第二章分离膜与膜分离组件
11页1、第二章 分离膜与膜分离组件第一节 分离膜的种类一、高分子膜目前,市场销售的分离膜主要以高分子膜为主,它几乎涵盖了所有的膜过程,得到了广泛的应用, 主要品种如下。1醋酸纤维素膜2聚砜类膜3聚丙烯腈膜4聚酰胺类膜5其它类聚合物膜(1)聚偏氟乙烯超滤膜 该膜可以高压消毒,耐一般的溶剂,耐游离氯性强于聚砜超滤膜,广泛地 用于超滤和微滤过程。但该膜是疏水性的,经膜表面改性后可改善其亲水性,如 Millipore 公司的 Durapore 膜。(2)再生纤维素膜该膜的亲水性较强,对蛋白的吸附性较弱,耐溶剂性好,使用温度可达到75C, 如美国 Amicon 公司的 YM 系列超滤膜。二、无机膜常用的无机分离膜为陶瓷膜、玻璃膜、金属膜(含碳)和沸石膜等。第二节 分离膜的制备高分子膜的制备方法有很多种,如热压成型法、相转化法、浸涂法、辐照法、表面化学改性法、等 离子聚合法、拉伸成孔法、核径迹法、动力形成法等等。无机分离膜的制备方法亦有多种,如烧结法、溶胶凝胶法、分相法、压延法、化学沉淀法等等。 其中最主要的是溶胶凝胶法一、均质对称膜的制备(一)致密均质膜致密膜一般指结构紧密的膜,其孔径在1.5nm以下,
2、膜中的高分子以分子状态排列。致密均质膜广 泛用于表征膜材料的性质。常用的制备方法是溶液浇注法,其制备过程为:将膜材料用适当的溶剂溶解, 制成均匀的铸膜液,将铸膜液倾倒在铸膜板上,用特制刮刀使之铺展成具有一定厚度的均匀薄层,然后 移置特定环境中让溶剂完全挥发,最后形成均匀薄膜。(二)微孔均质膜1拉伸法制微孔滤膜该方法主要用于聚烯烃类材料。拉伸法制膜一般要经过二步。首先将温度已达其熔点附近的高分子 经过挤压、并在迅速冷却下制成高度定向的结晶膜,然后将该膜沿机械力方向再拉伸几倍,这一次拉伸 破坏了它的结晶结构,并产生裂缝状的孔隙。这种方法一般称为Celgard法。GoreTex型膜采用的是另一种采用拉伸成孔法,由聚四氟乙烯制备的微孔分离膜。GoreTex拉伸 多孔膜的孔隙率高,孔径范围宽,具有极高的化学惰性,可以过滤有机溶剂和热的无机酸和碱,是一种 重要的微孔滤膜。2烧结法制微孔滤膜将粉状高分子聚合物均匀加热,控制温度及压力,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的薄层或块状物。再进行机械加工成为滤膜。该膜孔径的大小,主要 由原料粉的粒度及温度来控制。在烧
3、结过程中,由于表面熔融,颗粒又互相集聚,因而使空隙变得紧密。 烧结所需的温度是根据成膜材料的粒度、压力、大气环境以及是否有增塑剂或其他添加剂而异。分子量 大或不加增塑剂的聚合物,烧结温度一般较高。该法除使用单一的成膜材料外,还可在烧结材料中混入 另一种不相熔合的材料,待烧结完毕后再用溶剂萃取除去。此法多用于聚乙烯和聚四氟乙烯等膜材料。3核径迹刻蚀法制微孔滤膜(核孔滤膜)由放射性同位素裂变产生的碎片,经过准直后基本以垂直方向进入高分子薄膜,由于带电粒子的通 过,在所经过的路径上使周围的分子发生电离并受到激发,聚合物分子的长链断裂。由于在断裂处形成 活性很高的新链端,在此区域内的材料有较高的化学反应能力,能够优先被化学蚀刻剂所溶解。将照射 后的高分子薄膜放人一定温度和浓度的化学蚀刻剂中(酸或碱)侵蚀,蚀刻剂优先溶解辐射损伤区的材料, 蚀刻一段时间后就会出现蚀穿的孔洞筛孔。膜孔的大小由浸蚀的程度来控制。因为是由表面逐渐向 膜的中部浸蚀,所以实际上孔形并非是整齐的圆柱体,而是呈锥体形。4溶出法制微孔滤膜溶出法是指在制膜基材中混入某些可溶出的高分子材料,或其它可溶的溶剂,或与水溶性固体细粉 混炼
4、。成膜后用水或其他溶剂将可溶性物质溶出,从而形成多孔膜。例如,将二醋酸纤维素和聚乙二醇 共溶于丙酮、二氯甲烷等混合溶剂中,将配成的溶液在玻璃板上刮膜后,让溶剂蒸发,再用水将致孔的 增塑剂聚乙二醇溶出后,制成多孔膜。如将食盐、碳酸钙等细粉混入聚合物中制膜,再用水或酸溶出, 也能制成多孔膜。但这类多孔膜的孔隙率和孔径均匀性都较差。二、非对称膜的制备在膜过程中用得最多的是非对称膜,液-固相转化法是最主要的制造非对称膜的方法。第一张具有高 脱盐率和高通量的醋酸纤维素非对称反渗透膜就是用这个方法制造的。另一种具有非对称结构的分离膜为复合膜。它是先制成多孔支撑层,再在其表面覆盖一层致密薄层 (皮层)。它与上面提到的非对称膜的区别在于:多孔支撑层和致密层不是一次同时形成而是分两次制 成的;复合膜的皮层膜材料一般与支撑层的膜材料不同。复合膜的制备方法有高分子溶液涂敷、界面 缩聚、就地聚合、等离子体聚合、水上延伸动力形成法等。其中以界面缩聚和就地聚合两种用得最多。(一)相转化制膜法相转化是一种以某种控制方式使聚合物从液态转变为固体的过程,这种固化过程通常是由一个均相 液态转变成两个液态(液液分相)而引发
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