膜是膜分離過程的核心,根據(jù)膜的分離機(jī)理、性質(zhì)、形狀、結(jié)構(gòu)等的不同,膜有不同的分類方法。
①按分離機(jī)理:主要有反應(yīng)膜、離子交換膜、滲透膜等。
②按膜的性質(zhì):主要有天然膜(生物膜)和合成膜(有機(jī)膜和無機(jī)膜)。
③按膜的形狀:有平板膜、管式膜和中空纖維膜。
④按膜的結(jié)構(gòu):有對稱膜、非對稱膜和復(fù)合膜。
按分離膜的材料不同可將其分為聚合物膜和無機(jī)膜兩大類。
(1)聚合物膜
目前,聚合物膜在分離用膜中占主導(dǎo)地位。聚合物膜由天然或合成聚合物制成。天然聚合物包括橡膠、纖維素等;合成聚合物可由相應(yīng)的單體經(jīng)縮合或加合反應(yīng)制得,亦可由兩種不同單體共聚而得。按照聚合物的分子結(jié)構(gòu)形態(tài)可將其分為:①具有長的線鏈結(jié)構(gòu),如線狀聚乙婚;②具有支鏈結(jié)構(gòu),如聚丁二烯;③具有高交聯(lián)度的三維結(jié)構(gòu),如酚醛縮合物;④具有中等交聯(lián)結(jié)構(gòu),如丁基橡膠。線鏈狀聚合物隨溫度升高變軟,并溶于有機(jī)溶劑,這類聚合物稱為熱塑性( thermoplastic )聚合物,而高交聯(lián)聚合物隨溫度升高不會明顯地變軟,幾乎不溶于多數(shù)有機(jī)溶劑,這類聚合物稱為熱固性( thermosetting )聚合物。
聚合物膜種類很多。按照聚合物膜的結(jié)構(gòu)與作用特點(diǎn),可將其分為致密膜、微孔膜、非對稱膜、復(fù)合膜與離子交換膜五類。
①致密膜致密膜又稱均質(zhì)膜,是一種均勻致密的薄膜,物質(zhì)通過這類膜主要是靠分子擴(kuò)散。
②微孔膜微孔膜內(nèi)含有相互交聯(lián)的孔道,這些孔道曲曲折折,膜孔大小分布范圍寬,一般為0.01~20μ m ,膜厚50~250μ m 。對于小分子物質(zhì),微孔膜的滲透性高,但選擇性低。然而,當(dāng)原料混合物中一些物質(zhì)的分子尺寸大于膜的平均孔徑,而另一些分子小于膜的平均孔徑時,則用微孔膜可以實(shí)現(xiàn)這兩類分子的分離。另有一種核徑跡微孔膜,它是以10~15μ m 的致密塑料薄膜為原料,先用反應(yīng)堆產(chǎn)生的裂變碎片轟擊,穿透薄膜而產(chǎn)生損傷的徑跡,然后在一定溫度下用化學(xué)試劑侵蝕而成一定尺寸的孔。核徑跡膜的特點(diǎn)是孔直而短,孔徑分布均勻,但開孔率低。
③非對稱膜非對稱膜的特點(diǎn)是膜的斷面不對稱,故稱非對稱膜。它由同種材料制成的表面活性層與支撐層兩層組成。膜的分離作用主要取決于表面活性層。由于表面活性層很薄(通常0.1~1.5μ m ),故對分離小分子物質(zhì)而言,該膜層不但滲透性高,而且分離的選擇性好。大孔支撐層呈多孔狀,僅起支撐作用,其厚度一般為50~250μ m ,它決定了膜的機(jī)械強(qiáng)度。
④復(fù)合膜由在非對稱膜表面加一層0.2~15μ m 的致密活性層構(gòu)成。膜的分離作用亦取決于這層致密活性層。與非對稱膜相比,復(fù)合膜的致密活性層可根據(jù)不同需要選擇多種材料。⑤離子交換膜是一種膜狀的離子交換樹脂,由基膜和活性基團(tuán)構(gòu)成。按膜中所含活性基團(tuán)的種類可分為陽離子交換膜、陰離子交換膜和特殊離子交換膜。膜多為致密膜,厚度在200μ m 左右。
(2)無機(jī)膜
膜材料的選擇是膜分離的關(guān)鍵。聚合物通常在較低溫度下使用(最高不超過200℃),而且要求待分離的原料流體不與膜發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。當(dāng)在較高溫度下或原料為化學(xué)活性混合物時,采用無機(jī)膜較好。無機(jī)膜的熱穩(wěn)定性能、力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性均較好,使用壽命長,污染少,易于清洗,孔徑分布均勻等,缺點(diǎn)是易破碎,成型性差,造價高。無機(jī)膜的發(fā)展大大拓寬了膜分離的應(yīng)用領(lǐng)域。目前,無機(jī)膜的增長速度遠(yuǎn)快于聚合物膜,此外,無機(jī)材料還可以和聚合物制成雜合膜,該類膜有時能綜合無機(jī)膜與聚合物膜的優(yōu)點(diǎn)而具有良好的性能。
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