渗透汽化膜材料的选择理论详解

（一）Flory-Huggins相互作用参数Ψ

Flory-Huggins相互作用参数Ψ表征了一个分子的纯溶剂放入高分子纯溶液中所需的能量值。Ψ值越大，溶剂与聚合物越不易互溶。通过实验可测出溶剂与聚合物之间的Ψ值，以判断该体系的互溶情况。

对渗透汽化过程，也可根据待分离混和液的各组分与膜材料之间的Ψ值来判断各组分溶解透过的情况。此法与极性相似和溶剂化原则相比，选择膜材料的准确性较高，但参数测定复杂，且混合液中各组分与高分子膜之间的相互作用随温度、混合液的浓度而变化。

（二）溶解度参数理论

Mulder等提出用组分与聚合物的溶解度参数的矢量差Δ作为组分与聚合物之间的亲和力大小的量度。Δ小，组分与聚合物间的亲和力大，组分在聚合物中的溶解量大，组分易于通过。两种物质的溶解度参数越接近，则互溶性越好。对组分A、组分B与膜组成的三元体系，希望优先渗透的组分在膜中应有较大的溶解性能，它和聚合物分子的溶解度参数应较为接近。

应该指出，以溶解度参数原则推测高分子膜对组分的选择透过性有很多不完善的地方。其原因是该原则仅考虑了组分在聚合物中的溶解，未涉及扩散因素；仅考虑组分与膜的相互作用，未考虑组分A、组分B与膜之间三元相互作用及伴生效应。

（三）极性相似和溶剂化原则(www.xing528.com)

极性相似和溶剂化原则即通常所说的极性聚合物与极性溶剂互溶，非极性聚合物与非极性溶剂互溶。极性聚合物和极性溶剂混合时，由于聚合物的极性基团和极性溶剂间产生相互作用而发生溶剂化作用，使聚合物链节松弛而被溶解。

对于渗透汽化膜，可根据被分离组分的极性选择膜材料。若极性组分为优先通过组分，则应选用极性聚合物为膜材料；相反，若非极性组分为优先透过组分，则应选用非极性聚合物为膜材料。

（四）定性的亲憎水平衡理论

要使某组分优先渗透，必须选用与该组分有较强亲和力的膜。但膜材料与组分间的亲和力过强，有可能因溶胀过度而造成膜机械强度的减弱和丧失，也有可能因聚合物对组分的吸引力太强而使组分的扩散系数降低。因此，膜材料与优先渗透组分间应保持适当的亲和作用力。就聚合物而言，这种亲和作用力的大小取决于其所含的官能团的特性。基于这种设想，针对有机水溶液的分离，Huang等提出用定性的亲憎水平衡理论来选择和制取适当的膜材料。Huang等指出对于一定的有机物水溶液，如果希望得到最佳的渗透汽化分离效果，则膜材料中的亲、憎水官能团比例与被分离的混合液应达到某种平衡状态。影响这种平衡状态的因素首先是膜材料中不同类型官能团的比例，其次是被分离的混合物组分的性质和组成。因此，为了获得最佳的分离效果，膜材料需要保持一个适当的亲憎水平衡。

应该指出，尽管已有各种选取膜材料的理论与方法，但它们还不成熟，一般来说，它们还只能指出选材料的方向，膜材料的最终确定还得通过直接的实验。另外，借助前人经验，从文献资料查找已研究过的适当材料仍然是首先应当考虑的途径。此外还应强调，在选择膜材料时必须考虑膜的造价和使用寿命等实际经济因素。