第2章 膜材料和膜制备.ppt

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1、第2章膜材料和膜制备n n 膜分离技术的核心是分离膜。一种分离膜有无实用膜分离技术的核心是分离膜。一种分离膜有无实用膜分离技术的核心是分离膜。一种分离膜有无实用膜分离技术的核心是分离膜。一种分离膜有无实用价值，要看其是否具备以下条件：价值，要看其是否具备以下条件：价值，要看其是否具备以下条件：价值，要看其是否具备以下条件：n n(1)(1)有高的截留率有高的截留率有高的截留率有高的截留率(或高的分离系数或高的分离系数或高的分离系数或高的分离系数)和高的透水率；和高的透水率；和高的透水率；和高的透水率；n n(2)(2)有强的抗物理、化学和微生物侵蚀的性能；有强的抗物理、化学和微生物侵蚀的性能；

2、有强的抗物理、化学和微生物侵蚀的性能；有强的抗物理、化学和微生物侵蚀的性能；n n(3)(3)好的柔韧性和足够的机械强度；好的柔韧性和足够的机械强度；好的柔韧性和足够的机械强度；好的柔韧性和足够的机械强度；n n(4)(4)抗污染性能好，使用寿命长，适用抗污染性能好，使用寿命长，适用抗污染性能好，使用寿命长，适用抗污染性能好，使用寿命长，适用pHpH范围广；范围广；范围广；范围广；n n(5)(5)运行操作压力低；运行操作压力低；运行操作压力低；运行操作压力低；n n(6)(6)制备简单，便于工业化生产；制备简单，便于工业化生产；制备简单，便于工业化生产；制备简单，便于工业化生产；n n(7)

3、(7)耐耐耐耐压压压压致致致致密密密密性性性性好好好好，具具具具有有有有化化化化学学学学稳稳稳稳定定定定性性性性，能能能能在在在在较较较较高高高高温温温温度度度度下应用。下应用。下应用。下应用。复合膜复合膜复合膜复合膜转相膜转相膜转相膜转相膜转相膜转相膜转相膜转相膜复合膜复合膜复合膜复合膜不荷电膜不荷电膜不荷电膜不荷电膜荷电膜荷电膜荷电膜荷电膜不对称膜不对称膜不对称膜不对称膜对称膜对称膜对称膜对称膜对称膜对称膜对称膜对称膜不对称膜不对称膜不对称膜不对称膜无孔膜无孔膜无孔膜无孔膜-不对称膜不对称膜不对称膜不对称膜多孔膜多孔膜多孔膜多孔膜生生物物膜膜（原原生生质、细胞膜）质、细胞膜）无无机机膜膜-

4、多多孔孔膜膜固固 膜膜有机膜有机膜带支撑层的液膜带支撑层的液膜带支撑层的液膜带支撑层的液膜乳状液膜乳状液膜乳状液膜乳状液膜液液 膜膜合合成成膜膜膜膜图图图图2-1 2-1 膜的分类膜的分类膜的分类膜的分类 气气 膜膜n n1纤维素衍生物类纤维素衍生物类n n2聚酰胺类聚酰胺类n n3聚砜类聚砜类n n4聚烯烃类聚烯烃类n n5.含硅聚合物含硅聚合物n n6含氟聚合物含氟聚合物2-2 高分子高分子膜材料膜材料 有机高分子膜有机高分子膜n n根据膜材料性质，膜可以分为有机高分根据膜材料性质，膜可以分为有机高分子膜和无机膜两大类。子膜和无机膜两大类。n n有机高分子膜是指起分离作用的活性层有机高分子

5、膜是指起分离作用的活性层为有机高分子材料，为有机高分子材料，而无机膜的活性分而无机膜的活性分离层则为无机金属、金属氧化物、陶瓷、离层则为无机金属、金属氧化物、陶瓷、玻璃、无机高分子材料等。玻璃、无机高分子材料等。n n目前有机聚合物膜受到的重视比无机膜目前有机聚合物膜受到的重视比无机膜要大得多，要大得多，30 年来取得了令人瞩目的年来取得了令人瞩目的飞速发展。飞速发展。1纤维素衍生物类纤维素衍生物类n n 纤维素类膜材料是应用研究最早，也是目前应用最多的纤维素类膜材料是应用研究最早，也是目前应用最多的纤维素类膜材料是应用研究最早，也是目前应用最多的纤维素类膜材料是应用研究最早，也是目前应用最多

6、的膜材料，主要有以下几种。膜材料，主要有以下几种。膜材料，主要有以下几种。膜材料，主要有以下几种。n n (1)(1)二醋酸纤维素二醋酸纤维素二醋酸纤维素二醋酸纤维素(CA)(CA)和三醋酸纤维素和三醋酸纤维素和三醋酸纤维素和三醋酸纤维素(CTA)(CTA)一般一般一般一般CACA含含含含有乙酸有乙酸有乙酸有乙酸51.851.8，CTACTA含有乙酸含有乙酸含有乙酸含有乙酸61.8561.85。制膜用。制膜用。制膜用。制膜用CACA应含乙应含乙应含乙应含乙酸酸酸酸55555858，是制备反渗透膜的基本材料；它也用于制，是制备反渗透膜的基本材料；它也用于制，是制备反渗透膜的基本材料；它也用于制，

7、是制备反渗透膜的基本材料；它也用于制备卷式超滤组件以及纳滤、微滤膜等。备卷式超滤组件以及纳滤、微滤膜等。备卷式超滤组件以及纳滤、微滤膜等。备卷式超滤组件以及纳滤、微滤膜等。n n (2)(2)再生纤维素再生纤维素再生纤维素再生纤维素(RCE)(RCE)传统的再生纤维素有铜氨纤维素和传统的再生纤维素有铜氨纤维素和传统的再生纤维素有铜氨纤维素和传统的再生纤维素有铜氨纤维素和黄原酸纤维素，分子量在几万到几十万之间，是较好的透黄原酸纤维素，分子量在几万到几十万之间，是较好的透黄原酸纤维素，分子量在几万到几十万之间，是较好的透黄原酸纤维素，分子量在几万到几十万之间，是较好的透析膜用材料。抗蛋白质污染的系

8、列再生纤维素微滤膜和超析膜用材料。抗蛋白质污染的系列再生纤维素微滤膜和超析膜用材料。抗蛋白质污染的系列再生纤维素微滤膜和超析膜用材料。抗蛋白质污染的系列再生纤维素微滤膜和超滤膜也已获得广泛应用。滤膜也已获得广泛应用。滤膜也已获得广泛应用。滤膜也已获得广泛应用。n n (3)(3)硝酸纤维素硝酸纤维素硝酸纤维素硝酸纤维素(CN)(CN)制膜用硝酸纤维素是纤维素经硝化制膜用硝酸纤维素是纤维素经硝化制膜用硝酸纤维素是纤维素经硝化制膜用硝酸纤维素是纤维素经硝化制得，其含氮量在制得，其含氮量在制得，其含氮量在制得，其含氮量在11.211.212.212.2之间。它广泛用于透析之间。它广泛用于透析之间。它

9、广泛用于透析之间。它广泛用于透析用膜和微滤膜，也可与醋酸纤维素混合使用以增加其强度。用膜和微滤膜，也可与醋酸纤维素混合使用以增加其强度。用膜和微滤膜，也可与醋酸纤维素混合使用以增加其强度。用膜和微滤膜，也可与醋酸纤维素混合使用以增加其强度。n n (4)(4)乙基纤维素乙基纤维素乙基纤维素乙基纤维素(EC)(EC)EC EC可通过碱纤维素与乙基卤化物反可通过碱纤维素与乙基卤化物反可通过碱纤维素与乙基卤化物反可通过碱纤维素与乙基卤化物反应制取。应制取。应制取。应制取。ECEC由于具有较高的气体透过速率和较高的气体透由于具有较高的气体透过速率和较高的气体透由于具有较高的气体透过速率和较高的气体透由

10、于具有较高的气体透过速率和较高的气体透过系数，故常用于氧氮分离。过系数，故常用于氧氮分离。过系数，故常用于氧氮分离。过系数，故常用于氧氮分离。二醋二醋酸纤维素膜酸纤维素膜-典型的反渗透膜典型的反渗透膜 n n 二醋酸纤维素二醋酸纤维素二醋酸纤维素二醋酸纤维素(Cellulose Acetate(Cellulose Acetate，缩写为，缩写为，缩写为，缩写为CA)CA)是一种由纤维素与乙酸酐是一种由纤维素与乙酸酐是一种由纤维素与乙酸酐是一种由纤维素与乙酸酐(约约约约4040)乙酰化而乙酰化而乙酰化而乙酰化而制得的适于反渗透用的膜材料。制得的适于反渗透用的膜材料。制得的适于反渗透用的膜材料。制

11、得的适于反渗透用的膜材料。它是目前研究得它是目前研究得它是目前研究得它是目前研究得最多的反渗透或超滤膜材料，最多的反渗透或超滤膜材料，最多的反渗透或超滤膜材料，最多的反渗透或超滤膜材料，制得的膜具有透水制得的膜具有透水制得的膜具有透水制得的膜具有透水率高，有中等耐氯性，对大多数水溶性组分渗透率高，有中等耐氯性，对大多数水溶性组分渗透率高，有中等耐氯性，对大多数水溶性组分渗透率高，有中等耐氯性，对大多数水溶性组分渗透率相当低，具有很好的成膜性能及膜较牢固等特率相当低，具有很好的成膜性能及膜较牢固等特率相当低，具有很好的成膜性能及膜较牢固等特率相当低，具有很好的成膜性能及膜较牢固等特点，除醋酸纤维

12、素外，三醋酸纤维素点，除醋酸纤维素外，三醋酸纤维素点，除醋酸纤维素外，三醋酸纤维素点，除醋酸纤维素外，三醋酸纤维素(CTA)(CTA)，醋，醋，醋，醋酸丙酸纤维、醋酸丁酸纤维酸丙酸纤维、醋酸丁酸纤维酸丙酸纤维、醋酸丁酸纤维酸丙酸纤维、醋酸丁酸纤维(CAB)(CAB)等都是很有前等都是很有前等都是很有前等都是很有前途的纤维素类膜材料。这些纤维酯是在纤维素分途的纤维素类膜材料。这些纤维酯是在纤维素分途的纤维素类膜材料。这些纤维酯是在纤维素分途的纤维素类膜材料。这些纤维酯是在纤维素分子中引入不同酯基后，得到的具有不同亲水性和子中引入不同酯基后，得到的具有不同亲水性和子中引入不同酯基后，得到的具有不同

13、亲水性和子中引入不同酯基后，得到的具有不同亲水性和反应官能团的纤维素衍生物。反应官能团的纤维素衍生物。反应官能团的纤维素衍生物。反应官能团的纤维素衍生物。2聚酰胺类聚酰胺类n n (1)(1)芳香族聚酰胺芳香族聚酰胺芳香族聚酰胺芳香族聚酰胺 第二代反渗透膜材料，用于中第二代反渗透膜材料，用于中第二代反渗透膜材料，用于中第二代反渗透膜材料，用于中空纤维膜的制备。空纤维膜的制备。空纤维膜的制备。空纤维膜的制备。n n (2)(2)脂肪族聚酰胺脂肪族聚酰胺脂肪族聚酰胺脂肪族聚酰胺 尼龙尼龙尼龙尼龙6 6和尼龙和尼龙和尼龙和尼龙6666是其典型代表。是其典型代表。是其典型代表。是其典型代表。由它们制备

14、的织布由它们制备的织布由它们制备的织布由它们制备的织布(府绸府绸府绸府绸)和不织布用于反渗透膜和不织布用于反渗透膜和不织布用于反渗透膜和不织布用于反渗透膜和气体分离复合膜的支撑底布，超细尼龙纤维的和气体分离复合膜的支撑底布，超细尼龙纤维的和气体分离复合膜的支撑底布，超细尼龙纤维的和气体分离复合膜的支撑底布，超细尼龙纤维的不织布也可直接用于微滤。不织布也可直接用于微滤。不织布也可直接用于微滤。不织布也可直接用于微滤。n n (3)(3)聚砜酰胺聚砜酰胺聚砜酰胺聚砜酰胺 常用于微滤膜和超滤膜材料。常用于微滤膜和超滤膜材料。常用于微滤膜和超滤膜材料。常用于微滤膜和超滤膜材料。n n (4)(4)交联

15、芳香聚酰胺交联芳香聚酰胺交联芳香聚酰胺交联芳香聚酰胺 用于反渗透膜材料的制备，用于反渗透膜材料的制备，用于反渗透膜材料的制备，用于反渗透膜材料的制备，但具有不耐氯的缺点。但具有不耐氯的缺点。但具有不耐氯的缺点。但具有不耐氯的缺点。3聚砜类聚砜类n n 聚砜多用于超滤膜、气体分离膜制备，聚砜多用于超滤膜、气体分离膜制备，较少用于微滤。较少用于微滤。聚砜的玻璃化温度聚砜的玻璃化温度(Tg)为为190，多孔膜可在，多孔膜可在80下长期使用。下长期使用。聚砜类材料经磺化或经氯甲基化和季铵聚砜类材料经磺化或经氯甲基化和季铵化可制得荷电超滤膜、纳滤膜。化可制得荷电超滤膜、纳滤膜。n n聚芳醚砜聚芳醚砜(P

16、ES)主要制作可耐蒸汽杀菌主要制作可耐蒸汽杀菌的微滤膜、超滤膜材料，其的微滤膜、超滤膜材料，其Tg为为235，可在，可在140下长期使用。下长期使用。4聚烯烃类聚烯烃类n n (1)(1)聚乙烯（聚乙烯（聚乙烯（聚乙烯（PEPE）n n a a低密度聚乙烯低密度聚乙烯低密度聚乙烯低密度聚乙烯 可用于拉伸法或热致相法制可用于拉伸法或热致相法制可用于拉伸法或热致相法制可用于拉伸法或热致相法制备超滤膜，也可用于超滤膜的低档支撑材料。备超滤膜，也可用于超滤膜的低档支撑材料。备超滤膜，也可用于超滤膜的低档支撑材料。备超滤膜，也可用于超滤膜的低档支撑材料。n n b b高密度聚乙烯高密度聚乙烯高密度聚乙烯

17、高密度聚乙烯 将粉末状颗粒直接压制的多将粉末状颗粒直接压制的多将粉末状颗粒直接压制的多将粉末状颗粒直接压制的多孔管材或板材可用作分离膜的支撑材料，而在接孔管材或板材可用作分离膜的支撑材料，而在接孔管材或板材可用作分离膜的支撑材料，而在接孔管材或板材可用作分离膜的支撑材料，而在接近熔点温度烧结可制得微滤滤板和滤芯。近熔点温度烧结可制得微滤滤板和滤芯。近熔点温度烧结可制得微滤滤板和滤芯。近熔点温度烧结可制得微滤滤板和滤芯。n n (2)(2)聚丙烯（聚丙烯（聚丙烯（聚丙烯（PPPP）用于卷式反渗透膜和气体分用于卷式反渗透膜和气体分用于卷式反渗透膜和气体分用于卷式反渗透膜和气体分离膜组件间隔层材料，

18、也可用于制备微滤膜或复离膜组件间隔层材料，也可用于制备微滤膜或复离膜组件间隔层材料，也可用于制备微滤膜或复离膜组件间隔层材料，也可用于制备微滤膜或复合气体分离膜的底膜。合气体分离膜的底膜。合气体分离膜的底膜。合气体分离膜的底膜。n n (3)(3)聚聚聚聚4-4-甲基甲基甲基甲基-1-1-戊烯戊烯戊烯戊烯(PMP)(PMP)是一种新型聚烯是一种新型聚烯是一种新型聚烯是一种新型聚烯烃材料，烃材料，烃材料，烃材料，除了具有通用聚烯烃材料的特性外，它除了具有通用聚烯烃材料的特性外，它除了具有通用聚烯烃材料的特性外，它除了具有通用聚烯烃材料的特性外，它还具有非常突出的光学性能、机械性能、耐高温还具有非

19、常突出的光学性能、机械性能、耐高温还具有非常突出的光学性能、机械性能、耐高温还具有非常突出的光学性能、机械性能、耐高温性以及电学性能等。性以及电学性能等。性以及电学性能等。性以及电学性能等。主要用于制备氮氧气体分离主要用于制备氮氧气体分离主要用于制备氮氧气体分离主要用于制备氮氧气体分离膜材料。膜材料。膜材料。膜材料。5.含硅聚合物含硅聚合物n n (1)(1)聚二甲基硅氧烷聚二甲基硅氧烷聚二甲基硅氧烷聚二甲基硅氧烷(PDMS)(PDMS)它分为高温固它分为高温固它分为高温固它分为高温固化硅橡胶化硅橡胶化硅橡胶化硅橡胶(HTV)(HTV)、低温固化硅橡胶、低温固化硅橡胶、低温固化硅橡胶、低温固化

20、硅橡胶(LTV)(LTV)和室和室和室和室温固化硅橡胶温固化硅橡胶温固化硅橡胶温固化硅橡胶(RTV)(RTV)。用于分离膜的。用于分离膜的。用于分离膜的。用于分离膜的PDMSPDMS一一一一般为般为般为般为LTVLTV型。型。型。型。n n 硅橡胶用于聚砜气体分离膜的皮层堵孔处硅橡胶用于聚砜气体分离膜的皮层堵孔处硅橡胶用于聚砜气体分离膜的皮层堵孔处硅橡胶用于聚砜气体分离膜的皮层堵孔处理、渗透汽化膜的制备等。理、渗透汽化膜的制备等。理、渗透汽化膜的制备等。理、渗透汽化膜的制备等。n n (2)(2)聚三甲基硅烷聚三甲基硅烷聚三甲基硅烷聚三甲基硅烷-1-1-丙炔丙炔丙炔丙炔(PTMSP)(PTMS

21、P)用于渗透用于渗透用于渗透用于渗透汽化膜的制备，其透气速度比汽化膜的制备，其透气速度比汽化膜的制备，其透气速度比汽化膜的制备，其透气速度比PDMSPDMS还高还高还高还高1 1个个个个数量级。数量级。数量级。数量级。6含氟聚合物含氟聚合物n n(1)聚四氟乙烯聚四氟乙烯(PTFE)PTFE的表面张的表面张力极低，憎水性很强，常用拉伸致孔法力极低，憎水性很强，常用拉伸致孔法来制取来制取PTFE微孔膜。微孔膜。n n(2)聚偏氟乙烯聚偏氟乙烯（PVTMS）常用常用PTFE溶于非质子极性溶剂，制备不对称微滤溶于非质子极性溶剂，制备不对称微滤膜和超滤膜，也用于制备膜蒸馏膜和膜膜和超滤膜，也用于制备膜

22、蒸馏膜和膜吸收用膜。吸收用膜。例：青岛即发集团研发聚四氟乙烯分离膜例：青岛即发集团研发聚四氟乙烯分离膜 n n据中国品牌服装网据中国品牌服装网2009年年2月月11日讯日讯 n n青岛即发集团于青岛即发集团于2003年开始研究年开始研究聚四氟乙聚四氟乙烯膜及复合材料生产技术，烯膜及复合材料生产技术，目前生产的幅宽目前生产的幅宽2.1米的聚四氟乙烯膜已应用于高档户外装米的聚四氟乙烯膜已应用于高档户外装面料、医用防护服装面料、特种行业防护面面料、医用防护服装面料、特种行业防护面料、军警装面料等功能性面料和空气净化过料、军警装面料等功能性面料和空气净化过滤、粉尘过滤等过滤领域，并已先后出口日滤、粉尘

23、过滤等过滤领域，并已先后出口日本、韩国、加拿大、中国台湾省等国家和地本、韩国、加拿大、中国台湾省等国家和地区。新开发的超薄聚四氟乙烯膜复合面料可区。新开发的超薄聚四氟乙烯膜复合面料可用作医用纺织品、个人卫生用品等产品。用作医用纺织品、个人卫生用品等产品。n n由中国工程院院士梅自强、中国产业用纺织品行由中国工程院院士梅自强、中国产业用纺织品行由中国工程院院士梅自强、中国产业用纺织品行由中国工程院院士梅自强、中国产业用纺织品行业协会理事长朱民儒等专家组成的专家委员会对业协会理事长朱民儒等专家组成的专家委员会对业协会理事长朱民儒等专家组成的专家委员会对业协会理事长朱民儒等专家组成的专家委员会对青岛

24、即发集团完成的青岛即发集团完成的青岛即发集团完成的青岛即发集团完成的“宽幅聚四氟乙烯膜及复合宽幅聚四氟乙烯膜及复合宽幅聚四氟乙烯膜及复合宽幅聚四氟乙烯膜及复合材料关键技术研究材料关键技术研究材料关键技术研究材料关键技术研究”项目进行了科技成果鉴定。项目进行了科技成果鉴定。项目进行了科技成果鉴定。项目进行了科技成果鉴定。n n鉴定专家委员会对即发集团聚四氟乙烯膜项目的鉴定专家委员会对即发集团聚四氟乙烯膜项目的鉴定专家委员会对即发集团聚四氟乙烯膜项目的鉴定专家委员会对即发集团聚四氟乙烯膜项目的研究给予充分肯定，认为该成果已达到国际先进研究给予充分肯定，认为该成果已达到国际先进研究给予充分肯定，认为

25、该成果已达到国际先进研究给予充分肯定，认为该成果已达到国际先进水平。并建议即发集团今后继续加大研发力度，水平。并建议即发集团今后继续加大研发力度，水平。并建议即发集团今后继续加大研发力度，水平。并建议即发集团今后继续加大研发力度，向化工行业、制药行业、酿酒行业使用的向化工行业、制药行业、酿酒行业使用的向化工行业、制药行业、酿酒行业使用的向化工行业、制药行业、酿酒行业使用的液体分液体分液体分液体分离过滤膜离过滤膜离过滤膜离过滤膜，热电行业、炭黑行业、水泥行业使用，热电行业、炭黑行业、水泥行业使用，热电行业、炭黑行业、水泥行业使用，热电行业、炭黑行业、水泥行业使用的烟道过滤、热空气过滤、粉尘滤袋等

26、领域进一的烟道过滤、热空气过滤、粉尘滤袋等领域进一的烟道过滤、热空气过滤、粉尘滤袋等领域进一的烟道过滤、热空气过滤、粉尘滤袋等领域进一步延伸和发展。步延伸和发展。步延伸和发展。步延伸和发展。2.3 高分子膜制备高分子膜制备 n n2.3.12.3.1 对称膜（均质膜）对称膜（均质膜）对称膜（均质膜）对称膜（均质膜）n n2.3.2 2.3.2 非对称膜非对称膜非对称膜非对称膜n n高分子分离膜从形态结构上可以分为均质膜高分子分离膜从形态结构上可以分为均质膜高分子分离膜从形态结构上可以分为均质膜高分子分离膜从形态结构上可以分为均质膜(或称对称膜或称对称膜或称对称膜或称对称膜)和非对称膜两大类。和

27、非对称膜两大类。和非对称膜两大类。和非对称膜两大类。n n目前，制备高分子聚合物分离膜的方法主要包目前，制备高分子聚合物分离膜的方法主要包目前，制备高分子聚合物分离膜的方法主要包目前，制备高分子聚合物分离膜的方法主要包括：烧结法、拉伸法、核径迹蚀刻法、相转化括：烧结法、拉伸法、核径迹蚀刻法、相转化括：烧结法、拉伸法、核径迹蚀刻法、相转化括：烧结法、拉伸法、核径迹蚀刻法、相转化法、溶胶法、溶胶法、溶胶法、溶胶-凝胶法、蒸镀法和涂敷法等，其中凝胶法、蒸镀法和涂敷法等，其中凝胶法、蒸镀法和涂敷法等，其中凝胶法、蒸镀法和涂敷法等，其中相转化法是制备非对称高分子聚合物膜的主要相转化法是制备非对称高分子聚

28、合物膜的主要相转化法是制备非对称高分子聚合物膜的主要相转化法是制备非对称高分子聚合物膜的主要方法，大多数工业用膜均用此法制造。方法，大多数工业用膜均用此法制造。方法，大多数工业用膜均用此法制造。方法，大多数工业用膜均用此法制造。2.3.1 对称膜（均质膜）对称膜（均质膜）n n1 致密均质膜致密均质膜n n2 多孔均质膜多孔均质膜1 致密均质膜致密均质膜n n 致密均质膜一般指结构最紧密的膜，其孔径在致密均质膜一般指结构最紧密的膜，其孔径在致密均质膜一般指结构最紧密的膜，其孔径在致密均质膜一般指结构最紧密的膜，其孔径在1.5nm1.5nm以下，膜中的高分子以分子状态排列。有以下，膜中的高分子以

29、分子状态排列。有以下，膜中的高分子以分子状态排列。有以下，膜中的高分子以分子状态排列。有机高分子的致密均质膜在实验室研究工作中广泛机高分子的致密均质膜在实验室研究工作中广泛机高分子的致密均质膜在实验室研究工作中广泛机高分子的致密均质膜在实验室研究工作中广泛用于表征膜材料的性质。用于表征膜材料的性质。用于表征膜材料的性质。用于表征膜材料的性质。n n a a溶液浇铸溶液浇铸溶液浇铸溶液浇铸 将膜材料用适当的溶剂溶解，制成将膜材料用适当的溶剂溶解，制成将膜材料用适当的溶剂溶解，制成将膜材料用适当的溶剂溶解，制成均匀的铸膜液，将铸膜液倾倒在玻璃板上均匀的铸膜液，将铸膜液倾倒在玻璃板上均匀的铸膜液，将

30、铸膜液倾倒在玻璃板上均匀的铸膜液，将铸膜液倾倒在玻璃板上(一般为一般为一般为一般为经过严格选择的平整玻璃板经过严格选择的平整玻璃板经过严格选择的平整玻璃板经过严格选择的平整玻璃板)；用一特制的刮刀使；用一特制的刮刀使；用一特制的刮刀使；用一特制的刮刀使之铺展开成一具有一定厚度的均匀薄层，然后移之铺展开成一具有一定厚度的均匀薄层，然后移之铺展开成一具有一定厚度的均匀薄层，然后移之铺展开成一具有一定厚度的均匀薄层，然后移置到特定环境中让溶剂完全挥发，最后形成一均置到特定环境中让溶剂完全挥发，最后形成一均置到特定环境中让溶剂完全挥发，最后形成一均置到特定环境中让溶剂完全挥发，最后形成一均匀薄膜。匀薄

31、膜。匀薄膜。匀薄膜。n n b b熔融挤压熔融挤压熔融挤压熔融挤压 将高分子材料放在两片加热了的夹将高分子材料放在两片加热了的夹将高分子材料放在两片加热了的夹将高分子材料放在两片加热了的夹板之间，并施以高压板之间，并施以高压板之间，并施以高压板之间，并施以高压(1040MPa)(1040MPa)，保持，保持，保持，保持0.55min0.55min后，即可得到所需的膜。有机高分子后，即可得到所需的膜。有机高分子后，即可得到所需的膜。有机高分子后，即可得到所需的膜。有机高分子找不到合适的溶剂制成铸膜液，则要采用熔融挤找不到合适的溶剂制成铸膜液，则要采用熔融挤找不到合适的溶剂制成铸膜液，则要采用熔融

32、挤找不到合适的溶剂制成铸膜液，则要采用熔融挤压法来成膜。压法来成膜。压法来成膜。压法来成膜。2 多孔均质膜多孔均质膜n n多孔膜如微滤或超滤膜，膜的分离特性多孔膜如微滤或超滤膜，膜的分离特性主要取决于膜的结构、膜表面孔径、孔主要取决于膜的结构、膜表面孔径、孔径分布、孔隙率等，因而对于多孔膜的径分布、孔隙率等，因而对于多孔膜的研究集中在选择合适的制膜工艺，实现研究集中在选择合适的制膜工艺，实现对膜孔结构的控制，以获得性能优异的对膜孔结构的控制，以获得性能优异的选择性分离膜。选择性分离膜。辐射源n n(1)(1)核径迹膜核径迹膜核径迹膜核径迹膜 制备主要有制备主要有制备主要有制备主要有2 2个步骤

33、：个步骤：个步骤：个步骤：首先用荷电粒子首先用荷电粒子首先用荷电粒子首先用荷电粒子照射固体材料，使材料的化学键断裂，留下敏感径迹；照射固体材料，使材料的化学键断裂，留下敏感径迹；照射固体材料，使材料的化学键断裂，留下敏感径迹；照射固体材料，使材料的化学键断裂，留下敏感径迹；然后将膜浸入适当的化学刻蚀试剂中，固体材料的敏然后将膜浸入适当的化学刻蚀试剂中，固体材料的敏然后将膜浸入适当的化学刻蚀试剂中，固体材料的敏然后将膜浸入适当的化学刻蚀试剂中，固体材料的敏感径迹被溶解而形成垂直于膜表面、规整的圆柱形孔。感径迹被溶解而形成垂直于膜表面、规整的圆柱形孔。感径迹被溶解而形成垂直于膜表面、规整的圆柱形孔

34、。感径迹被溶解而形成垂直于膜表面、规整的圆柱形孔。n n目前，核径迹膜的材料主要是聚酯和聚碳酸酯，也可目前，核径迹膜的材料主要是聚酯和聚碳酸酯，也可目前，核径迹膜的材料主要是聚酯和聚碳酸酯，也可目前，核径迹膜的材料主要是聚酯和聚碳酸酯，也可以采用其他材料，例如玻璃，云母等。制得膜的孔径以采用其他材料，例如玻璃，云母等。制得膜的孔径以采用其他材料，例如玻璃，云母等。制得膜的孔径以采用其他材料，例如玻璃，云母等。制得膜的孔径范围为范围为范围为范围为0.0112m0.0112m，孔密度可达，孔密度可达，孔密度可达，孔密度可达2102108 8个个个个cmcm2 2。n n(2)(2)拉伸法制膜拉伸法

35、制膜拉伸法制膜拉伸法制膜 拉伸法制膜一般要经过拉伸法制膜一般要经过拉伸法制膜一般要经过拉伸法制膜一般要经过2 2步：步：步：步：首先，将温度已达其熔点附近的高分子经过挤首先，将温度已达其熔点附近的高分子经过挤首先，将温度已达其熔点附近的高分子经过挤首先，将温度已达其熔点附近的高分子经过挤压，并在迅速冷却的条件下制成高度定向的结压，并在迅速冷却的条件下制成高度定向的结压，并在迅速冷却的条件下制成高度定向的结压，并在迅速冷却的条件下制成高度定向的结晶膜；晶膜；晶膜；晶膜；然后，将该膜沿机械力方向再拉伸几倍，然后，将该膜沿机械力方向再拉伸几倍，然后，将该膜沿机械力方向再拉伸几倍，然后，将该膜沿机械力

36、方向再拉伸几倍，这一次拉伸破坏了它的结晶结构，并产生裂缝这一次拉伸破坏了它的结晶结构，并产生裂缝这一次拉伸破坏了它的结晶结构，并产生裂缝这一次拉伸破坏了它的结晶结构，并产生裂缝状的孔隙。状的孔隙。状的孔隙。状的孔隙。这种方法称为这种方法称为这种方法称为这种方法称为CelgradCelgrad法。法。法。法。n n Celgrad Celgrad法选用商品聚丙烯为膜材料，在拉法选用商品聚丙烯为膜材料，在拉法选用商品聚丙烯为膜材料，在拉法选用商品聚丙烯为膜材料，在拉出速率远高于挤出速率的情况下，聚丙烯分子出速率远高于挤出速率的情况下，聚丙烯分子出速率远高于挤出速率的情况下，聚丙烯分子出速率远高于挤

37、出速率的情况下，聚丙烯分子本身变为一种与机械力成一致方向的微纤维形本身变为一种与机械力成一致方向的微纤维形本身变为一种与机械力成一致方向的微纤维形本身变为一种与机械力成一致方向的微纤维形式，它会在机械力垂直方向上形成的折叠链按式，它会在机械力垂直方向上形成的折叠链按式，它会在机械力垂直方向上形成的折叠链按式，它会在机械力垂直方向上形成的折叠链按薄片排列的微晶中起核心作用。然后，在低于薄片排列的微晶中起核心作用。然后，在低于薄片排列的微晶中起核心作用。然后，在低于薄片排列的微晶中起核心作用。然后，在低于高分子的熔融温度、高于起始的退火温度下进高分子的熔融温度、高于起始的退火温度下进高分子的熔融温

38、度、高于起始的退火温度下进高分子的熔融温度、高于起始的退火温度下进行拉伸，使薄片之间的非晶区变形为微丝，结行拉伸，使薄片之间的非晶区变形为微丝，结行拉伸，使薄片之间的非晶区变形为微丝，结行拉伸，使薄片之间的非晶区变形为微丝，结果形成一种顺着机械力方向具有狭缝隙的多孔果形成一种顺着机械力方向具有狭缝隙的多孔果形成一种顺着机械力方向具有狭缝隙的多孔果形成一种顺着机械力方向具有狭缝隙的多孔互联网络。孔的尺寸决定于拉伸后的微丝。互联网络。孔的尺寸决定于拉伸后的微丝。互联网络。孔的尺寸决定于拉伸后的微丝。互联网络。孔的尺寸决定于拉伸后的微丝。2.3.2 非对称膜非对称膜n n 非对称膜一般比均质膜的渗透

39、量高的多。非对称膜一般比均质膜的渗透量高的多。非对称膜一般比均质膜的渗透量高的多。非对称膜一般比均质膜的渗透量高的多。目前在大多数的工业应用中还是以有机高分子目前在大多数的工业应用中还是以有机高分子目前在大多数的工业应用中还是以有机高分子目前在大多数的工业应用中还是以有机高分子非对称膜为主。非对称膜为主。非对称膜为主。非对称膜为主。n n1 1 相转化膜相转化膜相转化膜相转化膜n n2 2 相转化制膜工艺相转化制膜工艺相转化制膜工艺相转化制膜工艺 n n3 3 复合膜复合膜复合膜复合膜 1 相转化（溶液沉淀）膜相转化（溶液沉淀）膜n n将一个均相的高分子铸膜液通过各种途将一个均相的高分子铸膜液

40、通过各种途径使高分子从均相溶液中沉析出来，使径使高分子从均相溶液中沉析出来，使之分为两相，之分为两相，一相为高分子富相，最后一相为高分子富相，最后形成高分子膜；另一相为高分子贫相，形成高分子膜；另一相为高分子贫相，最后成为膜中之孔。最后成为膜中之孔。相转化法制备的高相转化法制备的高分子非对称膜具有以下分子非对称膜具有以下2个特点：个特点：n n皮层与支撑层为同一种材料；皮层与支撑层为同一种材料；n n皮层与支撑层是同时制备、形成的。皮层与支撑层是同时制备、形成的。2 相转化制膜工艺相转化制膜工艺 n n 使均相制膜液中的溶剂蒸发，或使均相制膜液中的溶剂蒸发，或在制膜液中加入非溶剂，或使制膜在制

41、膜液中加入非溶剂，或使制膜液中的高分子热凝固，都可以使制液中的高分子热凝固，都可以使制膜液由液相转变成固相。膜液由液相转变成固相。n n 相转化的工艺，相转化的工艺，可以制作不对称可以制作不对称结构的反渗透膜和超滤膜，也可以结构的反渗透膜和超滤膜，也可以制作对称结构或非对称的微孔滤膜。制作对称结构或非对称的微孔滤膜。相转化法制膜方法包括以下几种相转化法制膜方法包括以下几种 n n（1）热凝胶法）热凝胶法 n n（2）溶剂蒸发法）溶剂蒸发法(干法干法)n n（3）水蒸气吸入法）水蒸气吸入法n n（4）沉浸凝胶法）沉浸凝胶法(L-S法法)沉浸凝胶法沉浸凝胶法(L-S法法)n n 20 20世纪世纪

42、世纪世纪6060年代初，年代初，年代初，年代初，LoebLoeb和和和和SourirajanSourirajan在在在在研究醋酸纤维素反渗透膜时，发明了将高分子研究醋酸纤维素反渗透膜时，发明了将高分子研究醋酸纤维素反渗透膜时，发明了将高分子研究醋酸纤维素反渗透膜时，发明了将高分子铸膜液浸入非溶剂中，通过相转化形成非对称铸膜液浸入非溶剂中，通过相转化形成非对称铸膜液浸入非溶剂中，通过相转化形成非对称铸膜液浸入非溶剂中，通过相转化形成非对称膜的方法。与均质醋酸纤维素膜相比，这种非膜的方法。与均质醋酸纤维素膜相比，这种非膜的方法。与均质醋酸纤维素膜相比，这种非膜的方法。与均质醋酸纤维素膜相比，这种非

43、对称反渗透膜不但具有高脱盐率，而且其透水对称反渗透膜不但具有高脱盐率，而且其透水对称反渗透膜不但具有高脱盐率，而且其透水对称反渗透膜不但具有高脱盐率，而且其透水量比均质膜高几倍乃至一个数量级。电子显微量比均质膜高几倍乃至一个数量级。电子显微量比均质膜高几倍乃至一个数量级。电子显微量比均质膜高几倍乃至一个数量级。电子显微镜观察发现，这种膜具有薄、非常致密的皮层镜观察发现，这种膜具有薄、非常致密的皮层镜观察发现，这种膜具有薄、非常致密的皮层镜观察发现，这种膜具有薄、非常致密的皮层以及海绵状疏松的多孔支撑层。以及海绵状疏松的多孔支撑层。以及海绵状疏松的多孔支撑层。以及海绵状疏松的多孔支撑层。它是分离

44、膜发它是分离膜发它是分离膜发它是分离膜发展的里程碑，后人将这种方法称为展的里程碑，后人将这种方法称为展的里程碑，后人将这种方法称为展的里程碑，后人将这种方法称为L-SL-S法，并法，并法，并法，并将它推广用于其他高分子非对称膜的制备。将它推广用于其他高分子非对称膜的制备。将它推广用于其他高分子非对称膜的制备。将它推广用于其他高分子非对称膜的制备。n n相相相相转转转转化化化化法法法法制制制制作作作作不不不不对对对对称称称称结结结结构构构构的的的的反反反反渗渗渗渗透透透透膜膜膜膜，这这这这种种种种制制制制膜法又称为膜法又称为膜法又称为膜法又称为L-SL-S型制膜法，它分为六个阶段：型制膜法，它分

45、为六个阶段：型制膜法，它分为六个阶段：型制膜法，它分为六个阶段：n n(1)(1)高高高高分分分分子子子子材材材材料料料料溶溶溶溶于于于于溶溶溶溶剂剂剂剂中中中中，并并并并加加加加入入入入添添添添加加加加剂剂剂剂，配成制膜液；配成制膜液；配成制膜液；配成制膜液；n n(2)(2)制制制制膜膜膜膜液液液液通通通通过过过过流流流流涎涎涎涎法法法法制制制制成成成成平平平平板板板板型型型型、圆圆圆圆管管管管型型型型，或用纺丝法制成中空纤维型；或用纺丝法制成中空纤维型；或用纺丝法制成中空纤维型；或用纺丝法制成中空纤维型；n n(3)(3)使膜中的溶剂部分蒸发；使膜中的溶剂部分蒸发；使膜中的溶剂部分蒸发；

46、使膜中的溶剂部分蒸发；n n(4)(4)将将将将膜膜膜膜浸浸浸浸渍渍渍渍在在在在对对对对高高高高分分分分子子子子是是是是非非非非溶溶溶溶剂剂剂剂的的的的液液液液体体体体中中中中(最最最最常用的是水常用的是水常用的是水常用的是水)，液相的膜在液体中便凝胶固化；，液相的膜在液体中便凝胶固化；，液相的膜在液体中便凝胶固化；，液相的膜在液体中便凝胶固化；n n(5)(5)进进进进行行行行热热热热处处处处理理理理，对对对对非非非非醋醋醋醋酸酸酸酸纤纤纤纤维维维维素素素素膜膜膜膜，如如如如芳芳芳芳香香香香聚酰胺膜，一般不需要热处理；聚酰胺膜，一般不需要热处理；聚酰胺膜，一般不需要热处理；聚酰胺膜，一般不需

47、要热处理；n n(6)(6)膜的预压处理。膜的预压处理。膜的预压处理。膜的预压处理。例：例：新型功能中空纤维膜制备技术及其产新型功能中空纤维膜制备技术及其产业化应用项目获国家发明奖业化应用项目获国家发明奖 n n每年年初的国家科技奖励大会，是我国科技界的一每年年初的国家科技奖励大会，是我国科技界的一每年年初的国家科技奖励大会，是我国科技界的一每年年初的国家科技奖励大会，是我国科技界的一大盛事，也是对我国科技创新能力的一次检阅。大盛事，也是对我国科技创新能力的一次检阅。大盛事，也是对我国科技创新能力的一次检阅。大盛事，也是对我国科技创新能力的一次检阅。20092009年，年，年，年，3 3项成果

48、获得国家技术发明奖一等奖，项成果获得国家技术发明奖一等奖，项成果获得国家技术发明奖一等奖，项成果获得国家技术发明奖一等奖，5252项成果获得国家技术发明奖二等奖，不少项目取项成果获得国家技术发明奖二等奖，不少项目取项成果获得国家技术发明奖二等奖，不少项目取项成果获得国家技术发明奖二等奖，不少项目取得了很好的经济社会效益。得了很好的经济社会效益。得了很好的经济社会效益。得了很好的经济社会效益。n n其中：天津工业大学完成的新型功能中空纤维膜制其中：天津工业大学完成的新型功能中空纤维膜制其中：天津工业大学完成的新型功能中空纤维膜制其中：天津工业大学完成的新型功能中空纤维膜制备技术及其产业化应用项目

49、，开发出全新的具有界备技术及其产业化应用项目，开发出全新的具有界备技术及其产业化应用项目，开发出全新的具有界备技术及其产业化应用项目，开发出全新的具有界面孔特征的聚氨酯系功能中空纤维膜，有力地提升面孔特征的聚氨酯系功能中空纤维膜，有力地提升面孔特征的聚氨酯系功能中空纤维膜，有力地提升面孔特征的聚氨酯系功能中空纤维膜，有力地提升了我国中空纤维膜产业的核心竞争力，在工业节水了我国中空纤维膜产业的核心竞争力，在工业节水了我国中空纤维膜产业的核心竞争力，在工业节水了我国中空纤维膜产业的核心竞争力，在工业节水和废水资源化等方面取得了显著的社会和经济效益，和废水资源化等方面取得了显著的社会和经济效益，和废

50、水资源化等方面取得了显著的社会和经济效益，和废水资源化等方面取得了显著的社会和经济效益，对纺织行业节能减排和科技创新发挥了积极的推动对纺织行业节能减排和科技创新发挥了积极的推动对纺织行业节能减排和科技创新发挥了积极的推动对纺织行业节能减排和科技创新发挥了积极的推动作用，在抗震救灾中发挥了作用。作用，在抗震救灾中发挥了作用。作用，在抗震救灾中发挥了作用。作用，在抗震救灾中发挥了作用。项目：新型功能中空纤维膜制备技术及其产业化应用项目：新型功能中空纤维膜制备技术及其产业化应用项目：新型功能中空纤维膜制备技术及其产业化应用项目：新型功能中空纤维膜制备技术及其产业化应用奖项：国家技术发明二等奖奖项：国