膜的分類(lèi)（一）

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膜的分類(lèi)（一）

[db:作者] / 2023-02-08 00:00

10.2.1功能膜的分類(lèi)

10.2.1.1按膜斷面的物理形態(tài)分類(lèi)

根據(jù)分離膜斷面的物理形態(tài)不同，可將其分為對(duì)稱(chēng)膜，不對(duì)稱(chēng)膜、復(fù)合膜、平板膜、管式膜、中空纖維膜等。這種劃分的依據(jù)主要來(lái)自于不對(duì)稱(chēng)膜的底層和皮層的孔尺寸大小不同，即從底層到皮層的膜本體中存在膜孔徑的梯度分布。其中的一表面層甚至兩表面層可能沒(méi)有孔。也有可能是有不同的材料構(gòu)成的所謂復(fù)合膜(Composite membranes)。對(duì)稱(chēng)膜包括無(wú)孔的致密膜(Homogeneous membrane)和多孔對(duì)稱(chēng)膜。所有膜裝置的核心部分是膜組件，即按一定技術(shù)要求組裝在一起的組合構(gòu)件。膜組件主要可分為毛細(xì)管中空纖維式、平板-框式和卷式膜組件。膜的基本形態(tài)種類(lèi)如圖10-1所示。

10.2.1.2按膜的材料分類(lèi)

不同的膜分離過(guò)程對(duì)膜材料有不同的要求。反滲透膜材料必須是親水性的(hydrophilic)，氣體分離膜的透量與有機(jī)高分子膜材料的自由體積和內(nèi)聚能的比值有直接關(guān)系；膜蒸餾要求膜材料是疏水性的(hydrophobic)；超濾過(guò)程膜的污染取決于膜材料與被分離介質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)。因此，根據(jù)不同的膜分離過(guò)程和被分離介質(zhì)，選擇合適的聚合物作為膜材料是制備分離膜首先必須解決的。目前研究和已經(jīng)應(yīng)用的聚合物分離膜材料大致可歸納為以下幾類(lèi)，見(jiàn)表10-1。

圖10-1 膜的基本形態(tài)種類(lèi)

表10-1膜材料的分類(lèi)

纖維素是資源最為豐富的天然高分子，由于纖維素的分子量很大，在分解溫度前沒(méi)有熔點(diǎn)，且不溶于通常的溶劑，無(wú)法加工成膜，必須進(jìn)行化學(xué)改性，生成纖維素醚、纖維素酯才能溶于溶劑。纖維素本身也能溶于銅氨溶液和二硫化碳等，在紡絲和成膜過(guò)程中又回復(fù)到纖維素的結(jié)構(gòu)，故稱(chēng)為再生纖維素。再生纖維素目前主要應(yīng)用在微濾膜和超濾膜；硝酸纖維素(CN)主要應(yīng)用在微濾膜；醋酸纖維素(CA)和三醋酸纖維素(CTA)是制備不對(duì)稱(chēng)反滲透膜的基本材料，CA也被制備為卷式超濾組件以及微濾膜；乙基纖維素(EC)主要被應(yīng)用在分離O2、N2的中空纖維膜中。

聚砜是一類(lèi)耐溫高強(qiáng)度工程塑料，具有優(yōu)異的抗蠕變性能，故自雙酚A型聚砜(PSF)出現(xiàn)后，即繼CA后發(fā)展成為目前最重要、生產(chǎn)量最大的合成膜材料，它可用作微濾膜和超濾膜，更可用作復(fù)合膜的底膜，用于RO和氣體分離膜。

聚酰胺類(lèi)主要有脂肪族聚酰胺(RO膜、氣體膜的支撐底布和微濾膜)、聚砜酰胺(超濾膜和微濾膜材料)、芳香族聚酰胺(第二代RO膜)、交聯(lián)芳香聚酰胺(RO膜)；聚酰亞胺是一類(lèi)耐高溫、耐溶劑、耐化學(xué)品的高強(qiáng)度、高性能材料。聚酰亞胺在氣體分離方面表現(xiàn)出有較高的選擇透過(guò)性，但氣體的透過(guò)速率很慢，缺乏實(shí)用價(jià)值。大量結(jié)構(gòu)與透氣性能間關(guān)系的研究總結(jié)出在結(jié)構(gòu)中引入六氟異亞丙基基團(tuán)，在酰亞胺氮的位置引入甲基、異丙基或鹵素基團(tuán)，有利于增加聚合物的自由體積，導(dǎo)致氣體透過(guò)系數(shù)可以增加1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，而選擇性則下降不多。

聚酯類(lèi)樹(shù)脂強(qiáng)度高，尺寸穩(wěn)定性好，耐熱、耐溶劑和化學(xué)品的性能優(yōu)良，廣泛用于分離膜的支撐增強(qiáng)材料。主要有滌綸(PET)、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚碳酸酯(PC)等。聚烯烴類(lèi)主要有聚乙烯，聚丙烯腈和聚4-甲基-1-戊烯(PMP)等；乙烯類(lèi)聚合物是一大類(lèi)聚合型高分子材料，其中在膜材料方面得到應(yīng)用的有聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚氯乙烯和聚偏氯乙烯。含氟(硅)類(lèi)主要有聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯，聚二甲基硅氧烷等，但是目前還沒(méi)有廣泛使用。其他主要有殼聚糖和聚電解質(zhì)等，主要與別的材料聯(lián)合使用。

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