膜分离制备PPT课件

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• 瞬时分相常导致多孔性皮层，用于制备微 滤和超滤膜，延迟分相则形成致密的皮层 结构，用于制备反渗透和纳滤膜。
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• 聚合物成膜过程的固化可以通过结晶化、 凝胶化、玻璃化达到，由于成膜速度快只 有结晶性能好的聚合物可以部分结晶，有 些则通过化学或物理交联的凝胶化，对于 无定型聚合物有些则形成玻璃态而固化。 这些对于膜的最终性能是有显著影响的。
• 当然在制备过程中，人们习惯上经常把从 溶液到分相成膜固化的过程统称为凝胶化， 介质称为凝胶浴。
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(3)径迹蚀刻
最简单的膜孔结构呈等孔径圆柱状平行孔， 采用径迹蚀到法可以得到这种孔结构。径 迹蚀刻法是使膜或薄片(通常是聚碳酸酯)接 受垂直于薄膜的高能粒子辐射，在辐射粒 子的作用下，聚合物(本体)受到损害而形成 径迹。
然后将此薄膜浸入酸(或碱)溶液中，结果径迹 处的聚合物材料被腐蚀掉而得到只有很窄 孔径分布的均匀的圆柱形孔L。
• 颗粒大小分布越窄，则所制成的膜孔径分布也越 窄。
• 采用这种方法所制得的孔径大约为0.1—10微米， 其孔径下限由所选用最小颗粒的大小心定。
• 烧结法是制备聚四氟乙烯膜的很好方法，因为对 这种具有非常好的化学和热稳定性的聚合物．找 不到合适的溶剂使其溶解。
• 实际上，以上所述可用烧结法制膜的材料的共同 持点就是都具有化学稳定性、耐热性和机械稳定 性，特别是无机材料。
膜的制备和种类
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• 有许多方法可以用来制备合成膜。其中有 些既可以制备高聚物膜．也可以制备无机 膜。
• 主要的制膜方法包括烧结法、拉伸法、径 迹蚀刻法、相转化法、溶胶—凝胶法、蒸 镀法和涂敷法。
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1、烧结法
• 很多材料均可采用这种方法制备膜。如各 种聚合物粉末(聚乙烯、聚四氟乙烯、聚丙 烯)，金届(不锈钢、钨)，陶瓷(氧化铝、氧 化锆)，石墨(碳)和玻璃(氧化硅)。
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孔径范围为0.02—10微米，但表面孔隙率很 低(最大约10%)。膜材料的选择主要取决于 所能得到的薄膜厚度和所使用的辐射的强 度(一般为1MeV)。
具将这种能量的粒子的最大穿透厚度约为20 微米。如增大粒子能量则可选用更厚的薄 膜。甚至采用无机材料(如云母)。
这种力法制成的膜的孔隙率主要取决于辐射 时间。而孔径由侵蚀时间决定。图2为径迹 蚀刻法制备过程示意图。
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• 当组成在I和2之间时，会自发分离成组成为 1和II的两个相，这种相分离过程是通过反 向扩散（即向浓度较大的方向扩散）完成 得，成为旋节线分离SD，倾向于产生两相 交错的形态结构，相畴较小，相界面较模 糊。当组成在1和I或者2和II之间为介稳态， 组成的微小波动会使体系自由能增大，所 以相分离不能自发进行，需要成核作用促 使相分离，包括成核和核的增长两个阶段， 称为成核-增长相分离过程NG，过程较慢， 分散相常为较规则的球状颗粒。
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• (4)模板浸取 制备多孔膜的另一种方法是将 薄膜中的一种组分浸取出去。多孔玻璃膜 可以采用这种方法制取。将三组分(如 Na2O-B2O3-SiO2)均匀熔融物(1000— 1500℃)冷却，把体系分成两相。一相主要 是不溶的SiO2另一相为可溶的，然后用酸 或碱将第二相浸取出去。利用这种方法可 以得到不同的孔L径、最小约为0．005微米 (5nm)。
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• (5)相转化 大多数丁业用膜都是用相转化法制成 的用于制备各种形态的模。
• (6)涂覆 依靠扩散进行传递的聚合物致密膜的通 量一般较低，为提高通量，应尽可能减小膜的有 效厚度，为此可以制备复合膜。复合膜由两种不 同的材料构成．即把强选择性薄膜沉积在含孔的 亚层上。实际的分离选择性由皮层决定，而带孔 的亚层仅起支撑作用。制备复合膜的涂覆方法包 括：浸没涂覆、等离子聚合、界团聚合、原位聚 合等。另一种涂覆法是利用涂层将亚层的孔堵死， 此时亚层的本征性质决定了复合膜的性能。
• 然而，烧结法只能用于制备微滤膜。多孔聚合物 膜的孔隙率一般较低，为10％一20％或稍高。 14
(2)拉伸
这种方法是将部分结晶化聚合物材料(聚四氟 乙烯、聚丙烯、聚乙烯)挤压膜或薄片沿垂 直于挤压方向拉伸，使结晶区域平行于挤 压方向。在机械应力作用下，会发生小的 断纹，从而得到多孔结构。
使用这种方法所能制得膜孔径最小约为0.1微 米．最大约为3微米。只有(半)结晶化材料 才能用这种方法制膜。采用这种方法所制 得膜的孔隙率远高于烧结法，最高可达到 90％。
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• 左室为酸性电解质例如硫酸或草酸，右室 为蒸馏水，阳极的铝被电解，控制直流电 压和电解时间可以得到合适的孔大小和深 度，一般不贯穿。通过后处理去除未电解 的铝，如使用氯化汞溶液。
• 微孔玻璃制备的方法被称为模板法或相分 离-沥滤法。
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• 所制得膜的孔的大小取决于粉末的颗粒大小及颗 粒大小的分布。