by using po lym er m em branes . .Grafted po ly(vinyl alcoho l )m em branes in vacuum per m eati on and dialysis .J .A pp l .Po lym .Sci .,1981,26:322347 H uang R Y M ,Xu Y F .Pervapo rati on separati on of ethano l 2w 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了解世界产品的窗口加强企业管理的顾问 提高经济效益的参谋《世界产品与技术》是由中国国际贸易促进委员会(又名中国国际商会)主办的中文综合性科技刊物。
渗透汽化(PV)及蒸汽渗透(VP)技术
渗透汽化过程的扩散过程一般用Fick定律来描述，即：
Ji
Di
dCm,i dx
目前扩散系数的计算方法主要有以下几类：
✓考虑浓度或活度对扩散系数影响的经验关联式；
✓从自由体积出发得到扩散系数；
✓从分子模拟出发计算扩散系数。
14
孔流模型示意图
孔流模型
➢此模型假定膜中存在大量的贯穿膜的孔道。 所有的孔均处在一个等温条件下，孔道存在 一个液-汽界面，进料液侧孔中充满了液体， 透过侧孔中充满蒸气。
13
溶解过程（热力学过程）
在溶解过程中，有机溶质在液/膜表面累积形成浓度分布层，理论上， 如果溶剂和聚合物之间存在分子和热力学相似，溶剂就能够在聚合物中吸 附和溶解。
一定温度、压力下，液膜和膜相达到溶解平衡时，液相浓度和膜相 浓度存在一下关系：
CM KSC
CM为渗透物小分子在膜相中的浓度，g·L-1；C为渗透物小分子在液相主 体中的浓度，Ks为溶解度系数。
液体组分通过孔道传输到液—汽界面，此为 Poiseuille流动；
组分在液—汽面发生相变而蒸发；
气体从界面处沿孔道传输出去。
➢尽管这两个模型在孔的特征上类似，但它们有着本质上的差别：
孔流模型定义的通道是固定的，而溶解扩散模型定义的通道是随机热运动的结 果。 孔流模型认为在膜内存在气--液界面，而溶解扩散模型认为汽化过程发生在膜 后侧表面。
12
2.3理论模型
理论模型研究是从热力学和物理化学基本关系出发，根据过程理 论原理将膜通量表述为基本变量(如吸附、扩散系数)的函数，而这些 变量都可以通过单独的实验来确定。
溶解扩散模型
溶解扩散模型示意图
根据此模型，渗透汽化的传质过程可以 分为三步： 渗透物小分子在进料侧膜表面溶解(吸附)； 渗透物小分在化学位梯度的作用下从料液 侧穿过膜扩散到膜的透过侧； 在膜下游渗透物透过膜表面解吸汽化。
渗透汽化膜分离技术及其研究
Scienc e and Technolo gy Review 6/200010高技术渗透汽化膜分离技术及其研究、应用进展Perva p oration Technolo gy and I ts Pro g re s s in Re se arch and A pp lication陈翠仙1韩宾兵2李继定3(清华大学化学工程系,教授1;博士后2;副教授3北京100084)图1下游侧抽真空或惰性气体吹扫渗透汽化过程示意图渗透汽化(p erva p oration ,简称PV )是一种新型膜分离技术。
该技术用于液体混合物的分离,其突出的优点是能够以低的能耗实现蒸馏、萃取、吸收等传统方法难以完成的分离任务。
它特别适用于蒸馏法难以分离或不能分离的近沸点、恒沸点混合物以及同分异构体的分离;对有机溶剂及混合溶剂中微量水的脱除及废水中少量有机污染物的分离具有明显的技术上和经济上的优势;还可以同生物及化学反应耦合,将反应生成物不断脱除,使反应转化率明显提高。
所以,渗透汽化技术在石油化工、医药、食品、环保等工业领域中具有广阔的应用前景及市场。
它是目前处于开发期和发展期的技术,国际学术界的专家们称之为21世纪最有前途的高技术之一。
一、渗透汽化膜分离技术1.基本原理渗透汽化是利用致密高聚物膜对液体混合物中组分的溶解扩散性能的不同实现组分分离的一种膜过程(如图1所示)。
液体混合物原料经加热器加热到一定温度后,在常压下送入膜分离器与膜接触,在膜的下游侧用抽真空或载气吹扫的方法维持低压。
渗透物组分在膜两侧的蒸汽分压差(或化学位梯度)的作用下透过膜,并在膜的下游侧汽化,被冷凝成液体而除去。
不能透过膜的截留物流出膜分离器。
2.特点与蒸馏等传统的分离技术相比,渗透汽化过程的特点是:高效,选择合适的膜,单级就能达到很高的分离度;能耗低,一般比恒沸精馏法节能1/2～1/3;过程简单,附加的处理少,操作方便;过程不引入其它试剂,产品和环境不会受到污染;便于放大及与其它过程耦合和集成。
包装膜的气体渗透机理与各种测试方法
书山有路勤为径；学海无涯苦作舟
包装膜的气体渗透机理与各种测试方法
摘要：本文对溶解—扩散气体分子转移，渗透推动力等渗透机理做了阐述，并对压差法，库仑法等各种测试方法进行分析比较。
关键词：溶解扩散转移推动力压差法库仑法
随着软质包装材料在食品、药品、化妆品、电子元器件产品包装方
面的广泛应用，包装膜对气体的阻隔性能越来越受到广大厂商的关注与重视。
下面，我就兰光薄膜阻隔性实验室的部份研究体会同在座代表做一交流。
一、包装膜的气体渗透机理
1溶解—扩散机理
气体透过非多孔膜(包括均质膜、非对称膜、复合膜)的现象是以溶解—扩散机理来阐述的。
如上图所示，首先气体分子与膜接触，接着在膜表面富集溶解，从
而在膜两侧表面产生浓度梯。
在浓度差的作用下，气体分子在膜内向前扩散，到达膜的另一侧面后从表面解析。
开始时，此过程处于非稳定态，气体在膜内浓度呈非线性分布；当延迟时间结束后，气体在膜内的扩散速度达到稳定状态，这时膜中气体的浓度沿膜厚方向呈线性分布。
专注下一代成长，为了孩子。
PET包装薄膜渗透性能的影响因素分析
PET包装薄膜渗透性能的影响因素分析郭彦峰;颜钰;刘谨;付云岗【摘要】研究了温度、相对湿度、薄膜厚度对聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)包装薄膜的渗透性能的影响规律,分析了PET包装薄膜对氧气((O2)、二氧化碳(CO2)气体的选择透过性,基于气体分子渗透反应动力学和回归分析法获得了渗透率的经验公式.结果表明,PET薄膜、PET镀铝(PET/Al)薄膜对水蒸气(H2O)、O2、CO2的渗透性能(透湿率、透气率)随着温度的升高而增加,渗透率(透气率、透湿率)的对数形式与热力学温度的倒数呈线性关系;相对湿度对12 μm PET薄膜透湿率的影响最小,而对20μm PET薄膜、18 μm PET/Al薄膜的影响稍明显;PET薄膜对O2、CO2气体具有显著的选择透过性,CO2透气率是O2透气率的约2倍,而PET/Al薄膜对O2、CO2气体的透气率都很低且差异甚小,具有优异的阻透性能.【期刊名称】《中国塑料》【年(卷),期】2011(025)005【总页数】5页(P60-64)【关键词】聚对苯二甲酸乙二醇酯;包装;薄膜;透气性;透湿性【作者】郭彦峰;颜钰;刘谨;付云岗【作者单位】西安理工大学包装工程系,陕西西安710048;西安理工大学包装工程系,陕西西安710048;西安理工大学包装工程系,陕西西安710048;西安理工大学包装工程系,陕西西安710048【正文语种】中文【中图分类】TQ323.4+1气调包装是一种利用选择透过性塑料薄膜包装易腐产品(如水果、蔬菜、食品)的保鲜技术,成本低、贮运方便,有利于延长这类产品的贮藏期、货架寿命、品质特性[1-5]。
在气调包装系统环境中,通过塑料薄膜对H2O、O2、CO2气体的选择性渗透性能(或阻透性能),调节易腐产品的呼吸、蒸腾作用,从而实现易腐产品的保鲜贮藏[3-6]。
因此,国内外学者广泛关注适用于气调包装技术的选择透过性塑料薄膜的制备及其渗透性能的研究 ,Lange、Rafael、Mangaraj等[7-9]认为聚偏氯乙烯(PVDC)、PET、聚丙烯(PP)、聚乙烯 (PE)薄膜对O2、CO2气体的透过性差,具有优良的阻透性能,是重要的气调包装技术用薄膜。
6FDA型聚酰亚胺膜材料的合成及其气体渗透性能研究
研究生签名：
Ⅻ９年７月矽日
学位论文使用授权声明
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研究生签名：
卫∞切年１玛／芦
等【７１。
（１）分子流／Ｋｎｕｄｓｅｎ扩散 气体分子在膜孔内的移动受分子平均自由程＾与孔径ｒ大小的影响。ｒ／＾＜１
时，孔内气体分子流动受分子与孔壁之间碰撞作用支配，气体通过膜孔流量与其 分子量成反比，称为分子流或Ｋｎｕｄｓｅｎ扩散。图１．２是分子流和粘性流的分子扩 散示意图。
潦震 添湫。彭沥钐心划怼
相１
膜
相２
斛 ．气． 《文
●一 渗透物
推动力 △Ｃ，△尸，△ｒ，△Ｅ
图１．１膜分离过程示意图
气体分离膜是利用气体分子的渗透速率差使不同气体在膜两侧富集实现分 离。早在１８３１年，Ｊ．Ｋ．Ｍｉｔｃｈｅｌｌ［２１就系统地研究了天然橡胶的透气性，发现了不 同气体分子透过膜速率不同的现象，首先揭示了用膜实现气体分离的可能性。 １８６６年，Ｔ．Ｇｒａｈａｍ［３１研究了橡胶膜对气体的渗透性能，提出溶解．扩散理论，并 且发现气体的渗透速率与膜的厚度有关，而选择性与膜的厚度无关。
ｐｒｅｓｓｕｒｅ，Ｃ０２－ｉｎｄｕｃｅｄ ｐｌａｓｔｉｃｉｚａｔｉｏｎ ｐｈｅｎｏｍｅｎａ ｍａｙ ｏｃｃｕｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｌａｓｔｉｃｉｚａｔｉｏｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｗａｓ ａｂｏｕｔ Ｏ．４ＭＰａ．Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ６ＦＤＡ—ＴＭＰＤＡ ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ，ｔｈｅ ａｄｄｉｔｉｏｎ
分离体系
Ｈ２（Ｈｅ）／Ｎ２、ＣＨ４、ＣＯ
气体渗透膜的研究和工业应用现状
气体渗透膜的研究和工业应用现状摘要简单介绍了气体膜分离技术的原理和分离机理，膜材料的种类及其在工业中各种应用，并介绍了气体膜分离技术的研究进展，对我国的膜分离技术提出了展望关键词气体膜；分离机理；膜材料；应用；展望一、概论膜分离技术被认为是2l世纪最有发展前途的新技术之一，其中气体膜分离技术由于Prism中空纤维氮氢分离器的问世，取得了空前的发展。
气体膜分离技术与传统的吸附冷冻、冷凝分离相比，具有节能、高效、操作简单、使用方便、不产生二次污染并可回收有机溶剂的优点，已广泛用于空气分离富氧、富氮技术、天然气中脱碳、合成氨中的一氧化碳和氢气的比例调节，以及在石油化工、天然气生产等领域。
二、气体膜分离技术原理膜法气体分离的基本原理是利用膜两侧气体分压差为驱动力，根据膜材料对不同渗透气体的选择性，使不同气体以不同速率渗透通过膜材料，从而达到分离、净化某种气体的目的，如图1[1]所示。
相同分压差下，两种气体的渗透速率之比称为这种膜材料对这两种气体的选择性。
选择性越大，分离过程越容易。
对不同结构的膜，气体通过膜的传递扩散方式不同，因而分离机理也各异。
目前常见的气体通过膜的分离机理有两种：其一，气体通过多孔膜的微孔扩散机理；其二，气体通过非多孔膜的溶解—扩散机理。
2.1 微孔扩散机理[2]多孔介质中气体传递机理包括分子扩散、粘性流动、努森扩散及表面扩散等。
由于多孔介质孔径及内孔表面性质的差异使得气体分子与多孔介质之间的相互作用程度有所不同，从而表现出不同的传递特征。
混合气体通过多孔膜的传递过程应以分子流为主，其分离过程应尽可能满足下述条件：1，多孔膜的微孔孔径必须小于混合气体中各组分的平均自由程，一般要求多孔膜的孔径在(50～300)×10 -10m；2，混合气体的温度应足够高，压力尽可能低。
高温、低压都可提高气体分子的平均自由程，同时还可避免表面流动和吸附现象发生。
2.2 溶解—扩散机理[2]气体通过非多孔膜的传递过程一般用溶解一扩散机理来解释，气体透过膜的过程可分为三步：1．气体在膜的上游侧表面吸附溶解，是吸着过程；2．吸附溶解在膜上游侧表面的气体在浓度差的推动下扩散透过膜，是扩散过程；3．膜下游侧表面的气体解吸，是解吸过程。
聚合物膜材料的研究现状及其应用
聚合物膜材料的研究现状及其应用随着现代科学技术的不断发展，人类对于材料的需求也越来越高，不同的应用场景也需要不同的材料来满足需求。
聚合物膜材料作为一种新兴的材料，在各个领域中得到了广泛的应用。
本文将从聚合物膜材料的基本概念、研究现状和应用三个方面来进行分析。
一、聚合物膜材料的基本概念聚合物膜材料其实就是由聚合物构成的膜状材料，其中聚合物是由单体分子通过聚合反应而形成的高分子化合物。
在膜材料中，聚合物的架桥点形成了一种网络结构，通过这种结构的交织，形成了一种具有重要特性的材料。
聚合物膜材料具有很多优越的性质，例如强度高、稳定性好、耐磨、耐腐蚀、防水、防氧化等，这些优点使其在生命科学、环境保护、材料科学等领域得到广泛应用。
二、聚合物膜材料的研究现状目前，聚合物膜材料的研究仍处于不断发展的阶段，其中主要有以下几个方面的研究：1. 膜材料的功能化随着人们对材料需求的不断提高，单一的物理和机械性质已经无法满足人们的需求了。
因此，研究者开始探索聚合物膜材料的多样化功能，例如驱动分子的转移、分离等。
通过引入各种功能材料，如金属、半导体、生物材料等，使聚合物膜材料的应用更加广泛。
2. 膜材料的制备技术膜材料的制备技术是聚合物膜材料研究中关键的一环，目前常用的制备技术包括浸涂法、气相扩散法和自组装法等。
其中浸涂法是最常用的一种制备技术，主要是利用溶液将聚合物涂在基材上，经过干燥后制得膜层。
在制备技术方面的研究将为聚合物膜材料的应用提供更好的技术基础。
3. 膜材料的结构和性能研究聚合物膜材料的性能在很大程度上决定了其应用的范围和效果。
因此，研究人员在研究聚合物膜材料的同时也关注了其结构和性能的研究。
例如，研究者可以通过调节聚合物的聚合比例、交联密度等因素，改变聚合物膜的物理和化学性质，使其在不同领域中得到广泛应用。
三、聚合物膜材料的应用聚合物膜材料由于具有优异的性质和灵活的制备方法，应用领域也越来越广泛。
以下是一些典型的应用领域：1. 生物医学领域在生物医学领域，聚合物膜材料通常用于药物传输、伤口修复、组织工程等方面。
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聚合物膜水蒸气渗透研究综述
摘要：对水蒸气在聚合物膜材料中渗透的评价方法和机理进行了综述，并且举例说明了渗透机理在膜材料水蒸气渗透研究中的应用。
关键词：聚合物膜材料水蒸气渗透率
一、聚合物膜材料水蒸气渗透率评价方法
水蒸气渗透率测试采用纯水蒸气，通常按照参考文献[1]的方法进行。
对于中空纤维膜材料，取数根中空纤维膜，装入一端带有支管的玻璃管中，将玻璃管两端用环氧树脂浇铸封闭，使水蒸气只能从中空纤维膜的内侧通过而不会进入膜外侧的渗透端。
将组装好的中空纤维膜器接入水蒸气渗透评价装置，进行水蒸气渗透率的测定。
对于平板膜材料，也采用类似的评价装置，只是膜器为出口端带有支管的、中间紧密压配平板膜材料的法兰盘结构。
其水蒸气渗透率的表二、水蒸气在聚合物膜中的渗透机理
1. 成簇迁移
对于憎水性或亲水性不是很强的聚合物，水蒸气在这些聚合物中的渗透均存在成簇迁移现象。
文献报道的聚合物材料有聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚苯醚等。
水蒸气通过这些聚合物膜渗透，由于分子间的氢键作用及水分子与聚合物的相互排斥，使水分子不再以单分子形式通过聚合物膜，而是以二分子、三分子甚至更多分子的团簇形式通过膜渗透。
一些学者还发展了数学方法来定量描述渗透分子在聚合物中的成簇趋势，通过平衡吸附曲线计算簇函数[2]。
scannett和koros研究水蒸气在聚炳烯腈中的渗透行为时发现在一定湿度范围内，水蒸气渗透不符合双方式吸收模型，水分子在聚合物中存在成簇现象。
schult等研究水蒸气在一些聚合物材料中的吸附平衡曲线时，认为在较高水蒸气活度时，多数材料都表现出对henry定律出现正偏差，原因是水分子之间形成团簇。
由以上的研究结果可知，成簇迁移的结果，使渗透分子尺寸增大，扩散速度降低；但同时膜吸附量随原料浓度提高对henry定律出现正偏差，即溶解度参数提高。
这两种作用对水蒸气渗透速率的影响是相反的。
2. 塑化和溶胀
当水蒸气与聚合物之间相互作用较强时，水蒸气在聚合物中的存在可能对聚合物产生塑化作用。
水蒸气对膜的塑化作用增大了聚合物链段间的空隙，从而使其扩散系数随原料水含量的增多而增加[3]。
对于水分子与聚合物作用不是很强的体系，成簇和塑化通常同时存在，在不同体系中所起的作用大小不同。
成簇和塑化都使得溶解度随活度增大而增大。
若扩散系数随活度增大而增大，则认为是塑化或溶胀起支配作用。
对于亲水性很强的聚合物材料，水蒸气在膜中的溶胀现象更为明显。
综上所述，聚合物发生塑化或溶胀，水蒸气扩散系数增加，渗
透速率提高。
3. 多层吸附与毛细管凝聚
水蒸气属于可凝性气体，因此在一定条件下水蒸气在膜中也会出现多层吸附和毛细管凝聚。
一般这种现象多见于多孔材料中，如多孔石英玻璃及陶瓷等无机膜中[3-5]。
对于某些特殊的均质聚合物膜，也会发生这种现象，如聚1-三甲基硅-1-丁炔(ptmsp)[6，7]。
这是由于它是一种具有超高自由体积的玻璃态聚合物，这种超高自由体积使其具有比传统的玻璃态和橡胶态聚合物更高的吸附容量。
三、水蒸气在聚合物膜中的渗透机理应用实例
对于聚芳醚砜酮材料，无论用dmac溶剂体系还是用nmp溶剂体系制得的中空纤维膜，其水蒸气渗透率均远大于氧气和氮气的渗透率。
即含水蒸气的混合气体渗透过中空纤维膜时，水蒸气在聚芳醚砜酮中空纤维膜中的渗透率远大于氧气和氮气的渗透率，这样，聚芳醚砜酮中空纤维膜就可以有效地去除混合气体中的水蒸汽。
这种较高的水蒸气渗透率的结果与水蒸气在ppesk中的渗透机理有关。
聚芳醚砜酮材料的亲水性并不强，聚二甲基硅氧烷涂覆后，整个聚芳醚砜酮复合膜的亲水性就变得更差，如上文所述，此时，水蒸气在这样的材料中渗透时以成簇迁移机理为主，即水分子并不是以单分子形式通过聚合物的。
渗透分子成簇迁移的结果，使得渗透分子尺寸扩大，扩散速度减低；同时，膜的吸附量随原料浓度提高对henry定律出现正偏差，即溶解度系数提高。
这两种作用对水蒸气渗透速率的影响正好相反。
该实验中水蒸气活度不高，此时水分子
在聚合物中的聚集较低[8]，所以影响渗透速率的第一种因素被减弱，因此水蒸气渗透速率很高。
对于未涂覆的聚芳醚砜酮中空纤维膜，水蒸气在膜中的渗透除了成簇迁移的形式外，还可能对膜产生塑化作用。
因为对于水分子与聚合物作用不是很强的体系，成簇和塑化通常同时存在。
如上文所述，聚合物发生塑化，水蒸气扩散系数增加，渗透速率提高。
因此未涂覆的中空纤维膜具有更高的水蒸气渗透率。
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