高分子分离膜材料的研究进展与开发利用

第44卷第1期2016年1月广州化工

GuangzhouChemicalIndustryVol.44No.1Jan.2016

高分子分离膜材料的研究进展与开发利用

汪

威，薛玉华，步明升，刘

志，阮润琦，王

青岛

266071）

黎，郭年华

（海洋化工研究院有限公司，山东

摘

要：膜分离技术被认为本世纪最有发展前途的高技术之一，具有可常温进行、能耗低、适用对象广泛、操作容易、装

置简单、易于自动控制和不污染环境等优点，将会对节约能源，提高效率，净化环境等方面做出重大贡献。本文对高分子分离膜的分类、分离机理与过程、制备方法进行综述，并对新型高分子分离膜的开发与利用以及高分子分离膜应用与发展趋势进行介绍。

关键词：高分子分离膜；分离机理；制备；应用开发中图分类号：O62

文献标志码：A

文章编号：1001－9677（2016）01－0027－03

ＲesearchProgressandUtilizationofPolymer

SeparationMembraneMaterials

WANGWei，XUEYu－hua，BUMing－sheng，LIUZhi，ＲUANＲun－qi，WANGLi，GUONian－hua

（MarineChemicalsＲesearchInstitute，ShandongQingdao266071，China）

Abstract：Membraneseparationtechnologyisconsideredtobeoneofthemostpromisingtechnologiesinthe21stcentury．Ithasmanyadvantages，suchasroomtemperature，lowenergyconsumption，wideapplication，easyoperation，simpledevice，easyautomaticcontrolandnonpollutingenvironment．Itwillmakeagreatcontributiontosaveenergy，improveefficiency，cleanenvironment．Theclassification，separationmechanismandprocess，andpreparationmethodsofpolymerseparationmembranematerialswerereviewed，thedevelopmentandutilizationofthenovelpolymerseparationmembraneandtheapplicationanddevelopmentaltrendofpolymerseparationmembraneswereintroduced．

Keywords：polymerseparationmembrane；separationmechanism；preparation；developmentandutilization

作为一项产业发展的高技术，膜分离技术被公认为本世纪最有发展前途的高技术之一。目前已普遍用于电子、化工、纺

［1］

织、轻工、石油化工、冶金、医药、农业等领域。膜分离是指在某种推力（压力差、浓度差、电位差等）作用下，利用天然或人工制备的、具有选择透过性能的薄膜对双组分或多组分液体或气体进行分离、分级、提纯或富集。该分离过程具有以

［2］

下特点：可常温下进行；分离过程中不发生相变化，能耗低；适用于膜分离过程的对象非常广泛，大到肉眼看得见的颗粒，小到离子和气体分子；膜分离过程操作容易、装置简单、易于自动控制和不污染环境等优点。随着膜分离技术的不断发展，能源短缺和环境污染以及水资源短缺等问题日渐严重，而膜工艺成本不断降低，使得该项技术在以后的日子里发挥着越来越重要的作用，将会对节约能源，提高效率，净化环境等方面做出重大贡献。

膜。③根据被分离物质性质不同，有气体、液体、固体、离子以及微生物分离膜等。④根据被分离物质的粒度大小分成反渗透膜、纳滤（NF）膜、超滤（UF）膜、微滤（MF）膜。⑤根据膜的形成过程划分有沉积膜、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根据膜结构和形态不同还可以分成密度膜、乳化膜和多孔膜。⑦根据用处的不同可分为：CO2回收膜、废水净化膜、海水淡化膜、诊测癌患膜、皮肤移植膜、无菌卫生膜、除臭生化膜、食品成分改善膜、光电敏感膜、节能增光膜等。

2

2.1

高分子分离膜分离机理与过程

分离机理

1高分子分离膜分类

基于研究目的、观察角度不同，高分子分离膜分类的方法是多种多样，缺乏统一的规律。分离膜主要有以下几种分类方［3］

式：①根据构成膜的材料种类划分有以无机碳材料或陶瓷材料为主的无机膜，以合成高分子材料为主的有机合成膜，天然高分子材料为主的天然有机膜和液体高分子材料在支撑材料上形成的液体膜等。②根据使用功能划分，包括用于混合物分离的分离膜，用于药物定量释放的缓释膜，起分隔作用的保护

分离膜的主要用途是利用膜对不同物质的透过性不同对混合物进行分离。作为分离用膜，两个最重要的指标是膜的透过性和选择性。前者标志着膜分离速度，后者标志膜分离质量。从目前掌握的材料，膜分离作用主要依靠过筛作用和溶解扩散

［3－4］

。作用两种作用机制

（1）过筛分离机制：聚合物分离膜的过筛作用类似于物理过筛过程，与常见的筛网材料相比，其不同点在于膜的孔径要小得多。被分离物质能否通过筛网取决于物质粒径尺寸和网孔的大小。但在过筛过程中，分离膜和被分离物质的亲水性、相容性、电负性等性质也起着相当重要的作用。

（2）溶解扩散机制：当膜材料对某些物质具有一定溶解能

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力时，在外力作用下被溶解物质能够在膜中扩散运动，从膜的一侧扩散到另一侧，再离开分离膜。在溶解扩散机制中，影响溶解能力的因素主要有被分离物质的极性、结构相似性和酸碱性质等。影响扩散能力的因素有被分离物质的尺寸、形状，膜材料的晶态结构和化学组成等。溶解性和扩散性差异是分离的基础。

（3）选择性吸附机制：当膜材料对混合物中的部分物质，有选择性吸附时，吸附性高的成分将在表面富集；这样，该成分通过膜的几率将加大。对膜分离起作用的吸附作用主要包括范德华力吸附和静电吸附。

同的方法。复合膜的制备包括基膜的制备和超薄表层的制备及复合。制备方法为：复合法是一种制成多孔支撑层之后，再在其表面覆盖一层超薄致密皮层的方法。其中超薄致密皮层起分离作用，其材料多数不同于支撑层，主要由膜过程和被分离物决定。另外制备方法还有界面缩聚、高分子溶液涂敷、就地聚合、水上延伸法和等离子体聚合等，用的最多的还是界面缩聚和就地聚合两种。

另外还有液体膜和动态形成膜的制备等。

4新型高分子分离膜的开发与利用

2.2分离过程

由于膜阻力的存在，任何物质透过分离膜都需要一定的驱动力。在膜分离过程中主要有三种驱动力参与，即浓度梯度驱动力、电场驱动力和压力驱动力。驱动力对物质的推动和膜对物质的阻碍是膜分离过程中可供调节和利用的一对矛盾。膜的阻碍性取决于膜的结构、性质和孔径，而被分离物质的透过性取决于性质、结构和体积大小，不同物质在同一张膜上透过性的差异则确定了选择性。同时，被分离物质的浓度，物理化学性质，荷电情况等也影响到驱动力的产生和大小。

3分离膜的制备方法

制备方法包括原料的合成、成膜工艺和膜功能三部分，原料的合成为化学过程，成膜工艺、膜功能形成是物理过程或物

［3－4］

。总的来说，膜的制作工艺主要是聚合物溶液理化学过程

（或熔体）制备，密度膜的制备，膜的功能化分以下几个步骤：

（1）聚合物溶液的制备

定好聚合物的材料之后，重要的就是溶液体系的选择了。在分离膜的制备过程中，溶剂可以作为溶解介质、溶胀剂以及成孔剂等。溶剂的选择一般考虑以下几个因素：温度压力和浓度、聚合物的性质等

（2）密度膜的制备

密度膜是指膜本身没有明显孔隙，某些气体和液体的透过是通过分子在膜中的溶解和扩散运动实现的一种分离膜。其制备主要有以下几种方法：使用聚合物溶 …… 此处隐藏：6604字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……