高分子分离膜

工业产品

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。

最初用作分离膜的高分子材料是纤维素酯类材料。后来，又逐渐采用了具有各种不同特性的聚砜、聚苯醚、芳香族聚酰胺（见芳香族聚酰胺纤维）、聚四氟乙烯（见氟树脂）、聚丙烯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚苯并咪唑、聚酰亚胺等。高分子共混物和嵌段、接枝共聚物（见聚合物）也越来越多地被用于制分离膜，使其具有单一均聚物所没有的特性。制备高分子分离膜的方法有流延法、不良溶剂凝胶法、微粉烧结法、直接聚合法、表面涂覆法、控制拉伸法、辐射化学侵蚀法和中空纤维纺丝法等。

具有分离液-固、液-液、气-气等能力的均相或非均相混合物膜。由合成高分子、半合成高分子和天然高分子构成的膜。为区别于无机物组成的分离膜，故又称为有机分离膜。高分子分离膜能成为相邻两相主动或被动传质的障碍，借助于这种选择渗透性，在压力差、浓度差或电位差的作用下，使流体混合物分离。其分离过程包括微孔过滤）、超过滤）、反渗透（超滤）、气体渗透分离、渗透蒸发、渗析及电渗析、液膜（促进传递）等。高分子分离膜的分离性能由选择性和渗透性决定。对于需要分离的物质其选择性和渗透性要求越高越好，而对于需要截留的物质则要求选择性越高，而渗透率越低越好。其性能表示方法为单位时间内流体通过膜的量和物质透过系数之比。它们必须同时具有较大的数值和保持较长时间不变，才有工业使用价值，高分子分离膜的制备方法主要有相转换法（phase inversion method），它包括干法相转换、湿法相转换、热凝胶法和聚合物辅助相转换法、拉伸法和辐照法等。随制膜条件的改变可得到性能完全不同的分离膜。高分子分离膜的形状有中空管式、中空纤维式和平板式三类。

应用领域

广泛应用于海水淡化、食品浓缩、废水处理、富氧空气制备、医用超纯水制造、人工肾及人工肺装置、药物的缓释等方面。

各种高分子分离膜广泛用于核燃料及金属提炼，气体及烃类分离，海水及苦咸水淡化，纯水及超纯水制备，环境保护和污水处理等。

对近沸点混合物、共沸混合物、异构体混合物等难以分离的混合物体系，以及某些热敏性物质，能够实现有效的分离。采用反渗透法进行海水淡化所需能量仅为冷冻法的1/2，蒸发法的1/17，操作简单，成该低廉。因此，反渗透法有逐渐取代多级闪蒸法的趋势。膜分离用于浓缩天然果汁、乳制品加工、酿酒等食品工业中，因无需加热，可保持食品原有的风味。采用高分子富氧膜能简便地获得富氧空气，以用于医疗。还可用于制备电子工业用超纯水和无菌医药用超纯水。用分离膜装配的人工肾、人工肺，能净化血液，治疗肾功能不全患者以及作手术用人工心肺机中的氧合器等。80年代以来，高分子分离膜正在向高效率、高选择性、功能复合化及形式多样化的方向发展。不对称膜和复合膜的制备以及聚合物材料的超薄膜化等的研究十分活跃。膜分离技术在新能源、生物工程、化工新技术等方面已显示出它的潜力。

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