如何预测膜材料的选择性？

根据溶解扩散模型，渗透汽化膜的选择性决定于组分在聚合物膜内的溶解（吸附）和扩散。大量的渗透汽化实验数据表明，在聚合物中优先吸附的组分在渗透汽化中大多是优先透过的。亦即由体系的热力学性质决定的优先吸附是决定聚合物材料选择性的主要因素。组分在聚合物中的平衡吸附可以用Flory-Huggins热力学关系描述。作为初步评估，溶解度参数理论还是非常有效的，对有机物与水的分离，聚合物的亲、疏水性和弹性体性质也是评估膜选择性的有效方法。

（一）溶解度参数

聚合物在溶剂中的溶解，实质上是拆散聚合物分子间的作用，并将其拉入溶剂的过程。因此溶剂分子间、聚合物分子间及溶剂与聚合物分子间的作用力及其相对大小是影响溶解过程的内在因素。各种聚集态物质分子间相互作用力的强弱可用单位体积内聚能—内聚能密度来度量，内聚能密度的平方根定义为溶解度参数δ。

根据热力学第二定律，溶解过程自发进行的必要条件是：

式中：ΔGM——Gibbs混和自由焓；

ΔHM——混和热；

ΔSM——混和熵；

ΔHf——溶解热。

在高分子—溶剂体系中混和熵ΔSM＞0，ΔGM取决于ΔHM的值，由于ΔHM实际为正值，ΔHM很小才能使ΔGM为负值，溶解可自发进行。对于二元体系，用Scatchard和Hildebrand提出的方法表示为：

式中：φ——体积分率；

VA、VB——偏摩尔体积；

xA——物质A的摩尔分数；(www.xing528.com)

xB——物质B的摩尔分数；

δA——物质A分子间的内聚力；

δB——物质B分子间的内聚力。

溶解度参数之差（δA-δB）越小，ΔHM值越小，越容易溶解。

（二）聚合物的亲、疏水性

对亲水性聚合物，若聚合物链上有某些亲水基团可通过氢键、偶极—偶极作用与水分子相互作用，而呈现很大亲水性，这种聚合物即为亲水性聚合物。亲水性聚合物能优先透过水，因而是脱水膜最好的候选材料。

对疏水性聚合物，在疏水性聚合物中不含与水分子亲和的基团，如聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯等，但这些聚合物对水、有机物体系及有机物—有机物体系的选择性都很低。因为这些聚合物不像亲水性聚合物，它们与透过组分（有机物）之间并没有很强的相互作用，渗透和分离仅在这种半结晶聚合物的无定形部分发生，而且分离主要基于分子的大小和形状。但是这些疏水性聚合物都有很好的化学稳定性和热稳定性，且不溶于一般溶剂。

膜材料的亲、疏水性也可通过交联、共混、共聚等方法加以控制和调整。

（三）弹性体聚合物与玻璃态聚合物

弹性体材料通常优先吸附有机溶剂，是从水中脱除有机溶剂渗透汽化膜最好的候选材料。弹性体聚合物的玻璃态转化温度低于室温，大多数弹性体聚合物都需要通过交联（或硫化）以得到足够的机械强度，由于在其柔性的链上缺乏极性基团，因此对水与有机物的混合物，它优先吸附有机组分。弹性体链的柔软性又使它具有相当高的渗透率，相应地，选择性就较低。各种橡胶类聚合物，如硅橡胶、丁二烯橡胶，都可作为从水中脱除有机物的渗透汽化膜材料。

与弹性体相对的另一种聚合物为玻璃体聚合物，它又分晶态、半晶态和无定形聚合物三种。高结晶态聚合物很难与溶剂相溶，甚至不相溶。渗透汽化中的溶解扩散过程只发生在聚合物中的无定形部分。已在渗透汽化中用的膜材料，无定形的有CA、PSF、PP、PS和PVC，半晶态的有PVA、nylon-60、PVDF、PPO、PE。