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膜的定义与分类
[发布日期:2010/4/21  点击次数:4034]

膜的定义 
尽管在生产和生活中的诸多领域应用的商品膜种类繁多,以及具体的分离机理和使用方法千差万别,但他们具有共同的特性,即选择透过性。因此膜的一般定义是:膜是分离两相和作为选择性传递物质的屏障。它可与一种或两种相邻的流体相之间构成不连续区间并影响流体中各组分的透过速度。
 

 

膜的分类 
1.按膜的来源形态和结构分
 
                         乳状液膜
 
液膜
 
带支撑层的液膜
 
合成膜                    柱状孔膜
 
                         对称膜   多孔膜
 
均质膜
 
膜            固膜
 
                                      多孔膜
 
不对称膜    具有皮层的多孔膜
 
复合膜
 
生物膜(原生质、细胞膜)
 
液膜:按制膜材料形态来分类的一种,即以液态物质为分离介质形成的膜,亦叫液相膜或液膜。这种膜可以把两种气相,气液两相或两相不互溶的液体进行分隔和促进分离,如乳化液膜和支撑液膜。
 
固膜:按制膜材料形态来分类的一种以固态物质为分离介质制成的膜,亦叫固相膜或固体膜。
 
对称膜:一般指膜的各部分具有相同的特性,其孔结构不随深度而变化的膜。膜的厚度范围为10~200um。
 
非对称膜:由同种材料制成的,一层为致密分离层,其厚度通常为0.1~0.5um另一层或多层(如无机膜)为支撑层(其厚度为5~10um)。
 
2. 按化学组成分类
 
不同的膜材料具有不同的化学稳定性、热稳定性、机械性能和亲和性能,对于不同的分离体系,利用不同材料制备的分离膜可以取得较好的效果。

有机 
材料

纤维素类

二醋酸纤维素、三醋酸纤维素,醋酸丙酸纤维素、硝酸纤维素

聚酰胺类

尼龙-66,芳香聚酰胺、芳香聚酰胺酰肼等

芳香杂环类

聚哌嗪酰胺、聚酰亚胺、聚苯并咪唑、聚苯并咪唑酮等

聚砜类

聚砜、聚醚砜、磺化聚砜、磺化聚醚砜等

聚烯烃类

聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚丙烯酸等

硅橡胶类

聚二甲基硅氧烷、聚三甲基硅烷丙炔、聚乙烯基三甲基硅烷

含氟聚合物

聚全氟硫酸、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯

其它

聚碳酸酯、聚电解质

无机 
材料

陶瓷

氧化铝、氧化硅、氧化锆

玻璃

硼酸盐玻璃

金属

铝、钯、银

有机膜:以有机高分子聚合物为材料制成的具有分离功能的渗透膜。这类膜的优点是容易加工成型,成本低。其缺点是在高温,高压和有强吸附组分下,性能不稳定。 
无机膜:以无机材料为分离介质制成的具有分离功能的渗透膜,如金属膜、合金膜、陶瓷膜、高分子金属配合物膜、分子筛复合膜、沸石膜和玻璃膜等,它具有化学稳定性好、耐高温、孔径分布窄和分离效率高等特点,可用于气体分离等。
 
纤维素类是应用最早,也是应用最多的膜材,它主要用于渗透膜、纳滤膜、超滤膜、微滤膜、透析膜中,在气体分离膜和渗透蒸发中也有应用。由于在较高温度、酸性和碱性条件下纤维素膜易水解,此外易被许多微生物分解,所以纤维素膜的耐久性较差。 
金属膜:以金属材料,如钯、银为介质制成的具有分离功能的渗透膜。可利用其对氢的溶解机理制备超纯氢和进行加氢或脱氢膜反应。
 
3. 按分离机理分
 
根据分离机理,膜大致分为多孔膜、无孔膜和载体膜,多孔膜在处理溶液时根据颗粒大小进行分离,主要用于超滤和微滤;无孔膜利用分离体系中各组分溶解度或扩散系数的差异进行分离,主要用于气体分离、透析、蒸汽渗透等过程;载体膜是通过载体分子对某组分高度专一的亲和性来实现不同组分的分离。


膜种类

膜功能

分离驱动力

透过物质

被截流物质

微滤

多孔膜、溶液的微滤、脱微粒子

压力差

水、溶剂和溶解物

悬浮物、细菌类、微粒子、大分子有机物

超滤

脱除溶液中的胶体、各类大分子

压力差

溶剂、离子和小分子

蛋白质、各类酶、细菌、病毒、胶体、微粒子、大分子有机物

反渗透和纳滤

脱除溶液中的盐类及低分子物质

压力差

水和溶剂

无机盐、糖类、氨基酸、有机物等

透析

脱除溶液中的盐类及低分子物质

浓度差

离子、低分子物、酸、碱

无机盐、糖类、氨基酸、有机物等

电渗析

脱除溶液中的离子

电位差

离子

无机、有机离子

渗透气化

溶液中的低分子及溶剂间的分离

压力差、浓度差

蒸汽

液体、无机盐、乙醇溶液

气体分离

气体、气体与蒸汽分离

浓度差

易透过气体

不易透过液体

4. 按几何形状分
无论在实验室还是在工业生产中,膜都被制成一定形式的组件作为膜分离装置的分离单元。在工业上应用并实现商品化的膜组件主要有平板型、圆管型、螺旋卷型和中空纤维膜,相应的膜几何形状为平板式、管式、毛细管式和中空纤维式。后三种皆为管状膜,他们的差别主要是直径不同:直径 〉10mm的为管式膜;直径在0.5—10mm之间的毛细管式膜;直径 〈0.5mm的为中空纤维膜