1、第八章：高分子功能膜材料。膜科學(xué)是一門新興學(xué)科，其研究內(nèi)容包括化學(xué)組成、形態(tài)結(jié)構(gòu)、構(gòu)效關(guān)系、成膜方法、加工技術(shù)、膜分離機(jī)理、應(yīng)用與發(fā)展等。同時(shí)，膜科學(xué)也是一門跨學(xué)科的學(xué)科，它吸收了化學(xué)、物理、力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的大量研究成果。為膜科學(xué)的發(fā)展提供了強(qiáng)大的動(dòng)力。膜是一種二維材料，廣泛存在于自然界，具有分離、分離和選擇性滲透的功能?；旌蠋追N簡單物質(zhì)形成混合物的過程是一個(gè)降低熵的過程，通常不需要能量。相反，從混合物中分離每種組分，例如，從乙醇和水的混合溶液中分離乙醇和水需要蒸餾分離；對(duì)于固液分離，需要濃縮。所有這些都涉及相變和消耗能量。膜分離工藝是一種無相變的新型節(jié)能分離方法。它的驅(qū)動(dòng)力是壓

2、力和電場。為了加速傳質(zhì)過程，有時(shí)需要加熱，總的來說，能耗較低。膜分離原理要從膜的一側(cè)分離的物質(zhì)克服膜的阻力，透過膜并擴(kuò)散到膜的另一側(cè)。有些物質(zhì)容易穿透細(xì)胞膜，而有些則更難。目前，膜的分離機(jī)理大致如下：(1)機(jī)械過濾。分離膜上有孔，其孔徑和孔徑分布決定其分離功能。如果分離物質(zhì)的尺寸大于孔徑，則難以通過膜。因此，被分離的物質(zhì)能否通過膜取決于被分離物質(zhì)的大小，包括長度、體積和形狀。(2)溶解和擴(kuò)散。當(dāng)某種物質(zhì)在膜材料中具有一定的溶解度時(shí)，溶解的物質(zhì)會(huì)在驅(qū)動(dòng)力的作用下在膜中擴(kuò)散，從膜的一側(cè)擴(kuò)散到另一側(cè)，然后從膜擴(kuò)散到另一側(cè)的溶液中。(3)物質(zhì)交換。被分離的物質(zhì)與膜上的物質(zhì)交換，例如，鈉與氫在陽離子交換

3、膜上交換，然后從膜的另一側(cè)擴(kuò)散到溶液中。聚合物功能膜材料分類，目錄，1。聚合物分離膜的分類，1。根據(jù)來源分類，1 .根據(jù)被分離物質(zhì)的不同性質(zhì)進(jìn)行分類(1)用于分離混合氣體的氣體分離膜。(2)用于分離液體物質(zhì)的液體分離膜。(3)用于離子分離的離子分離膜。例如，它用于凈化海水和苦水的離子交換膜。(4)用于分離微生物的微生物分離膜。例如，從水中除去細(xì)菌膜。2根據(jù)被分離物質(zhì)的粒度分類，不同孔徑的膜可用于確定被分離顆粒的大小。根據(jù)膜的孔徑大小，可分為超細(xì)超濾膜(HFM)和超濾膜(超濾)。微滲膜(MFM)，3 (3)根據(jù)膜的形成過程進(jìn)行分類。根據(jù)膜的制備方法和形成過程，膜可分為沉積膜、熔融擠出膜、溶劑流延

4、膜、界面膜和動(dòng)態(tài)膜。4根據(jù)膜的不同性質(zhì)，致密膜是指膜上幾乎沒有人工微孔。反相膜是用相變方法制成的膜。乳化型膜。乳化膜在界面膜上。多孔膜是指具有孔結(jié)構(gòu)的聚合物分離膜。從膜的宏觀形貌來看，(1)管狀膜，(2)外徑50300um、壁厚約20um的中空纖維，(3)平面分離膜，膜分離過程和機(jī)理，膜分離過程和機(jī)理作為分離膜，兩個(gè)最重要的指標(biāo)是膜的滲透性和選擇性。滲透率是指測量每單位面積每單位時(shí)間通過分離膜的物質(zhì)的絕對(duì)量選擇性，這意味著測量物質(zhì)滲透量與參考物質(zhì)滲透量的比率膜分離機(jī)理(1)篩分分離機(jī)理(2)溶解和擴(kuò)散機(jī)理(3)選擇性吸附機(jī)理(2)膜分離過程的驅(qū)動(dòng)力(1)濃度差驅(qū)動(dòng)力(2)壓力差驅(qū)動(dòng)力(3)電場

5、驅(qū)動(dòng)力(4)化學(xué)勢(shì)驅(qū)動(dòng)力、聚合物分離膜制備材料和制備方法、聚合物分離膜制備材料(1)天然高分子材料改性纖維素及其疏水性強(qiáng)、耐熱性差，主要用于制備微濾、超濾和致密膜。(3)聚酰胺包括尼龍66、聚酰亞胺等。其特征在于高機(jī)械強(qiáng)度、良好的化學(xué)穩(wěn)定性，特別是優(yōu)異的高溫性能，并且適用于制造需要高機(jī)械強(qiáng)度的分離膜。(4)聚砜具有耐熱性、疏水性、耐腐蝕性和良好的機(jī)械強(qiáng)度，適用于制備超濾、微濾和氣體分離膜。(5)含氟聚合物材料包括聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、Nafion等。它們的突出特點(diǎn)是優(yōu)異的耐腐蝕性，適用于電解等高腐蝕場合的膜材料。(6)有機(jī)硅聚合物具有耐熱性、抗氧化性、耐酸堿性，是一種新型分離膜制備材料。(

6、7)聚合物電解質(zhì)主要是全氟取代磺酸樹脂和全氟羧酸樹脂。它是制備離子交換分離膜的主要材料，適用于高腐蝕性環(huán)境，尤其是氯堿工業(yè)中的膜工藝路線。聚合物功能膜的制備方法包括三個(gè)部分：膜制備原料的合成、成膜過程和膜功能的形成。一般來說，除了單體的原位聚合以直接形成功能膜之外，膜制造過程包括幾個(gè)特定的步驟，例如聚合物合成、聚合物溶液(或熔體)制備、膜成型和膜功能化。聚合物分離膜的制備高密度膜聚合物溶液注射成型熔融拉伸成膜直接聚合成膜聚合物溶液聚合物分離膜的制備多孔膜相轉(zhuǎn)移干燥成膜濕成膜熱成膜聚合物輔助相變粉末燒結(jié)拉伸成孔離子交換膜非均質(zhì)、均質(zhì)、復(fù)合、描述分離膜特性的物理量滲透性是指每單位面積每單位時(shí)間通過

7、膜的分離物質(zhì)的量。例如，單位時(shí)間內(nèi)氣體通過單位面積的速率在公式中給出，其中D和S分別是氣體在膜中的擴(kuò)散系數(shù)和溶解系數(shù)；d是薄膜厚度；P1和P2是膜兩邊的氣壓。影響膜滲透性的因素：(1)高分子材料的組成和結(jié)構(gòu)。(2)分離物質(zhì)在聚合物膜中的溶解度(3)分離膜的聚集結(jié)構(gòu)和超分子結(jié)構(gòu)(4)滲透物質(zhì)的物理和化學(xué)性質(zhì)。選擇性分離系數(shù)是指兩種物質(zhì)在相同條件下的滲透量之比。例如，在單位時(shí)間內(nèi)，通過單位面積的物質(zhì)甲和物質(zhì)乙的量分別為質(zhì)量保證和質(zhì)量保證，透射選擇性為。(1)聚合物的化學(xué)性質(zhì)和功能基團(tuán)(2)聚合物和被分離物質(zhì)之間的相互作用(3)聚合物材料的聚集結(jié)構(gòu)(4)膜的孔徑和分布決定了通過膜的分子大小、膜電勢(shì)和

8、被膜分離的兩種電解質(zhì)溶液的電勢(shì)是不同的，而這種電勢(shì)差稱為膜電勢(shì)。原因是，在濃度差的擴(kuò)散力的驅(qū)動(dòng)下，少量的陰離子或陽離子首先通過膜遷移到另一側(cè)的溶液中，導(dǎo)致膜兩側(cè)的溶液之間的電勢(shì)差，這阻止了離子的進(jìn)一步遷移。電勢(shì)差的大小與離子的性質(zhì)、特性、膜的厚度和橫截面積有關(guān)。當(dāng)某種聚合物分離膜將含有相同溶質(zhì)分子的濃溶液從稀溶液中分離出來時(shí)，與膜的形狀無關(guān)，即反向滲透壓此時(shí)，兩毛細(xì)管之間的液位差稱為反向滲透壓，反向滲透壓的原因是稀溶液和濃溶液中的膜溶脹度不同，稀溶液側(cè)的膜溶脹，溶脹壓力大；濃縮液側(cè)的膜具有較小的溶脹和溶脹壓力。膨脹壓差將溶劑分子推向濃縮液，產(chǎn)生負(fù)的反向滲透壓。另一方面，理論上，反向滲透壓膜對(duì)溶

9、質(zhì)分子是不可滲透的。少量的陽離子和陰離子不可避免地會(huì)在膜中擴(kuò)散。當(dāng)它們?cè)谀ぶ羞w移時(shí)，當(dāng)陽離子和陰離子的遷移速度相差很大時(shí)，就會(huì)形成擴(kuò)散勢(shì)。如果陽離子迅速擴(kuò)散，將推動(dòng)膜中帶電荷的水合陰離子擴(kuò)散到濃縮液中，形成正負(fù)滲透壓；如果陰離子遷移速度快，電場會(huì)造成相反的效果，并拉動(dòng)孔隙中的液體稀釋溶液，從而產(chǎn)生負(fù)的反向滲透壓。聚合物分離膜在氯堿工業(yè)中的應(yīng)用，檸檬酸在工業(yè)中的去除，光學(xué)聚合物膜，聚合物氣體分離膜，O2/N2分離氣體分離膜，水資源的再利用苯和環(huán)己烷混合物的分離環(huán)己酮/環(huán)己醇/環(huán)己烷混合物的分離，聚合物朗繆爾-布洛杰特膜LB膜是一種在水和空氣的界面上形成分子有序排列的單分子膜，自組裝膜(self-ased film)SA膜是一種通過分子自組裝技術(shù)在固液界面上形成高度有序分子的膜材料。水楊酸膜在界面電子轉(zhuǎn)移激發(fā)研究中的應(yīng)用化學(xué)和生物傳感器的制造、非線性光學(xué)器件的制造、摩擦和磨損、金屬材料的防腐蝕以及納米材料的加工，如果人們有知識(shí)，他們將具有各種分析能力和辨別是非的能力。因此，我