高分子分离膜的材料

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目录引言 分类 前景展望

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引言用天然或人工合成的无机或有机薄膜，以外界能量或化学 位差为推动力，对双组分或多组分溶质和溶剂进行分离、 分级、提纯和富集的方法统称为膜分离法。 随着膜分离科学与技术的发展，膜分离越来越多的应用在 水处理行业包括海水淡化、污/废水处理、纯净水等，石 化行业包括石油产品分离、有机物脱水纯化等，食品医药 生物行业等领域。 膜分离技术是利用分离膜的选择透过性对分离对象进行分 离和提纯的技术，此技术具有高效、节能、投资少、污染 小的特点，被誉为“绿色”技术。也成为如今能减排大潮 中的关键和重要技术之。Page 3

海水淡化

工业废水处理 城市废水资源化 天然气 水资源

生物利用 能源

燃料电池

膜传统工业 冶金 制药 食 品 化工与石化 电子CO2控制

生态环境 除尘 洁净燃烧

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以压力差为推动力，截留离子物质仅透过溶剂

反渗透Page 5

血液透析

尿毒症 药物中毒患者Page 6

高分子分离膜材料原则上讲，凡能成膜的高分子材料和无机材料均可用于制备 分离膜。但实际上，真正成为工业化膜的膜材料并不多。这 主要决定于膜的一些特定要求，如分离效率、分离速度等。 此外，也取决于膜的制备技术。 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。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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分类纤维素衍生物类：再生纤维素、醋酸纤维素、硝酸纤维素、 乙基纤维素及其他纤维素衍生类 聚砜类：双酚A型聚砜、聚芳砜、聚醚砜、聚苯硫醚砜等 聚酰胺类及聚酰亚胺类 聚酯类：涤纶、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚碳酸酯等 聚烯烃类：聚乙烯、聚丙烯、聚4-甲基-1-戊烯 乙烯基类高聚物：聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚偏 氯乙烯等

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材料纤 二醋酸纤维素 (CDA)、三醋酸 维 纤维素 (CTA)、硝化纤维素 素 (CN),混合纤维素(CN-CA)、乙 基纤维素(EC)等。

特点成孔性、亲水性好、价廉易得， 使用温度范围较广，可耐稀酸， 不适用于酮类，酯类、强酸和碱 类等液体的过滤。

聚 尼龙-6(NY-6)、尼龙-66(NY-66)、 具亲水性能，较耐碱而不耐酸， 酰 芳香聚酰胺(PI)、芳香聚酰胺酰 在酮、酚、醚及高相对分子质量 胺 肼(PPP)、聚苯砜对苯二甲酰 醇类中，不易被浸蚀，孔径型号 (PSA) 也较多。 聚 聚砜(PPO)、聚醚砜 (PES)微滤 砜 膜 含 聚偏氟乙烯膜(PVDF)、聚四氟 氟 乙烯膜(PTFE)、聚全氟磺酸 材 料 具有良好的化学稳

定性和热稳定 性，耐辐射，机械强度较高。 化学稳定性好，耐高温。如PTFE (聚四氟乙烯)膜，-40~260oC, 可耐强酸，强碱和各种有机溶剂。 具疏水性，可用于过滤蒸气及腐 蚀性液体。Page 9

纤维素酯类膜材料纤维素是有几千个椅式构型的葡萄糖基通过1, 甙链( 纤维素是有几千个椅式构型的葡萄糖基通过 ，4-β-甙链(缩醛链)连接起来的 甙链 缩醛链) 天然线性高分子化合物，其结构式为： 天然线性高分子化合物，其结构式为：

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纤维素酯类膜材料从结构上看，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(OH)3+(CH3CO)2O=C6H7O2(OCOCH3)2+H2O C6H7O2(OH)3+3(CH3CO)2O=C6H7O2(OCOCH3)3+3CH3 COOH

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纤维素酯类膜材料醋酸纤维素是当今最重要的膜材料之一。 醋酸纤维素主要用于反渗透膜材料，也用于制造超滤膜和 微滤膜。醋酸纤维素膜价格便宜，膜的分离和透过的性能 良好，但其PH使用范围较窄(4~8),在高温和酸、碱存 在下易发生水解。为了改进其性能，进一步提高分离效率 和透过速率，可采用各种不同取代度的醋酸纤维素的混合 物来制模，也可采用醋酸纤维素与硝酸纤维素的混合物来 制模。此外，醋酸丙酸纤维素、醋酸丁酸纤维素也是很好 的膜材料。[附：透过速度(单位时间内流体通过膜的 量)、分离系数(不同物质透过系数之比)和对某种物质 的截留率是衡量模性能的重要指标。]

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纤维素酯类膜材料硝酸纤维素是由纤维素和硝酸制成的。价格便宜，广泛用 作透析膜和微滤膜材料。 再生纤维素是由纤维素溶液或纤维素衍生物再生的纤维素。 广泛用于 人工肾脏透析膜材料和微滤、超滤膜材料。

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聚砜类| 聚砜结构中的特征基团为O=S=O,为了引入亲水基团， | 常将粉状聚砜悬浮于有机溶剂中，用氯磺酸进行磺化。 聚砜类常用的制模溶剂有：二甲基酰胺、二甲基乙酰胺、N甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜等。 聚砜类具有良好的化学、热学和水解稳定性，强度也很高， PH值使用范围为1~13,最高使用温度达120℃,抗氧化 性和抗氯性都十分优良，可用作超滤和微滤膜材料。

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聚酰胺类及聚酰亚胺类早期使用的聚酰胺是脂肪族聚酰胺，如尼龙 早期使用的聚酰胺是脂肪族聚酰胺，如尼龙—4、尼龙 脂肪族聚酰胺 、尼龙—6等制成的中 等制成的中 空纤维膜。这类产品对盐水的分离率在80% 空纤维膜。这类产品对盐水的分离率在 %~90%之间，但透水率很 %之间， 芳香族聚酰胺， 低，仅0.076ml/c

㎡.h。以后发展了芳香族聚酰胺，用它们支撑的分 ㎡ 。以后发展了芳香族聚酰胺 离膜， 使用范围为 使用范围为3~11,分离率可达 %(对盐水),透水率 离膜，PH使用范围为 ，分离率可达99.5%(对盐水),透水率 %(对盐水), 为0.6ml/c㎡.h。长期使用稳定性好。由于酰胺基团易与氯反应，故 ㎡ 。长期使用稳定性好。由于酰胺基团易与氯反应， 这种膜对水中的游离氯有较高要求。 这种膜对水中的游离氯有较高要求。 聚酰亚胺耐高温、耐溶剂，具有高强度。一直用于耐溶剂超滤膜和非 聚酰亚胺耐高温、耐溶剂，具有高强度。一直用于耐溶剂超滤膜和非 研制的首选膜材料。 分离和空气除湿膜材料中， 水溶液分离膜研制的首选膜材料 水溶液分离膜研制的首选膜材料。在气体 分离和空气除湿膜材料中， 它亦具有自己的特色。 它亦具有自己的特色。

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聚酯类聚酯类树脂强度高，尺寸稳定性好，耐热、耐溶剂和化学 品的性能良好。 聚碳酸酯薄膜广泛用于制造经放射性物质辐射、再用化学 试剂腐蚀的微滤膜。 聚四溴碳酸酯由于透气速率和氧、氮透过选择性均较高， 已被用作新一代的富氧气体分离膜材料。 聚酯无纺布是反渗透、气体分离、渗透汽化、超滤、微滤 等一切卷式膜组件最主要的支撑底材。

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