膜和膜的应用

膜和膜的应用第一节膜科学技术发展概况第2页,共71页，2024年2月25日，星期天市场：1990年，国际膜市场达72.92亿美元，分离膜的总产值达22亿美元，年递增12~14%。50年代，开发了微滤膜和离子交换膜；60年代，反渗透膜；70年代，超滤膜；80年代，气体分离膜；90年代，渗透汽化膜；发展史：膜性能要求：具有高通量和高选择性及膜耐用长寿命，易清洗等特点。（1）均质膜通过膜材料改性的途径得到第3页,共71页，2024年2月25日，星期天如：将三甲基硅基团引入聚烯烃、聚炔烃分子中，使高分子自由体积增加，提高气体的透过速率；将聚三甲硅基丙炔，聚4-甲基戊烯表面进行氟化或氟磺化处理，可使氧、氮的透过选择性大大提高。（2）多孔膜用于微滤超滤的多孔不对称膜，表面引入荷电基团，表面化学改性，表面等离子体处理等，可改善表面浓差极化和膜的污垢清洗问题。以铝箔阳极氧化可制得贯通型对称膜和不对称膜表面孔隙率最大，孔径分布最窄的膜。利用热致相转换法可制备不对称膜，如聚乙烯，聚丙烯，聚酯等常温下不熔的结晶性高分子材料。（3）杂化膜过程的发展A：膜分相和膜萃取已有实际应用，膜蒸馏由于通量太低需进一步发展。第4页,共71页，2024年2月25日，星期天B：膜生物反应器和膜催化得到迅速发展；C：亲和层析可用于分离纯化生物制品D：集成膜日益受到重视，如发酵制备无水乙醇时需要用膜反应器，膜蒸馏，分馏及渗透气化等。（4）膜的种类A：展开膜：指展开在表面上的一层物质，其厚度达到重力效应可忽略那样薄得程度。B：单分子膜：其厚度仅有一个分子程度的膜；C：双重膜：具有两个独立界面，各有其特征的表面张力，并有足够的厚度，但与块体比较又是薄层状的。第5页,共71页，2024年2月25日，星期天第二节液体基底表面的展开膜第6页,共71页，2024年2月25日，星期天在水面上加入一滴不相容或微溶于水的某一纯液体，可能发生几种情况：液滴迅速展开成膜；液滴不铺展；起始铺展，而后又收缩成滴。1、铺展系数之液面应用液滴在水面上，铺展系数：设：θ=φ≈0，则：

当A,B两液体有少量互溶时，两液体的表面张力会发生改变，铺展系数也随着微溶而变化。第7页,共71页，2024年2月25日，星期天例：纯异戊醇（B):微溶水后：纯水（A)微溶异戊醇（B)后：则起始：最后：

起始异戊醇迅速地铺展在水面上，随着互微溶至饱和，微溶水的异戊醇又迅速收缩成似透镜状。第8页,共71页，2024年2月25日，星期天2、铺展系数的测定与界面张力及粘附功关系（1）“活塞膜”技术：以一不溶性，不挥发的表面活性化合物，如硬脂酸，软酯酸等在水面上形成单分子层吸附膜，作为传递表面膜压的功能性膜技术。（2）铺展压测定

将一小滴欲测铺展压或铺展系数的液体置于“活塞”单分子膜遮盖面中心，成为一漂浮的透镜。随此液体透镜铺展而产生的压力，通过“活塞膜”传递到膜天平的漂浮阻挡栏。利用膜天平上既可滑动又能固定的阻挡栏，调节自身与漂浮阻挡栏之间的面积，待测液体薄透镜随之收缩或扩展，在15~30秒内不会引起漂浮阻挡栏所连接的膜天平指示膜压力变化。此时，观察到的恒定压力即为该液体在水上的铺展压。（3）铺展系数和铺展压纯液体b在纯液体a上铺展时的铺展系数称为起始铺展系数Sb/a。铺展压为起始铺展压Fb/a。Sb/a=Fb/a第9页,共71页，2024年2月25日，星期天当b中饱和了a，a中饱和了b时，铺展系数称为最后铺展系数，铺展压为最后铺展压。其中：纯液体a的表面张力；吸附单分子层“活塞膜”覆盖a所呈现的较低表面张力；

当固定阻挡栏沿盛液体a的槽滑动，使固定于漂浮的阻挡栏间所限制的面积从A减少到A-△A，液体b薄透镜也要减少△A，表面自由能将减少。液体b与a间的界面也会减少△A。其界面自由能减少。液体a的气-液界面由于固定的阻挡栏移动而使表面自由能增加。应用热力学第二定律第10页,共71页，2024年2月25日，星期天或：由于：所以：液体b与a的可逆粘附功：液体的可逆内聚功：第11页,共71页，2024年2月25日，星期天所以：（4）离心旋转水平管法测表面张力此法适用于较高粘度液体或高分子熔融液体物系表面张力测定。

方法：将一密度较大的液滴α注入装有较小密度的液体β的旋转水平管中央，当水平管旋转时，液滴α开始变形。当旋转所产生的离心力和α，β两液体间界面张力平衡时，液滴沿着旋转轴方向变形的程度与水平管每分钟旋转数和界面张力大小有关。界面张力与两液体密度差△ρ，旋转角速度ω以及液滴形状之间有以下关系：第12页,共71页，2024年2月25日，星期天式中：r:旋转水平管中变形液滴α同体积的原液体α之球半径。液滴α变成圆柱体的1/2主轴长度。第13页,共71页，2024年2月25日，星期天第三节单分子膜第14页,共71页，2024年2月25日，星期天1、单分子膜的制备与膜压力（1）制备方法：

将长链烷基或含双键烯基（R)且带极性基团（x)的有机物，溶于挥发性非极性有机溶剂制成稀溶液。滴加于大面积的水面上完全铺展，待溶剂挥发完全后即在水面上形成单分子膜。（2）表面膜压

由于铺开单分子层不容物质后，使基底液体表面张力降低，从而产生与纯水表面的二维压力差。

表面膜压π的大小与水和有机物的化学性质，温度，所加有机物量及被覆盖面积大小有关。第15页,共71页，2024年2月25日，星期天（3）表面活性物质RXR≥C10以上的烃基憎水端X：-OH,-COOH,-CN,-CONH2,-COOR’等；或-SO3-,-OSO3-,-NR3+等（4）测定单分子膜形成过程的方法方法一：

将盛水浅盘边缘涂上憎水的惰性物质（如石蜡），加入的水略高于浅盘边界。然后滴加可形成表面膜的物质。通过平移调节的屏障有效地截住表面膜，使表面膜物质在水表面上尽量铺展。随后平移屏障使膜面积缩小，表面能逐渐降低，表面张力越来越小。Π越来越大。最后形成紧密排列的单分子层。第16页,共71页，2024年2月25日，星期天方法二：

用一对wilhelmy板与天平两臂相连，其中一板竖着插入水表面，另一竖立板与单分子膜接触，两板间放置一屏障。将液体表面分隔成二部分。由于其中一部分有单分子膜使屏障两侧的表面张力不同。表面张力高的一侧对竖立平板拉力较大，使竖板进入水中的部分较多。从一对竖立平板形成的倾斜程度，可以得出两侧表面张力的差值或膜压的大小。

设屏障两侧竖板的截面长l和厚度t相同，平衡后与液体的接触角θ也相等，则两竖立平板间受力关系为：第17页,共71页，2024年2月25日，星期天2、表面膜的测定与langmuir膜天平膜天平如示意图：

天平的一臂固定在漂浮水面上的平卧屏障上，此屏障两端用憎水细丝与浅盘两边内侧相连，以阻挡表面膜分子越过屏障跑到洁净表面一方。另一可移动的屏障向平卧屏障近移压迫单分子膜时，使膜占面积减小，引起表面膜在漂浮的平卧屏障上产生压力变化。促使和它以钢丝连结的扭丝扭转一定角度。根据扭丝所扭转的角度计算其压力。

设移动屏障的边长为l，作用于屏障单位长度上的膜压为，如果屏障移动dZ距离，则表面膜体系的表面自由能增加dG，它必等于屏障移动dZ距离所作的可逆功，即：第18页,共71页，2024年2月25日，星期天3、表面电势和表面粘度（1）表面电势

液体表面上膜展开前后的表面电势差△V，主要是由展开的单分子膜引起的。

设表面膜的每单位面积中有N个有效偶极矩μ，根据Helmholtz二平板电容器，表面电势差为：式中：d:二平板的距离；

σ：极间电荷密度；

μ：展开膜内分子偶极矩

θ：膜内分子偶极的实际方向与垂直方向的倾斜角。第19页,共71页，2024年2月25日，星期天

成膜分子易被表面电荷和基底界面天然势场所极化，MacDonald和Barlow提出更完全的公式：式中：α：吸附质分子极化率；F:界面天然的表面电势。q:吸附质电荷密度；表面电势测定方法：方法一：应用涂有如钋、镅类α发射体的金属探针方法二：应用音频震荡器所输出的音频电流。第20页,共71页，2024年2月25日，星期天（2）表面粘度表面粘度可分为表面膨胀粘度和切变粘度。

膜的表面粘度ηe与单位时间内面积变化率及其表面张力改变值（即膜压）的关系为：

促使表面上单元长度为l的二单元线间发生以速度梯度的相对移动，所需要施加的力为：：膜切变粘度。第21页,共71页，2024年2月25日，星期天Harkin导出了在窄缝表面粘度计中膜粘性流动公式：式中：窄缝长度；窄缝宽度；基底溶液的溶剂粘度；溶剂的拖戈作用改正项；窄缝两侧各移动屏障施加在膜上的二维静压差；在二维静压差下测得膜流过窄缝的面积流速。第22页,共71页，2024年2月25日，星期天第四节单分子膜的各种状态第23页,共71页，2024年2月25日，星期天单分子膜可分为气态膜；液体扩展膜；液体凝聚膜和固态膜1、气态膜

在气态膜中表面活性物质几乎是平卧在表面上的，它有一个πl2面积或更大一些的活动范围（l为链烃的长度）。当表面压很低时，膜内分子服从理想气体行为：以不同的正链烃羧酸同系物，πσ/kT-π作图：（1）对短链羧酸，其在水中溶解度大，可用Gibbs方程描述；（2）对长链羧酸，低压时，类似于实际气体偏离理想气体，产生负偏差，这是由于分子间相互吸引力大所致；第24页,共71页，2024年2月25日，星期天（3）在高压时，出现正偏差，这是分子体积因素所致。在二维体系中表面上的分子占有一定的面积。用vanderwaals形式进行修正：b：相当于分子截面积σ0.2、液体扩展膜与二维体系的“气”-液平衡

液体扩展膜是一种由气态膜压缩经气-液平衡得到的液态表面膜。含有高极性基团的长链化合物如酸、醇、胺、腈等非水溶性表面活性剂可制备L1态膜。第25页,共71页，2024年2月25日，星期天例：十四烷醇形成的表面膜（1）当π很低时，为气态膜；（2）L1-G直线：相当于二维体系中的

“气液平衡”，15℃时，其π=0.11达因/cm。（3）液体扩展膜L1:π增加σ减小。由L1线段延伸至π

→0，σ=45~55Å2，表明液体扩展膜中有些分子平躺，有些分子站立。

Mittelmann按液体扩展膜中分子的可能构型，提出了一个对理论解释每个分子平均面积的模型。第26页,共71页，2024年2月25日，星期天设分子中每一构型的能量为：式中：分子躺在底液表平面上的链长，它可以等于或大于分子碳氢链长l;链的宽度；对抗膜压所作的功；-CH2-链对底液的粘附功旋转一个C-C键所需做的功。表面膜中每中分子之构型的几率为：第27页,共71页，2024年2月25日，星期天每个分子的平均面积为：注：σ极：极性基团的截面积在L1-G“气-液平衡”时，有：式中：蒸发潜热，即液体扩展膜分散为气态膜所需能量；L1和G相得摩尔面积之差值（cm2/mol)第28页,共71页，2024年2月25日，星期天3、液体凝聚膜和过度态膜由液体扩展膜进一步压缩而转变成的膜。过渡态（中间态）膜（I):

从液体扩展膜变成液体凝聚态前的一种有规律的变化状态。可能是由于分子间混乱地运动而引起相互缠绕和勾接变成整齐直立的单分子膜需经过一个“脱钩解缠”的过渡阶段。第29页,共71页，2024年2月25日，星期天液体凝聚态膜L2:

Π-σ曲线外推至Π→0时，σ=25Å2，分子所占据面积与链长短关系越来越小，L2膜中分子已直立排列，但极性基团会因氢键作用而夹带水分子，形成氢键的程度或夹带水分子的多少会影响液体凝聚膜压缩性大小。液体凝聚膜的Π-σ关系近于直线关系。4、固态膜与“临界”膜压

固态膜为一种密度大，难压缩的坚硬单分子层表面相。其Π-σ关系线段因压缩性更小而几乎平行于Π坐标。由Π→0得零膜压所得的分子截面积σ=20Å2，它与链长无关，同时与分子极性端基的性质也无关。这是由于表面活性物质分子几乎是完全垂直于水面所致第30页,共71页，2024年2月25日，星期天固态膜线起始部分状态方程为

对固态膜施压至一定时，不受其影响。此时的膜压称为平衡膜压，即。若再施加压时则引起表面膜破坏，此时的压力称为“临界’膜压。分子数据的计算：膜中有机化合物的分子数“临界”膜压：第31页,共71页，2024年2月25日，星期天第五节累积膜与混合膜第32页,共71页，2024年2月25日，星期天

利用各种成膜物质，通过分子因次控制其厚度和排布，从而得到具有高度顺序结构的有机或高分子功能性超薄膜。

如将酶和抗体蛋白制成的累积膜具有分子识别功能，可用于生物传感器和集成电路的开发研究；卟啉环蛋白质膜可作为开关元件等生物电子学元件方面的研究。1、累积膜的类型及其形成

将一固体基片越过膜面垂直地上下移动，使得单分子膜逐次转移到固体基片表面，可获得各种不同类型的累积膜。（1）Y型膜：疏水基与疏水基或亲水基与亲水基相对着吸引的双分子层重叠结构，称为Y型膜。（2）x型膜：固体基片只在下降时，单分子层膜以疏水基附着转移而形成的膜称x型膜。（3）z型膜：固体基片只在上升时，单分子膜以亲水基附着转移而形成的膜称为z型膜。第33页,共71页，2024年2月25日，星期天第34页,共71页，2024年2月25日，星期天形成条件：若前进角是钝角而后退角为锐角，则形成Y型膜；若前进角是钝角而后退角也为钝角，则形成X型膜；若前进角是锐角而后退角也为锐角，则形成Z型膜；2、混合膜和杂化复合累积膜（1）混合膜：

若二种相似的长链脂肪酸、醇或胺混合组成理想混合物，在水面上形成单分子层膜转移至固体基片上，则可形成混合膜。（a）面积收缩现象：

两种不同亲水基团的长链碳氢化合物，因分子间吸引力或形成化学计量化合物，混合膜的膜面积比各纯物质膜的面积之和减小的现象。如：反-9-十八烯醇与十六醇的1：1混合物可形成较高的稠密膜，出现收缩现象。第35页,共71页，2024年2月25日，星期天（b）面积扩张现象：混合膜所形成的膜面积大于此两组分各自膜面积之和的现象。如顺式油醇与十六醇的1：1混合物。混合膜自由能变化：膜具有理想混合性质所需要足够低的表面膜压。（2）杂化复合累积膜：

不同种类单分子膜交替重叠形成杂化复合累积膜。即固体基片越过单分子膜1下降，得到单分子膜1覆盖的膜，再穿越单分子膜2上升时，又将单分子膜2扩展到膜1表面上，并以各自的亲水基团相对，得到杂化Y型膜。第36页,共71页，2024年2月25日，星期天3、面接触吸附法制备累积膜方法一：

将水平疏水性固体基片平静地置于单分子膜上进行接触，且在其两侧插入分隔浮板之后提起基片，单分子膜在此情况下没有流动，重复操作，可得理想X型膜。第37页,共71页，2024年2月25日，星期天方法二：

将水平轴的圆筒状固体表面侵入覆盖单分子膜的水面，让其旋转，单分子膜可连续地转移到圆筒固体表面上，形成累积膜。

各种类型累积膜的稳定性与端基化学结构有关。此外与处于亚稳状态膜在累积过程中或累积之后发生重排有关。

若表面压较高，则易得到Y型膜；表面压较低，易得到X型膜。长链脂肪酸及其二价金属盐或甲酯和长链醇可形成长的面距离Y型复合结构膜；脂肪酸的乙基和乙烯基酯等易形成单层结构的X型膜。第38页,共71页，2024年2月25日，星期天4、高分子累积膜具有能量和各种信息转换功能的有机超薄膜属于累积膜。

在分子电子学元件上，附着高分子累积膜或通过累积膜组成中的单体发生聚合反应形成高分子化膜，以提高元件的机械强度和耐热稳定性。

在制造超大规模集成电路平板印刷技术中的高分辨能力保护膜，不仅要引入合适功能性原子基团，还要引入聚合性基团两亲溶剂性分子的累积膜。

如：含丁二炔（HC≡C-C≡C-)基团的长链脂肪酸累积膜聚合后成为共轭π电子体系而在表面排布固定化。由此得到非线性光学材料等。第39页,共71页，2024年2月25日，星期天第六节富有生理意义的表面膜第40页,共71页，2024年2月25日，星期天1、生物膜

生物细胞大多为膜的结构。如核膜、线粒体内膜和外膜、高尔基体复合体膜、溶酶体膜、过氧物酶体膜、细胞膜等。细胞膜的脂为磷酸酯衍生物，分子结构为：

它们首先形成不溶性混合单分子层，然后由双分子的疏水基团尾对尾定向构成复层结构，即类脂双分子层。第41页,共71页，2024年2月25日，星期天生物膜损伤学：老年细胞膜受到游离基“损害”，导致溶酶体的稳定性下降，引起细胞自溶与死亡，人就衰老致死。

如超氧离子游离基；羟基游离基；过氧游离基；有机游离基等。这些游离基是新陈代谢活动中产生的。也有从空气中进入人体的臭氧产生的。自由基：天然氧化剂和抗氧酶：

使活性高的游离基转变成惰性化合物而吸收或排泄，不再危害细胞。年龄增加，抗氧功能衰退，过氧离子游离基对不饱和脂肪酸发生过氧化，引起分子间一系列连锁反应，使该部位失去某些生理功能，出现动脉粥样化。第42页,共71页，2024年2月25日，星期天生物膜再造：按照磷脂闭合板状胶囊的生理膜模型，可仿制人造膜。方法一：

以直径约2nm小孔的聚四氟乙烯膜浸渍在水溶液中，其小孔部位涂以磷脂葵烷溶液后，形成薄膜，亦称黑膜。方法二：

将磷脂有机稀溶液的溶剂蒸除，所得胶囊用超声波进一步处理，使它分散成双分子层胶囊，所组成的闭合膜亦称脂质体。2、蛋白质膜

蛋白质在基底水相表面铺展形成的膜结构复杂，其分子链构型呈伸展β线性构型和天然形式的α-螺旋结构。第43页,共71页，2024年2月25日，星期天从麸元，蛋白元和聚-γ-甲基-谷氨酸酯的实验结果得到，当膜压很低时：式中：A:蛋白质表面吸附所占表面除以表面吸附着蛋白质的摩尔数。分别为表面吸附蛋白质和表面溶剂的摩尔数。根据Flory-Huggins溶液晶格模型：

设蛋白质有n个氨基酸的链节，每个链节的柔性以Z表示，若一个链节密堆面积为b，平面面积为σ。当表面压不大时，蛋白质处于自然状态，其柔性长链即不会完全伸展，也不会完全卷曲。第44页,共71页，2024年2月25日，星期天若表面压增加，则处于卷曲紧缩状态，降低了构型熵。Z，b对膜压π的函数关系为：对蛋白原，Z=2.015;Π=0.05~0.35达因/厘米第45页,共71页，2024年2月25日，星期天第七节功能高分子膜第46页,共71页，2024年2月25日，星期天

功能高分子膜由高分子制成，其表面含有特殊功能基团，如具有选择透气或透液、选择性透离子、选择性催化等功能。1、离子交换膜种类：异相膜、半均相膜、均相膜和复合膜等异相膜：离子交换树脂粉末与胶黏剂共混炼后热压成膜。均相膜和半均相膜：由含浸法、刮浆法和流延法制成，均相膜中交换基分布均匀，半均相膜介于均相膜和异相膜之间。按功能基团分类，有阳离子交换膜和阴离子交换膜。第47页,共71页，2024年2月25日，星期天阳离子交换膜结构有：强酸阳离子交换膜弱酸阳离子交换膜阴离子交换膜结构有：强酸阴离子交换膜弱酸阴离子交换膜第48页,共71页，2024年2月25日，星期天离子交换膜特性：

溶液湿润性好，选择性好，迁移数数高，化学稳定性，热稳定性好，膜电阻低，机械强度高，交换容量大，容易再生，成本低等。（1）电化学工艺的电槽隔膜

使用阳离子交换膜为隔膜的金属阳极槽。离子交换膜为全氟高聚物上接上磺酸基制成。可直接得到40%左右高浓度和高纯度的氢氧化钠电解液，且隔膜寿命长。（2）提取或提纯用渗析膜采用阳离子交换膜和阴离子交换膜并用的二级电渗析装置。

原理：利用作为两侧溶液间隔膜的阳离子交换膜或阴离子交换膜分子结构形成的微孔通道，浸润的溶液界面区分别产生扩散层的Zeta电位ζ。当电场中微孔-溶液界面扩散层ζ为负值时，水向负极流动，若ζ为正时，水则向正极流动。第49页,共71页，2024年2月25日，星期天通过微孔的体积流量式中：r:膜中孔道半径；X：电场施加的场强（伏/米）η：溶液粘滞度ε0εr：分别为真空介电常数和溶液的相对介电常数渗析膜适用领域：（1）处理核能利用中所排放的低放射性废水和电镀工业废水，回收放射性元素如Cs137，Na24，Np239等；电镀液中的Ni，Ag，Cu等。第50页,共71页，2024年2月25日，星期天（2）合成或天然的有机物提纯和纯化。如海带提碘后提取甘露醇；生物发酵液中提取柠檬酸等。（3）利用异相阳、阴离子交换膜电渗析装置浓缩淡卤水等。2、高分子分离膜

由高分子制成，能从气体、有机液体溶液等混合物中分离某些特定物质的膜。该膜要求具有高透过率、选择性和分离效果好。如：再生纤维素制成的分离膜，能选择性透过尿素、尿酸和肌酸酐等而不透析蛋白质。可用于制造人工肾。醋酸纤维素膜，可选择性使某些气体透过，或具有作为溶液反渗透膜制取高纯水的功能。第51页,共71页，2024年2月25日，星期天3、高分子多孔膜表面的催化功能

许多酸或碱催化的有机反应，可用酸性或碱性离子交换树脂多孔膜来代替。如：AmberliteIR-4B催化醛与氰基乙酸缩合反应：AmberliteIR-120催化高级脂肪酸或苯甲酸与二甘醇的酯化反应：聚苯乙烯磺酸催化丁醛-乙二醇的反应：第52页,共71页，2024年2月25日，星期天4、膜表面高分子的配位与吸附功能

具有功能基团的高分子，可在几种金属离子混合液中选择性地与一些金属离子配位形成配位聚合物或螯合物，也可选择性地吸附某些金属离子。如1）聚丙烯酰胺分子C-N上的N与Cu2+离子生产内轨型络合物。（2）壳聚糖与氯化铜或氯化镍形成壳聚糖-CuCl2和壳聚糖-NiCl2配位结构物，也能吸附铜离子和镍离子。（3）聚苯乙烯骨架上引入EDTA即成螯合树脂，对二价金属离子具有选择性的螯合性能。第53页,共71页，2024年2月25日，星期天以聚苯乙烯为母体进行重氮化，再与水杨酸偶联合成螯合树脂：能用于海水中含铁，铜的定量分析。第54页,共71页，2024年2月25日，星期天第八节膜的反应第55页,共71页，2024年2月25日，星期天

膜的化学反应指组成膜的物质与接触膜的相中某物质间所发生的化学反应。反应与一般的化学反应的影响因素有关，也与膜物质分子的取向密切相关。1、膜中反应动力学

若膜中物质a与接触相物质反应生成产物b，设于a，b质量数有关的某种物质数值q具有加和性，则：：各自代表1mola,b所具有某种性质的数值：各自代表1mola,b的摩尔数若起始反应时a的量为摩尔，1mola生成1molb，则：第56页,共71页，2024年2月25日，星期天两边乘以，且令：则：代表膜中a起始量摩尔和a完全变为b所呈现某性质的总数值。（1）恒膜压下产物溶解的膜反应单分子膜体系在恒温恒压下，膜面积A随摩尔数变化。由于产物B溶于接触相中，则反应终点时，第57页,共71页，2024年2月25日，星期天反应可用一级动力学方程表示：（2）恒膜压下产物参与膜组成的反应

产物b留在膜中，若膜面积具有加和性，则膜面积为a，b所占面积之和，则：第58页,共71页，2024年2月25日，星期天(3)膜总面积恒定膜压变化的反应对于单分子层气态或固态凝聚膜：当膜总面积恒定时，膜压与膜组分摩尔量改变而改变，具有加和性，则：（4）膜压恒定膜电势改变的反应

液面上极性分子组成的膜具有膜电势性质，它与膜面积成函数关系，即：第59页,共71页，2024年2月25日，星期天膜电势差：令：则面积为A的单分子膜中a的摩尔数为：于是：A△A与A一样，具有加和性，则：第60页,共71页，2024年2月25日，星期天2、膜反应示例（1）酯类（RCOOR’)膜水解反应

当R’为短链时，如乙基压缩成固态膜，被挤到溶液的表层下面，酯基被屏蔽，不易受到OH-的攻击，水解速度慢。

当R’为长链时，R’伸向空间，使酯基完全暴露在溶液表层下面，易受OH-攻击，水解速度快。（2）α-甘油单硬脂酸酯水解反应

在碱性水溶液表面，α-甘油单硬脂酸酯单分子膜发生水解反应，产物甘油溶于水溶液，皂化形成的硬脂酸阴离子参与反应物α-甘油单硬脂酸酯组成混合膜，反应遵守：第61页,共71页，2024年2月25日，星期天（3）光化学反应

甘油三棕榈酸与顺式硫靛染料混合膜在紫外光照射下反应，顺式硫靛染料发生异构化生成反式硫靛染料，使混合膜面积显著下降。第62页,共71页，2024年2月25日，星期天第九节膜技术的应用