功能高分子教学课件PPT高分子分离膜.ppt

20世纪世纪 30年代，年代， 德国建立生产微滤膜的工厂德国建立生产微滤膜的工厂 20世纪世纪 50年代，年代， 离子交换膜离子交换膜 电渗析电渗析 20世纪世纪 60年代，年代， 反渗透膜反渗透膜 超滤、纳滤、气体分离、渗透汽化、液膜超滤、纳滤、气体分离、渗透汽化、液膜 一、分离膜的定义一、分离膜的定义 分离膜分离膜 膜分离过程中把流体相分隔开来的，具有膜分离过程中把流体相分隔开来的，具有 选择透过性的一薄层凝聚相物质。选择透过性的一薄层凝聚相物质。 二、分离膜的分类二、分离膜的分类 1、按相态、按相态 液体液体 膜膜 3、按膜体结、按膜体结 构构多孔膜多孔膜 致密膜致密膜 2、按膜材、按膜材 料料 无机膜：无机膜： 金属膜、陶瓷膜、玻璃金属膜、陶瓷膜、玻璃 膜等膜等 高分子膜：高分子膜： 纤维素类、聚砜类纤维素类、聚砜类 中空纤维中空纤维 膜膜 核孔膜核孔膜 管式膜管式膜 平板膜平板膜 复合膜复合膜 对称膜对称膜 不对称膜不对称膜 6、 按膜功按膜功 能能 三、高分子分离膜材三、高分子分离膜材 料料 1、纤维素酯类 纤维素酯类 53% 2、聚砜类、聚砜类 33.3% 3、聚酰胺类聚酰胺类 11.7% 4、聚烯烃类、聚烯烃类 5、含氟高分子材料、含氟高分子材料 6、有机硅聚合物类有机硅聚合物类 1、纤维素酯类纤维素酯类 天然高分子的改性天然高分子的改性 纤维素结构式为：纤维素结构式为： 醋酸纤维素的优点醋酸纤维素的优点: 原料易得、环保，成膜性能好，化学原料易得、环保，成膜性能好，化学 性质稳定。性质稳定。 多用于透析、微滤、超滤、反渗透、多用于透析、微滤、超滤、反渗透、 膜蒸发和膜电泳等场合。膜蒸发和膜电泳等场合。 2、聚砜类、聚砜类 特征基团：特征基团： 聚砜类树脂基本特性聚砜类树脂基本特性: 化学稳定性好，化学稳定性好， 耐热性能好；耐热性能好； 强度高；强度高； ph值适应范围为值适应范围为 113。 () 聚酰亚胺聚酰亚胺 具有很好的热稳定性和耐有机溶剂能力。具有很好的热稳定性和耐有机溶剂能力。 下列结构的聚酰亚胺膜对分离氢气有很高的效下列结构的聚酰亚胺膜对分离氢气有很高的效 率。率。 、乙烯基聚合物、乙烯基聚合物 聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷 酮、聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚丙烯酰胺等酮、聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚丙烯酰胺等 共聚物：共聚物： 聚丙烯醇聚丙烯醇 /苯乙烯磺酸、聚乙烯醇苯乙烯磺酸、聚乙烯醇/ 磺化聚苯醚、聚丙烯腈磺化聚苯醚、聚丙烯腈/甲基丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚 乙烯乙烯 /乙烯醇等乙烯醇等 聚乙烯醇聚乙烯醇 /丙烯腈丙烯腈 接枝共聚物接枝共聚物 名称名称温度温度 醋酸纤维素醋酸纤维素 聚酰胺聚酰胺 聚苯并咪唑聚苯并咪唑 聚苯并咪唑酮聚苯并咪唑酮 磺化聚苯醚磺化聚苯醚 磺化聚砜磺化聚砜 聚醚砜酮聚醚砜酮 35 90 70 70 120 160 四、四、 高分子分离膜的制备方法高分子分离膜的制备方法 1、致密膜的制备、致密膜的制备 、多孔膜的制备、多孔膜的制备 、复合膜的制备、复合膜的制备 (3) 拉伸致孔法拉伸致孔法 适用于常温下不能溶解的聚合物适用于常温下不能溶解的聚合物 如聚烯烃膜：如聚烯烃膜： 挤出成膜挤出成膜 延伸、退火延伸、退火 拉伸拉伸 (4) 热致相分离法热致相分离法 聚烯烃溶于高温溶剂，制膜过程中冷却时聚烯烃溶于高温溶剂，制膜过程中冷却时 发生相分离形成多孔膜发生相分离形成多孔膜 (5)溶出法溶出法 在高分子制膜液中混入某些可互溶的水溶在高分子制膜液中混入某些可互溶的水溶 性物质，成膜后用水溶出。性物质，成膜后用水溶出。 (6)核径迹法核径迹法 高能粒子流辐射高分子膜，径迹用碱液刻高能粒子流辐射高分子膜，径迹用碱液刻 蚀蚀 pc微孔滤膜微孔滤膜 2、溶解、溶解 -扩散机理：扩散机理： 被分离物质的分子通过被分离物质的分子通过 在聚合物中的扩散运动穿过分离膜。在聚合物中的扩散运动穿过分离膜。 致密膜的分离机理致密膜的分离机理 溶解溶解 -扩散作用扩散作用 是指膜材料对被分离物质具是指膜材料对被分离物质具 有一定溶解能力，在膜的一侧被溶解，然后有一定溶解能力，在膜的一侧被溶解，然后 从膜的一侧扩散到另一侧，再离开膜。从膜的一侧扩散到另一侧，再离开膜。 反渗透、气体分离反渗透、气体分离 典型膜分离过程典型膜分离过程 新型膜分离过程新型膜分离过程 膜萃取膜萃取 膜蒸馏膜蒸馏 膜吸收膜吸收 膜反应器膜反应器 新型膜分离过程新型膜分离过程 （2） 微滤技术应用领域微滤技术应用领域 微粒和细菌的过滤。微粒和细菌的过滤。 可用于水的高度净化、食品和饮料的除菌可用于水的高度净化、食品和饮料的除菌 、药液的过滤、发酵工业的空气净化和除菌、药液的过滤、发酵工业的空气净化和除菌 等。等。 微粒和细菌的检测。微粒和细菌的检测。 微虑膜可作为微粒和细菌的富集器，从而微虑膜可作为微粒和细菌的富集器，从而 进行微粒和细菌含量的测定。进行微粒和细菌含量的测定。 微滤在啤酒啤酒生产中的应用微滤在啤酒啤酒生产中的应用 ： 熟啤的过滤熟啤的过滤 3m膜、膜、 1m膜过滤膜过滤 生啤的过滤生啤的过滤 气体无菌过滤气体无菌过滤 生产用水的过滤生产用水的过滤 0.22m膜终端过滤膜终端过滤 中空纤维状超滤膜的特点中空纤维状超滤膜的特点:直径小，强度高直径小，强度高 ，不需要支撑结构，管内外能承受较大的压，不需要支撑结构，管内外能承受较大的压 力差。力差。 制备超滤膜的材料主要有聚砜、聚酰胺、制备超滤膜的材料主要有聚砜、聚酰胺、 聚丙烯腈和醋酸纤维素等。聚丙烯腈和醋酸纤维素等。 （2） 超滤技术应用领域超滤技术应用领域 超滤技术主要用于含分子量超滤技术主要用于含分子量500500,000 的微粒溶液的分离，是目前应用最广的膜分的微粒溶液的分离，是目前应用最广的膜分 离过程之一，它的应用领域涉及化工、食品离过程之一，它的应用领域涉及化工、食品 、医药、生化等。、医药、生化等。 纯水的制备纯水的制备 超滤技术广泛用于水中的细菌、病毒和其超滤技术广泛用于水中的细菌、病毒和其 他异物的除去，用于制备高纯饮用水、电子他异物的除去，用于制备高纯饮用水、电子 工业超净水和医用无菌水等。工业超净水和医用无菌水等。 汽车、家具等制品电泳涂装淋洗水的处理汽车、家具等制品电泳涂装淋洗水的处理 汽车、家具等制品的电泳涂装淋洗水中常汽车、家具等制品的电泳涂装淋洗水中常 含有含有 1 2的涂料（高分子物质），用超的涂料（高分子物质），用超 滤装置可分离出清水重复用于清洗，同时又滤装置可分离出清水重复用于清洗，同时又 使涂料得到浓缩重新用于电泳涂装。使涂料得到浓缩重新用于电泳涂装。 食品工业中的废水处理食品工业中的废水处理 在牛奶加工厂中用超滤技术可从乳清中分在牛奶加工厂中用超滤技术可从乳清中分 离蛋白和低分子量的乳糖。离蛋白和低分子量的乳糖。 果汁、酒等饮料的消毒与澄清果汁、酒等饮料的消毒与澄清 应用超滤技术可除去果汁的果胶和酒中的微应用超滤技术可除去果汁的果胶和酒中的微 生物等杂质，使果汁和酒在净化处理的同时保生物等杂质，使果汁和酒在净化处理的同时保 持原有的色、香、味，操作方便，成本较低。持原有的色、香、味，操作方便，成本较低。 在医药和生化工业中用于处理热敏性物质在医药和生化工业中用于处理热敏性物质 分离浓缩生物活性物质，从生物中提取药物分离浓缩生物活性物质，从生物中提取药物 等。等。 造纸厂的废水处理造纸厂的废水处理 水果保鲜系统：水果保鲜系统： 5、渗透蒸发、渗透蒸发 （ ervaporation，pv），又称渗透汽化），又称渗透汽化 (1) 渗透蒸发的特点渗透蒸发的特点 一次分离度高一次分离度高 、操作简单操作简单 、无污染无污染 、低能耗低能耗 。 渗透蒸发膜的四个指标：渗透蒸发膜的四个指标： 选择性、渗透通量、机械强度、稳定性选择性、渗透通量、机械强度、稳定性 乙醇乙醇 -水水分离，采用分离，采用 pva-pan-pet透水复合膜透水复合膜 (2)渗透蒸发应用领域渗透蒸发应用领域 渗透蒸发分离技术主要用于分离渗透蒸发分离技术主要用于分离: 分子大小近似的液体混合物分子大小近似的液体混合物（如苯（如苯 -环己烷环己烷 、苯乙烯、苯乙烯 -乙苯等）；乙苯等）； 普通蒸馏难以分离的近沸、共沸混合物普通蒸馏难以分离的近沸、共沸混合物（如（如 水水-乙醇、水乙醇、水 -异丙醇、水异丙醇、水 -甲乙酮等）；甲乙酮等）； 同分异构体混合物同分异构体混合物（如邻位、对位、间位二（如邻位、对位、间位二 甲苯等）以及旋光异构体混合物等甲苯等）以及旋光异构体混合物等 (2)渗透蒸发应用领域渗透蒸发应用领域 无水乙醇生产；无水乙醇生产； 醇类和水的分离，醇类和水的分离，乙醇、异丙醇、正丙醇、叔乙醇、异丙醇、正丙醇、叔 丁醇、乙二醇等，可处理到含水量丁醇、乙二醇等，可处理到含水量0.1%； 工业废水处理中去除少量有毒有机物工业废水处理中去除少量有毒有机物(苯、酚苯、酚 、含氯化合物等、含氯化合物等 )； 从溶剂中脱除少量水或从水中除去少量有机物从溶剂中脱除少量水或从水中除去少量有机物 ； 石油化工工业中用于烷烃和烯烃、脂肪烃和芳石油化工工业中用于烷烃和烯烃、脂肪烃和芳 烃、近沸点物、同系物、同分异构体等的分离。烃、近沸点物、同系物、同分异构体等的分离。 2003年年3月，月， 我国第一套自行设计、建造我国第一套自行设计、建造 ，拥有完全自主知识产权的渗透汽化系统在，拥有完全自主知识产权的渗透汽化系统在 广州某公司成功开车。广州某公司成功开车。 年处理能力为年处理能力为 2000吨的异丙醇溶剂回收吨的异丙醇溶剂回收 系统。系统。 6、蒸馏膜、蒸馏膜 用憎水多孔膜分割水溶液，以温差作为驱用憎水多孔膜分割水溶液，以温差作为驱 动力，可使水分子不透过膜而水蒸气分子能动力，可使水分子不透过膜而水蒸气分子能 在蒸气压差驱动下透过膜冷凝而达到蒸馏的在蒸气压差驱动下透过膜冷凝而达到蒸馏的 目的。目的。 蒸馏不必在水的沸点进行，因而可以利用蒸馏不必在水的沸点进行，因而可以利用 太阳能、温泉、锅炉和柴油机等的冷却用水太阳能、温泉、锅炉和柴油机等的冷却用水 等热源。等热源。 如同时在下游侧减压，则为减压膜蒸馏，如同时在下游侧减压，则为减压膜蒸馏， 可以提高产水速率。可以提高产水速率。 减压膜蒸馏也可用于果汁的浓缩，避免高减压膜蒸馏也可用于果汁的浓缩，避免高 温浓缩时风味的变劣。温浓缩时风味的变劣。 7、萃取膜、萃取膜 （固定膜界面萃取（固定膜界面萃取 ） 在一般液在一般液 -液萃取过程中需要搅拌使液滴分液萃取过程中需要搅拌使液滴分 散，增加萃取界面面积，这就增加了动力消散，增加萃取界面面积，这就增加了动力消 耗。耗。 如在多孔膜两侧流过被萃取相和萃取相，如在多孔膜两侧流过被萃取相和萃取相， 则可以经过微孔进行萃取；则可以经过微孔进行萃取； 如果将萃取相固定在多孔膜中，一侧流过如果将萃取相固定在多孔膜中，一侧流过 被萃取相，另一侧流过反萃相，则萃取和反被萃取相，另一侧流过反萃相，则萃取和反 萃将可同时连续进行。萃将可同时连续进行。 8、膜反应器、膜反应器 在膜反应器中将反应和分离相结合，通过在膜反应器中将反应和分离相结合，通过 在反应的同时将反应产物或产物之一分离出在反应的同时将反应产物或产物之一分离出 去，即可影响反应的平衡向产物方向移动，去，即可影响反应的平衡向产物方向移动， 从而增加反应的单程收率。从而增加反应的单程收率。 在反应系统中引入膜技术，实现强化反应在反应系统中引入膜技术，实现强化反应 过程的目标。过程的目标。 1、什么是膜分离？与传统的分离操作相、什