渗透汽化膜是具有各相异性形态的能起分离作用的致密薄层,渗透汽化膜按材料分为有机高分子膜和无机膜;按结构分有均质膜、非对称膜和复合膜;按功能分有优先透水膜、优先透有机物膜和有机物分离膜。匀质膜结构均一且致密无孔状,通常用自然蒸发凝胶法制成,一般在实验室研究中使用。非对称膜由无孔致密皮层及多孔支撑层组成,皮层相对较薄,由同一种材料经相转化方法一次制成,目前非对称渗透汽化膜的分离性能尚不理想。复合膜是由多孔的支撑层上覆盖一层致密的分离层而成,分离层与支撑层一般是由不同的材料制得的。
(一)优先透水膜
优先透水膜的活性层都是含亲水性基团的聚合物,主要有以下几类。
1.非离子型聚合物膜 例如聚乙烯醇(PVA)、聚羟基甲撑(PHM)、甲氧基甲基化尼龙-3、交联聚甲基丙烯酸制成的膜属于这一类。它们分别含—OH、—NHCO、—OCH3、—OCOCH3等非离子性亲水基团。
目前在有机物脱水中广泛应用的GFT膜就是由聚乙烯醇为活性层制成的复合膜,它由三层构成,底层是增强用的聚酯非织造布,中层为聚丙烯腈支撑膜,表层是经过马来酸交联的聚乙烯醇皮层。这种膜具有良好的分离性能和耐久性。
2.离子型聚合物膜 根据固定基团的属性区分,离子型聚合物可分为阳离子聚合物与阴离子聚合物两类。
3.将亲水基团引入疏水膜中的透水膜 通常采用共聚、共混、接枝等方法。
4.聚电解质透水膜 由于离子基团对水的强烈水合作用和对有机物的盐析效应,膜材料中具有离子基团可以有效地提高膜对水的选择透过性与渗透通量。
(二)优先透有机物膜
优先透有机物膜的材料通常是极性低、表面能低、溶解度参数小的聚合物。迄今研究较多的有硅橡胶、含氟聚合物、纤维素衍生物和聚苯醚等。(www.xing528.com)
1.有机硅聚合物 这类聚合物憎水、耐热、具有很高的机械强度和化学稳定性,对醇、酯、酚、酮、卤代烃、芳香族烃、吡啶等有机物有良好的吸附选择性,是迄今研究最多的一类有机物膜材料。
2.含氟聚合物 目前已研究的有聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚六氟丙烯(PHEP)、聚磺化氟乙烯基醚与聚四氟乙烯共聚物(Naifon)、聚四氟乙烯与聚六氟丙烯的等离子共聚物等。这些材料除了PVDF外均难溶于一般溶剂,通常用熔融挤压法或在聚合期间成膜。聚偏氟乙烯化学性质稳定、耐热性能好、疏水性强、抗污染性较好,可溶于常用的溶剂,成膜性能好,对卤代烃、乙醇、丙酮及芳香烃等有良好的选择性。
3.纤维素衍生物 纤维素类材料易于酯化、醚化、接枝、共聚、交联等,并且与许多聚合物都有良好的共混性。纤维素衍生物是非常好的成膜材料。纤维素可以通过各种改性手段调节其中亲憎水官能团的比例,控制其渗透汽化的分离性能。用于分离水中有机物的是憎水性的膜材料。
(三)有机物分离膜
工业上有效分离有机混合物的渗透汽化膜尚处于开发阶段。这种膜必须根据不同的分离体系特殊设计,不像前面的有机物/水体系的分离,膜材料的选择有较明确的规律可循。在有机混合物的分离中,膜材料的选择与开发必须针对具体体系的物理化学性质,如根据混合物组分的分子形状及尺寸以及所含基团的差异来选择与设计膜材料。所以常常需要对这些膜材料进行各种改性。目前主要的改性手段有共混、接枝、共聚、填充等。
1.共混 共混是根据不同聚合物间性质的互补性与协同效应来改善膜材料的性质和成膜条件,从而调节膜的结构和性能(亲疏水性、抗污染性、化学稳定性等)。
2.接枝 接枝改性主要是通过化学反应或光照射等方法把某些齐聚物链节作为支链接枝到聚合物的主链上。
3.共聚 共聚是指两种或两种以上的高分子活性端之间发生化学反应,生成无规则共聚物、交替共聚物、嵌段共聚物、接枝共聚物和等离子体聚合物等。共聚后的膜一般由连续相和分散相组成。分散相中的亲有机物官能团起分离作用,连续相起抑制溶胀作用。
4.填充 填充是将对优先透过组分具有强吸附作用的物质填入聚合物中。常用的填充剂包括环糊精、沸石分子筛、碳分子筛、二氧化硅等。针对不同的分离体系,可以选择不同的填充剂类型和用量,是一种简便易行的改性方法。
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