分离膜材料及其特点
0708010225 万栋
1. 引言
膜分离技术是当代新型高效的分离技术,也是二十一世纪最有发展前途的高新技术之一,目前在海水淡化、环境保护、石油化工、节能技术、清洁生产、医药、食品、电子领域
【1】膜分离是在某种等得到广泛应用,并将成为解决人类能源、资源和环境危机的重要手段。
推动力（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
【2】 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。
膜是膜分离技术的核心，通常衡量一种分离膜是否具有实际应用价值，应看它是否符合如下标准：①分离效果要好，即要有高的分离系数；②处理能力大，通量高；③要有较好的抗化学和微生物侵蚀的性能；④要有好的柔韧性和足够的机械强度；⑤适用pH范围
【3】 广，使用寿命长；⑥成本低，制备方便，便于工业化生产。
2. 膜材料及其特点
膜材料主要有两类：高分子膜材料和无机膜材料。高分子膜材料分为：有机高分子膜材料和无机高分子膜材料。无机膜材料有：陶瓷膜材料、金属膜材料、玻璃膜材料、分子筛膜材料等。【4】
2.1. 高分子膜材料
高分子有机膜的性能与高分子材料的特性有密切关系。聚合物的结构特征主要由以下几个因素决定。⑴相对分子质量；⑵有机高分子的化学结构与空间排列；⑶不同的大分子间的相互作用。
常用高分子膜材料及其基本特点如下所述。
2.1.1. 纤维素类
纤维素类膜材料主要包括：天然纤维素、再生纤维素、二醋酸纤维素、三醋酸纤维素、纤维素、乙基纤维素、混合纤维素等。
醋酸纤维素的特点是：来源广泛，价格便宜，制备较容易，成膜性好，耐游离氯，膜表面光洁，不易结垢，耐污染，但是pH值使用范围窄（pH3～7），使用温度低，不耐化学试剂，但是低级醇除外，易水解，易被压密，抗菌能力差，操作压力要求偏高，性能衰减较快；亲水性好、保水性好、通量大、无毒。醋酸纤维素类的溶剂一般为非质子有机溶剂，如丙酮、氯代烃或二甲基甲酰胺等。
2.1.2. 聚烯烃类
聚烯烃类膜材料主要包括：聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丁烯、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯等。
高压低密度聚乙烯耐酸性、电性能较好，但耐热性、耐溶剂性、透气性、透湿性、机械性能较差，质地柔软。适合于制作薄膜、电线、电缆、涂层、薄片、压铸品等。低压低密度聚乙烯耐溶剂性、透气性、透湿性较高，机械性能较好，电性能较差。
聚丙烯根据分子链排列构型，一般分为：等规、无规、间规三个品种。高等规度和间规的聚丙烯具有优异的耐热性、化学稳定性、可加工性、电性能和机械性能；低等规度和无规立构的则性能较差，无规聚丙烯可溶于正庚烷中。
2.1.3. 聚酰胺类
聚酰胺类是一类非常重要的膜材料。主要包括：尼龙-6、尼龙66、聚砜酰胺、芳香族聚酰胺、聚酰亚胺、聚醚酰胺等。
聚酰胺类膜材料耐碱但不耐酸，具有较好的亲水性，耐酮、酚、醚及长链醇。酰胺基团间存在较强的氢键作用，因此力学性能优异、机械强度好，硬度高，刚性大，耐摩擦；具有吸湿性，电绝缘性优越；仅溶于苯酚、甲酸、间甲苯酚等；膜通量大、截留相对分子质量小。缺点是耐氯性差，易污染，可用于水和非水体系。
2.1.4. 芳香聚合物
芳香聚合物主要包括：聚碳酸酯、聚酯、聚醚酯、聚醚酮、聚醚醚酮、聚苯并咪唑、聚苯并咪唑酮、聚亚苯基硫化物等等。芳香聚合物最大的特点是耐热性能优异。
聚碳酸酯主要用于核径迹刻蚀法制核孔微滤膜，该膜孔径均匀，此类膜孔隙率虽然只有10%，但因膜薄，其过滤性能很好。由于制作工艺复杂，价格较高，应用受到。聚碳酸酯具有良好的尺寸稳定性，具有高的透明度、电绝缘性；不耐碱、胺、酯及芳烃等化学试剂，没有明显的熔点。玻化温度为145～150℃，可溶于二氯甲烷、甲酚等溶剂中，耐臭氧，空气老化性好，是紫外光吸收剂。但是其熔融粘度大，加工条件苛刻，易应力开裂，聚碳酸酯是气体分离膜主要材料之一，透气速率和氧氮选择性较高。
2.1.5. 含氟聚合物
含氟聚合物主要包括：聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯等含氟类材料憎水性很强，耐强酸强碱侵蚀，耐热性好，适合于处理蒸气和腐蚀性液体。
聚四氟乙烯由四氟乙烯经聚合而成，有粒状、粉状和分散液三种，成型品色泽洁白，外观呈半透明蜡状；耐热性好，结晶度极高，可在-40～260℃高温下长期使用，-268℃低温下短期使用；加热至415℃时，缓缓分解生成的气体对人有毒害；出熔融金属钠和液氟外，能耐其他一切化学试剂，不溶于任何常用溶剂，，在王水中煮沸也不起变化。
2.2. 无机膜材料
无机膜材料主要分为致密膜和微孔膜。
2.2.1. 致密膜
主要包括致密金属膜和氧化物电解质膜，他们都是无孔的，主要用于气体的分离。气体之所以能够通过致密膜材料，是因为通过溶解-扩散或者离子传递机理进行的，致密材料的突出特点是选择性好。致密膜的特点是具有高选择性,但组分通过致密膜的渗透速率太低,而且制膜成本较高,因此了它们的工业应用。【5】
2.2.2. 微孔膜
微孔膜的性能与致密膜有所不同,其透气性较致密膜好,但选择性却较低,它们各有特点,适用于不同的场合。由于无机微滤膜具有耐高温、耐有机溶剂、耐生物降解等优点，近年来无机微滤膜发展速度很快，尤其在高温气体分离、膜催化反应器、食品加工等领域应用前景
广阔。主要有α-氧化铝、二氧化锆等。
与高分子膜相比，无机膜具有以下特点：⑴热稳定性好，适用于高温、高压下的气体分离，特别是将分离过程和膜催化反应结合的情形；⑵化学稳定性好，能耐酸和弱碱，pH使用范围宽，尤其陶瓷膜通常可用于任何pH和任何有机溶剂存在下的苛刻条件；⑶抗微生物能力强，与一般微生物不发生生化及化学反应；⑷机械强度大；⑸无毒，不会是被分离体系受到污染，容易再生和清洗；⑹无机膜的孔径分布窄，分离性能好。
无机膜的缺点是比较脆，不易加工，成本高，强碱条件下容易受到污染和侵蚀。
参考文献
【1】 杨宗伟. 分离膜材料和膜制备技术的研究进展. 过滤与分离. 2007年 01期.
【2】 王世荣，张敬贤. 高分子分离膜材料的最新研究进展. 舰船防化. 2005年 03期.
【3】 杨座国. 膜科学技术过程与原理. 上海：华东理工大学出版社，2009.
【4】 王湛.膜分离技术基础.北京：化学工业出版社，2006.
【5】 彭福兵，刘家祺. 气体分离膜材料研究进展. 化工进展. 2002年 11期.
