膜材料与制备ppt课件.ppt
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1、1 膜材料及膜的制备膜材料及膜的制备 2膜材料的特性n n对于不同种类的膜都有一个基本要求:对于不同种类的膜都有一个基本要求:q耐压:耐压:膜孔径小,要保持高通量就必须施加较高的压力,膜孔径小,要保持高通量就必须施加较高的压力,一般模操作的压力范围在一般模操作的压力范围在0.10.5MPa,反渗透膜的压力更,反渗透膜的压力更高,约为高,约为110MPaq耐高温耐高温:高通量带来的温度升高和清洗的需要高通量带来的温度升高和清洗的需要q耐酸碱:耐酸碱:防止分离过程中,以及清洗过程中的水解;防止分离过程中,以及清洗过程中的水解;q化学相容性:化学相容性:保持膜的稳定性;保持膜的稳定性;q生物相容性:
2、生物相容性:防止生物大分子的变性;防止生物大分子的变性;q成本低;成本低;3 有机高分子膜材料有机高分子膜材料4 无机膜材料无机膜材料无机膜材料 陶瓷 氧化铝、氧化硅、氧化锆等 金属 钯、铝、银等 玻璃 硼酸盐玻璃等 分子筛 碳分子筛等 无机高分子 聚磷嗪、聚硅氧烷等 51醋酸纤维素醋酸纤维素n亲水性好亲水性好,利于减轻膜污染;利于减轻膜污染;n可制备从反渗透到微滤不同孔径的膜并具有较高通量;可制备从反渗透到微滤不同孔径的膜并具有较高通量;n成膜性能好,易于制备成膜性能好,易于制备n成本低、无毒。成本低、无毒。n操作温度范围窄(操作温度范围窄(3030)npH pH 范围窄,一般为范围窄,一般
3、为3-63-6,以防止水解;,以防止水解;n与氯作用,寿命降低;与氯作用,寿命降低;n膜有压实现象,高压下通量降低;膜有压实现象,高压下通量降低;n易被生物降解易被生物降解优点缺点二醋酸纤维素(CA)三醋酸纤维素(CTA)常用来制备非对称反渗常用来制备非对称反渗透膜,也可制备卷式透膜,也可制备卷式超滤膜和纳滤膜。超滤膜和纳滤膜。6醋酸纤维素膜的结构示意图99表皮层,孔径表皮层,孔径(810)1010m过渡层,孔径过渡层,孔径2001010m多孔层,孔径多孔层,孔径(10004000)1010m1%72聚砜类聚砜类n化学化学稳稳定性好,耐酸、碱、醇和脂肪定性好,耐酸、碱、醇和脂肪烃烃;npH 范
4、范围宽围宽(1-13),利于膜清洗;),利于膜清洗;n耐耐热热性好(使用温度可达性好(使用温度可达75度),利于消毒;度),利于消毒;n耐耐氯氯性和抗氧化性性和抗氧化性较较好;好;n具有具有较宽较宽的孔径范的孔径范围围(1nm-0.2m)n具有疏水性,易污染;具有疏水性,易污染;n耐压能力较差。耐压能力较差。优点缺点 可制备超滤膜、微滤膜和复合膜的多孔支撑膜,可制成不可制备超滤膜、微滤膜和复合膜的多孔支撑膜,可制成不同的组件形式。同的组件形式。83芳香聚酰胺芳香聚酰胺(PA)n高吸水性,具有高吸水性,具有较较高的通量和高的通量和较较低的截留分子量;低的截留分子量;n机械机械稳稳定性、定性、热稳
5、热稳定性定性较较好;好;n pH 范范围宽围宽(4-11););n操作操作压压力要求低力要求低n耐氯性能较差;耐氯性能较差;n易被蛋白类溶质污染。易被蛋白类溶质污染。优点缺点 可制备反渗透复合膜。可制备反渗透复合膜。94聚酰亚胺聚酰亚胺(PI)n高吸水性,具有高吸水性,具有较较高的通量和高的通量和较较低的截留分子量;低的截留分子量;n热稳热稳定性定性较较好好(耐温耐温125度度);n pH 范范围宽围宽(4-11););n耐氯性能较差;耐氯性能较差;n易污染。易污染。优点缺点 可制备反渗透复合膜、超滤膜和气体分离膜。可制备反渗透复合膜、超滤膜和气体分离膜。105聚烯烃类聚烯烃类n化学性能化学性
6、能稳稳定定;耐耐热热性好性好n亲亲水性差水性差聚丙烯啨聚乙烯重要的超滤和微滤膜材料重要的超滤和微滤膜材料,也可制备渗透汽化膜也可制备渗透汽化膜n低密度聚乙烯可通过热致相分离和拉伸方法成膜低密度聚乙烯可通过热致相分离和拉伸方法成膜 化学性能稳定化学性能稳定;耐有机物污染、通量大,但耐温性差。耐有机物污染、通量大,但耐温性差。n高密度聚乙烯可通过烧结法制备微滤膜高密度聚乙烯可通过烧结法制备微滤膜 耐溶剂性、透气性、透湿性、机械性能较好,电性能差。耐溶剂性、透气性、透湿性、机械性能较好,电性能差。115聚烯烃类聚烯烃类n耐酸碱性、耐溶耐酸碱性、耐溶剂剂性和耐性和耐热热性好;性好;n亲亲水性差水性差聚
7、丙烯聚氯乙烯微滤膜材料微滤膜材料,常采用拉伸法制备平板膜和热致相分离制中空纤维膜常采用拉伸法制备平板膜和热致相分离制中空纤维膜n耐酸碱、耐微生物侵蚀、通量大,但热稳定性和耐光性差。耐酸碱、耐微生物侵蚀、通量大,但热稳定性和耐光性差。主要用于制备超滤膜主要用于制备超滤膜126芳香聚合物芳香聚合物聚碳酸酯聚酯主要用于核径迹刻蚀法制核孔微滤膜,也是气体分离(氧主要用于核径迹刻蚀法制核孔微滤膜,也是气体分离(氧/氮)膜氮)膜n化学稳定性好,吸湿性小,强度高,尺寸稳定性好,耐热、化学稳定性好,吸湿性小,强度高,尺寸稳定性好,耐热、耐溶剂性能好。耐溶剂性能好。主要用作多种膜组件的衬布和支撑体主要用作多种膜
8、组件的衬布和支撑体137含氟聚合物含氟聚合物聚四氟乙烯聚偏氟乙烯憎水性强;耐强酸强碱侵蚀;耐热性好。适合处理蒸汽和腐蚀性液体。憎水性强;耐强酸强碱侵蚀;耐热性好。适合处理蒸汽和腐蚀性液体。化学稳定性好,化学稳定性好,耐强酸强碱及溶剂侵蚀;耐强酸强碱及溶剂侵蚀;耐热性能好。亲水性差。耐热性能好。亲水性差。可以采用相转化法制备超滤膜和微滤膜可以采用相转化法制备超滤膜和微滤膜通过拉伸和热致相分离法制备膜蒸馏用膜通过拉伸和热致相分离法制备膜蒸馏用膜148含硅聚合物含硅聚合物聚二甲基硅氧烷(PDMS)聚三甲基硅烷基丙炔(PTMSP)低温固化硅橡胶主要用于气体分离膜的皮层,具有较好的透气性和选择性低温固化
9、硅橡胶主要用于气体分离膜的皮层,具有较好的透气性和选择性化学稳定性好,化学稳定性好,耐强酸强碱及溶剂侵蚀;耐强酸强碱及溶剂侵蚀;耐热性能好。亲水性差。耐热性能好。亲水性差。15n无机膜多以无机膜多以金属及其氧化物金属及其氧化物、多孔玻璃多孔玻璃、陶瓷陶瓷为材料。为材料。从结构上可分为致密膜、多孔膜和复合非对称修正膜从结构上可分为致密膜、多孔膜和复合非对称修正膜三种。以陶瓷材料的微滤膜最常用。多孔陶瓷膜主要三种。以陶瓷材料的微滤膜最常用。多孔陶瓷膜主要利用氧化铝、硅胶、氧化锆和钛等陶瓷微粒烧结而成,利用氧化铝、硅胶、氧化锆和钛等陶瓷微粒烧结而成,膜厚方向上不对称。膜厚方向上不对称。n机械强度高、
10、耐高温、耐化学试剂和有机溶剂。缺点:机械强度高、耐高温、耐化学试剂和有机溶剂。缺点:不易加工,造价高。不易加工,造价高。16膜的制备膜的制备n要求:n(1)透过速度n(2)选择性n(3)机械强度n(4)稳定性17膜的结构分类膜的结构分类 按膜的结构分为:按膜的结构分为:对称膜对称膜(Symmetric Membrane)(Symmetric Membrane)非对称膜非对称膜(Asymmetric Membrane)(Asymmetric Membrane)复合膜复合膜(Composite Membrane)(Composite Membrane)18对称膜19非对称膜非对称膜20复合膜复合膜
11、21n对称膜厚度10-200m。致密膜孔径在1.5nm以下,而微孔膜是相对致密膜而言,其孔径大于1.5nm。n非对称膜由厚度0.1-1 m的致密皮层和厚度50-200 m的多孔支撑层构成。分为非对称膜和复合膜。二者区别:复合膜致密皮层和支撑层不是一次同时形成,而是分两次制成;皮层的材料一般与支撑层材料不同。22膜制备方法膜制备方法 高分子膜的制备方法很多,如热压成型法,相转化法、浸涂法、辐照法、表面化学改性法、拉伸成孔法、核径迹法、动力形成法等。无机膜的制备方法,主要有溶胶凝胶法、烧结法、化学沉淀法等。23高分子膜的制备对称膜的制备24微孔膜的制备微孔膜的制备 拉伸法拉伸法 当聚舍物处于半结晶
12、状态,内部存在晶区和非晶区时,两个区的力学性质是不同的,当聚合物受到拉伸力量,非晶区受到过度拉伸致使局部断裂形成微孔,晶区则作为微孔区的骨架得以保存形成拉伸半晶体膜 高聚物熔体挤出沿挤出方向形成平行排列的微晶热处理使结构进一步完善冷拉伸致孔热定型。2526形成半晶态聚合物是拉伸法的关键形成半晶态聚合物是拉伸法的关键 牵伸倍数和牵伸温度对于形成微孔尺寸和 孔隙率是很重要的。结晶的变化和结晶形态的变化是能否形成 微孔及微孔大小的决定因素。27微孔膜的制备微孔膜的制备 烧结法烧结法 将粉状聚合物或金属粉均匀加热,控制温度和压力,使粉粒间存在一定空隙,只使粉粒的表面熔融但并不全熔,从而相互粘结形成多孔
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