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高分子分离膜材料产业应用研究 【摘要】 高分子分离膜，由于具有半透性，具有省能、高校和洁净等特点，因而被认为是支撑新技术革命的重大技术。本文主要从高分子分离膜材料的发展及特点出发，简要介绍了高分子分离膜材料在水处理、气体收集及生物医疗等产业上的普遍应用。 【关键词】高分子分离膜；半透性；高效；应用 高分子分离膜是用高分子材料制成的具有选择透过功能的半透性薄膜。传统的分离物质的技术，不论筛分、沉淀、过滤、蒸馏、结晶、吸附和离子交换等，都需要消耗大量的能量，而且分离的结果往往不满意。而高分子分离膜，由于具有半透性，以压力差、温度梯度、浓度梯度或电位差为动力，使气体混合物、液体混合物或有机物、无机物的溶液等分离，具有省能、高校和洁净等特点，因而被认为是支撑新技术革命的重大技术。 1.高分子分离膜材料的发展 1748年，Nollet发现水能自发地扩散到装有酒精溶液的猪膀胱内，这一发现开创了膜渗透的研究；1846年，德国学者Willbas用硝基纤维素制成第一张高分子膜；1854年，Graham发表了利用膜渗透分离混合物的文章；1907年，Bechlod发表了第一篇系统研究滤膜性质的报告，指出滤膜孔径可以用改变硝酸纤维素溶液的浓度来控制，从而可制出不同孔径的膜，并列出了相应的过滤颗粒物质梯级表；1931年，Elford报道了新的适于微生物应用的火棉胶滤膜系列，并用它来分离和富集微生物和极细粒子；50年代初期，Juda研制成功离子交换膜，从而使电渗析获得了工业应用，这种膜由阳离子或阴离子的迁移所产生的选择性比任何非离子系统的选择性都大；70年代以来，超滤膜、微滤膜成功地开发和应用，有支撑的液膜和乳液膜及气体分离膜也相继问世。 我国的膜科学技术的发展是从1958年研究离子交换膜开始的，六十年代进入开创阶段。1965年着手反渗透技术的探索。1967年开始全国的海水淡化会战。大大促进了我国膜技术的发展。70年代进入开发阶段。这时期，微滤、电渗析、反渗透和超滤等各种膜和组器件都相继研究开发出来，80年代跨入推广应用阶段。80年代又是气体分离和其他膜的开发阶段。 2.高分子分离膜材料的特点 膜分离过程是一个高效、环保的分离过程，与传统的分离技术如蒸馏、吸附、吸收、萃取、深冷分离等相比，高分子分离膜材料具有以下特点。 分离过程更高效。高分子分离膜材料的分离过程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。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，因此分离过程更高效。 耗能更低。高分子分离膜材料再分离过程中几乎没有相变，能源消耗小，是一种低能耗、低成本的分离技术。 工作温度接近室温。高分子分离膜材料的分离过程通常在温和的条件下进行，因而对需避免高温分级、浓缩与富集的物质，如药品、蛋白质、果汁等，具有明显的优点。 品质稳定性好，环保。高分子分离膜材料膜分离装置简单、操作容易、制造方便，易于与其它分离技术相结合，分离技术应用范围广，对无机物、有机物及生物制品均可适用，且没有二次污染。 3.高分子分离膜材料的产业应用 3.1 水处理应用 在废水处理方面，高分子分离膜材料分离技术的应用十分广泛。由于在膜分离过程中不加入任何其他物质，因此膜技术净化废水的过程同时也使用有物质得以回收，产品质量或生产效率得以提高，成本降低，能耗物物耗减少，污染消除或减轻，因而是名副其实的环保生产技术。 高分子分离膜技在淡化海水及苦咸水方面因其能量消耗最小而发展良好。世界上最大的高分子分离膜技术海水淡化厂在沙特，日本、美国也有大型的膜淡化水厂，我国宝钢总厂自备电厂采用分离膜离子交换的联合处理流程，取得了满意的效果。在纯水、超纯水制备方面，分离膜技术能较好的克服传统采用的化学凝聚、离子交换树脂等方法的缺点，流程简单、成本低廉、水质优良。美日电子工业的绝大部分纯水都是采用高分子分离膜的预处理过程。而且，分离膜法作为新兴、高效的方法在国内外已广泛应用于处理工业废水。如采用超过滤法处理电泳漆，电透析处理造纸废水、电镀废水、印刷制版废水、液膜法回收废液中的锌等。 3.2 气体的分离和富集 现在入们对气体分离膜的研究很多，研究其选择性、透过性、结构表征等。另类高分子分离膜对氢气具有选择性，可有效地用于合成气体的调节，冶炼气体中氢气的回收以及液态氨合成中的氢气回收，此类技术在美国广泛应用。而有机气体在高分子膜材料中具有穿透性快的特点，因此分离膜用于有机气体回收方面也较为普遍，如回收在塑料合成中的单分子气体，回收工业排放气中的有机物质，既使能源在利用，又净化了气体，美国和西方国家生产出的此类高分子分离膜已广泛用于化工工业及环境治理。另一方面，天然气中含有CO2，H2O和H2S是造成天然气质量低，输送管道易被腐蚀的主要原因，高分子分离膜能有效的出去此类有害物质，提高天然气质量，延长管道使用寿命。此外，以空气作为原料，高分子分离膜可分离出百分之九十九的氮气，含量为百分之九十以上的氧气。新一代的高分子分离膜产品应用技术将更加精湛，用途将涉及到血液的净化，人造肝胆一类的生物工程领域，前景可观。 4.结论与展望 总之，高分子分离膜的用途越来越广泛。目前世界上已经有数千座大型海水脱盐厂采用高分子分离膜进行脱盐制淡水，在人体医学领域，人工肾，人工肺，人工肝和人工脾都是用中空纤维分离膜制的。在生物化学领域，可以将聚乙烯醇超细纤维载体，生物酶和有机硅中空纤维富氧膜组合起来形成。 未来我们要致力于将新兴的膜分离技术和传统的工艺技术有机的结合起来，不断地将膜分离技术的研究成果从实验室推向产业化应用。 参考文献： 王忠刚，陈天禄，徐纪平.不同结构聚芳醚的H2/N2透过选择性能期刊论文.高分子材料科学与工程，1995 沈之荃，张一峰，江东林.高选择性透过二氧化硫分离膜的研究（）不同烃基乙烯基亚砜接枝乙始醇膜的透过性能，1995 张俊彦，潘光明.四羧酸环戊烷型聚酰亚胺膜对CO2和CH4的透过性，1997 汪多仁.高分子分离膜的研制与应用期