高分子分离膜专题

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10Membrane

§10.5 高分子分离膜(10.5.1

)

基本概念和膜的种类

10.5.2

高分子分离膜各论选择性透膜

膜上游2011-6-1

透膜青岛理工大学

膜下游1

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10.5.1

基本概念和膜的种类

膜(Membrane)是什么？有何特性？所谓的膜，是指在一种流体相内或是在两种流体相之间有 一层薄的凝聚相，它把流体相分隔为互不相通的两部分，并 能使这两部分之间产生传质作用。 膜的特性： ◆ 不管膜多薄, 它必须有两个界面。这两个界面分别与两侧 的流体相接触 ◆ 膜传质有选择性，它可以使流体相中的一种或几种物质透 过，而不允许其它物质透过。2011-6-1 2

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膜分离过程原理： 以选择性透膜为分离介质，通过在膜两边施加一个推动 力(如浓度差、压力差或电位差等)时，使原料侧组分选择

性地透过膜，以达到分离提纯的目的。通常膜原料侧称为膜上游，透过侧称为膜下游。

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分离膜与膜分离技术的概念 ——指能以特定形式限制和传递流体物质的分隔两相或两部 分的界面。 ——形式可以是固态的，也可以是液态的。被膜分割的流体物质可以是液态的，也可以是气态的。

——膜至少具有两个界面，膜通过这两个界面与被分割的两侧流体接触并进行传递。

——分离膜对流体可以是完全透过性的，也可以是半透过性的，但不能是完全不透过性的。

——膜在生产和研究中的使用技术被称为膜技术。2011-6-1 4

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有膜分离技术的优点：

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膜分离技术是利用膜对混合物中各组分的选择渗透性能的差异来实现分离、提纯和浓缩的新型分离技术。膜 分离过程的共同优点是成本低、能耗少、效率高、无污染 并可回收有用物质，特别适合于性质相似组分、同分异构 体组分、热敏性组分、生物物质组分等混合物的分离，因 而在某些应用中能代替蒸馏、萃取、蒸发、吸附等化工单 元操作。实践证明，当不能经济地用常规的分离方法得到 较好的分离时，膜分离作为一种分离技术往往是非常有用

的。并且膜技术还可以和常规的分离方法结合起来使用， 使技术投资更为经济。2011-6-1 5

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——膜分离过程没有相的变化(渗透蒸发膜除外),常温下 即可操作；——由于避免了高温操作，所浓缩和富集物质的性质不容 易发生变化，因此在膜分离过程食品、医药等行业使用具 有独特的优点； ——膜分离装置简单、操作容易，对无机物、有机物及生 物制品均可

适用，并且不产生二次污染。 由于上述优点，近二三十年来，膜科学和膜技术发展

极为迅速，目前已成为工农业生产、国防、科技和人民日常生活中不可缺少的分离方法，越来越广泛地应用于化工、 环保、食品、医药、电子、电力、冶金、轻纺、海水淡化 等领域。2011-6-1 6

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有分离膜种类

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阳离子膜 带电膜 高分子膜 阴离子膜 过滤膜

分 离 膜

非带电膜液体膜

精密过滤膜

超滤膜纳米滤膜

生物膜2011-6-1

反渗透膜7

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有高分子膜材料

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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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有1. 按膜的材料分类类 别 纤维素酯类 非纤维素 酯类 膜材料

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膜材料的分类

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

纤维素衍生物 类 聚砜类 聚酰(亚)胺类

聚酯、烯烃类含氟(硅)类 其他2011-6-1

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9

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2. 按膜的分离原理及适用范围分类 根据分离膜的分离原理和推动力的不同，可将其分 为微孔膜、超过滤膜、反渗透膜、纳滤膜、渗析膜、电

渗析膜、渗透蒸发膜等。3. 按膜断面的物理形态分类 根据分离膜断面的物理形态不同，可将其分为对称 膜，不对称膜、复合膜、平板膜、管式膜、中空纤维膜 等。

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有4. 按功能分类

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日本著名高分子学者清水刚夫将膜按功能分为分离功 能膜(包括气体分离膜、液体分离膜、离子交换膜、化学 功能膜)、能量转化功能膜(包括浓差能量转化膜、光能

转化膜、机械能转化膜、电能转化膜，导电膜)、生物功 能膜(包括探感膜、生物反应器、医用膜)等。

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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 OH H

H H CH2OO H H OH H OH H OH

OH H H O

HC H2O H

O

H CH2OH O H H OH H OH

H O H HC H2O H n_ 2 2

OH

OH H

H H O OH

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从结构上看，纤维素的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

C6H7O2 + 3(CH3CO)2O = C6H7O2(OCOCH3)3 + 2 CH2COOH

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醋酸纤维素是当今最重要的膜材料之一。

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