高分子分离膜
高分子分离膜(polymeric membrane for separation),是由聚合物或高分子复合材料制得的具有分离流体混合物功能的薄膜。膜分离是依据膜的选择透过性,将分离膜作间隔层,在压力差、浓度差或电位差的推动力下,借流体混合物中各组分透过膜的速率不同,使之在膜的两侧分别富集,以达到分离、精制、浓缩及回收利用的目的。单位时间内流体通过膜的量(透过速度)、不同物质透过系数之比(分离系数)或对某种物质的截留率是衡量膜性能的重要指标。
发展简史
早在20世纪初已有用 天然高分子或其衍生物制透析、电渗析、微孔过滤膜。1953年,美国C.E.里德提出了用致密的醋酸纤维素制的膜将海水分离为水和盐,当时由于水的透过速度极小而未能实用。1960年S.洛布和S.索里拉金成功地开发了各向异性的不对称膜的制备方法。由于起分离作用的活性层极薄,流体通过膜的阻力小,从而开拓了高分子分离膜在工业上的应用。之后出现了中空纤维膜,使高分子分离膜更适于工业用途。70年代以来,气体分离膜、透过蒸发膜、液体膜以及生物医学用膜的研究,开拓了高分子分离膜应用新领域。
分离原理
由 聚合物或 高分子复合材料制得的具有分离流体混合物功能的 薄膜。膜分离过程就是用分离膜作间隔层,在压力差、浓度差或 电位差的推动力下,借流体混合物中各组分透过膜的速率不同,使之在膜的两侧分别富集,以达到分离、精制、浓缩及回收利用的目的。单位时间内流体通过膜的量(透过速度)、不同物质透过系数之比(分离系数)或对某种物质的截留率是衡量膜性能的重要指标。分离膜只有组装成膜分离器,构成膜分离系统才能进行实用性的物质分离过程。一般有平膜式、管膜式、卷膜式和中空纤维膜式分离装置。膜分离过程是以压力差、浓度差或电位差作推动力来实现的。
薄膜分类
高分子分离膜可按结构分为:
①致密膜,膜中无微孔,物质仅从高分子链段之间的自由空间通过;
②多孔质膜;
③不对称膜;
④含浸型膜。
膜的分离特性和应用角度可分为反渗透膜(或称逆渗透膜)、超过滤膜、微孔过滤膜、气体分离膜、离子交换膜、有机液体透过蒸发膜、动力形成膜、镶嵌带电膜、液体膜、透析膜、生物医学用膜等多种类别。
薄膜材料
制备分离膜的高分子材料常用的有纤维素酯类、聚砜、 聚苯醚、芳族聚酰胺、聚丙烯等,高分子共混物和嵌段接枝共聚物也用于制备分离膜。
成分结构
高分子分离膜可按结构分为:①致密膜,膜中无微孔,物质仅从高分子链段之间的自由空间通过;②多孔质膜,一般膜中含有孔径为0.02~20μm的微孔,可用于截留胶体粒子、细菌、高分子量物质粒子等;③不对称膜,由同一种高分子材料制成,膜的表面层与膜的内部结构不相同,表面层为0.1~0.25μm薄的活性层,内部为较厚的多孔层;④含浸型膜,在高分子多孔质膜上含浸有载体而形成的促进输送膜和含有官能基团的膜,如离子交换膜;⑤增强膜,以纤维织物或其他方式增强的膜。
按膜的分离特性和应用角度可分为反渗透膜(或称逆渗透膜)、超过滤膜、微孔过滤膜、气体分离膜、离子交换膜、有机液体透过蒸发膜、动力形成膜、镶嵌带电膜、液体膜、透析膜、生物医学用膜等多种类别。
生产工艺
分离膜的成型方法有流延法、不良溶剂凝胶法、直接聚合法、表面涂覆法和中空纤维纺丝法等。