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膜的种类:聚砜类和无机分离膜的应用领域

时间:2023-07-02 理论教育 版权反馈
【摘要】:聚砜类高分子的相对分子质量高,适合制作超滤膜、微孔滤膜和复合膜的多孔支撑膜。一般来讲,长期运行操作温度可高达75℃,有的膜制造商宣称该膜的使用温度可达到125℃。聚砜酰胺学名为聚苯砜二甲酰胺,简称PSA,常用于制备超滤膜。这类膜亲水性较强,对蛋白质的吸附性较弱,耐溶剂性也好,并且使用温度可达到75℃。(二)无机分离膜目前无机分离膜的应用大部分限于微滤和超滤领域。

膜的种类:聚砜类和无机分离膜的应用领域

(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,主要有以下几个品种。

1.醋酸纤维素膜 醋酸纤维素膜是最早研究的分离膜,由于纤维素及其衍生物是线性棍状且不易弯曲的大分子,适宜用于制做反渗透膜、微滤膜超滤膜,至今仍有重要用途。醋酸纤维素膜的特点如下。

(1)亲水性好。这有利于减少膜的污染,这是该膜的最大优点。

(2)采用醋酸纤维素可制备从反渗透至微滤范围孔径较宽的膜,并具备较高的通量。这是任何其他膜材料所不能比拟的。

(3)醋酸纤维素膜制造工艺简单,便于工业化生产。

(4)成本低、无毒。

(5)操作温度范围窄,推荐最大操作温度为30℃。

(6)较窄的pH范围,一般推荐pH为3~6,以防止膜的水解

(7)该膜的耐氯性较差,连续运行要求料液中的游离氯低于1mg/L。

(8)醋酸纤维素膜在运行过程中有压实现象发生,在高压下膜的通量逐步降低。

(9)醋酸纤维素膜易被生物降解,可保存性差。

2.聚砜类膜 聚砜类膜具有优异的化学稳定性、宽的pH使用范围(pH为1~13)、良好的耐热性能(可在0~100℃范围内使用)、酸碱稳定性好以及较高的抗氧化和抗氯性能。聚砜类高分子的相对分子质量高,适合制作超滤膜、微孔滤膜和复合膜的多孔支撑膜。有代表性的聚砜类高分子的化学结构如表2-1所示。由于这些聚砜类高分子材料都可与食品接触,且可承受100℃以上的高温,因此适用于食品、医药和生物工程。芳香族聚砜类膜的优缺点如下。

表2-1 聚砜类高分子的化学结构

(1)耐热性好。一般来讲,长期运行操作温度可高达75℃,有的膜制造商宣称该膜的使用温度可达到125℃。如此高的使用温度适用于系统的高温消毒,也适用于某些高黏度体系,但采用较高的操作温度时,要注意其他因素的影响,如pH、压力及清洗剂。(www.xing528.com)

(2)宽的pH范围。聚砜(PS)和聚醚砜(PES)超滤膜可连续在pH为1~13的体系中运行,这对膜的清洗是有利的。

(3)较好的耐氯性。大部分膜的制造商允许在清洗时游离氯的浓度达到200mg/kg,然而长时间暴露于高浓度的游离氯中将对膜造成危害。

(4)该膜可制成不同的膜组件形式,如中空纤维型、卷式、平板式及管式。

(5)该膜具有较宽的膜孔径范围,膜的孔径可以从1nm到200nm。

(6)较好的耐溶剂性。可耐脂肪族碳氢化合物、氯代碳氢化合物、醇类、酸和碱,但不耐芳香族碳氢化合物、酮类、醚类及酯类。

(7)该膜为疏水性,经膜表面改性后可改善其亲水性。

3.聚丙烯腈膜 聚丙烯腈(PAN)是常用来制备超滤膜的聚合物。虽然氰基是强极性基团,但PAN并不十分亲水。通常引入另一种共聚单体(如醋酸乙烯酯或甲基丙烯酸甲酯)以增加链的柔韧性和亲水性,从而改善其可加工性。聚丙烯腈膜也可用于渗透气化复合膜的多孔支撑膜。

4.聚酰胺类膜

(1)聚砜酰胺膜。聚砜酰胺学名为聚苯砜二甲酰胺,简称PSA,常用于制备超滤膜。它具有耐高温(125℃)、耐酸碱(pH=2~10)、耐有机溶剂等特性(除耐乙醇丙酮、醋酸乙酯、醋酸丁酯外,还耐苯、醚及烷烃等多种有机溶剂),也可以用于水和非水溶剂体系。

(2)芳香聚酰胺类膜。这类膜材料包括芳香聚酰胺、芳香聚酰胺—酰肼以及其他一些含氮芳香聚合物,其中以前两者为主。芳香聚酰胺膜主要用于制作反渗透复合膜。这类聚合物制得的多孔膜特性与聚砜膜相似,由于它具有高的吸水性(吸水率为12%~15%),因此具有高的水通量和低的截留相对分子质量。芳香聚酰胺膜具有良好的机械强度和热稳定性,它的缺点是对氯的抵抗能力差(低于10mg/L),而且在pH大于12时也发生水解,特别是在高温下。聚酰胺膜对蛋白类溶质有强烈的吸附作用,膜易被污染。

5.其他类聚合物膜

(1)聚偏氟乙烯膜。这类膜可以高压消毒,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。

(2)再生纤维素(RC)膜。这类膜亲水性较强,对蛋白质的吸附性较弱,耐溶剂性也好,并且使用温度可达到75℃。

(二)无机分离膜

目前无机分离膜的应用大部分限于微滤和超滤领域。常用的无机分离膜为陶瓷膜、玻璃膜、金属膜(含碳)和沸石膜。详见第十三章无机膜。

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