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概述高分子膜材料的分類及其發展趨勢

2019/11/17 20:41:51發布5次查看發布人:

高分子材料是材料領域中的新秀,它的出現帶來了材料領域中的重大變革。目前高分子材料在尖端技術、國防建設和國民經濟各個領域得到廣泛的應用,已經成為現代社會生活中衣、食、住、行、用各個方面所不可缺少的材料。高分子材料不僅成為工農生產及人們日常生活中不可缺少的材料,也成為發展高新技術所需要的高性能結構材料、高功能材料以及滿足各種特殊用途的專用材料。自從20世紀20年代高分子科學建立以來,功能高分子就隨之發展起來。至今已成為高分子科學中的一重要部分,新型功能高分子材料更是在材料科學領域中充滿活力。例如特種高分子材料、分離功能高分子材料、高分子微球材料、導電高分子材料、光學性能高分子材料、醫用高分子材料等等。這些新材料將成為高分子材料的希望。
膜技術是當代高校分離新技術,與傳統分離技術相比,它具有分離效率高、能耗低、占地面積小、過程簡單、操作方便、不污染環境、便于與其他技術集成等非常突出的優點。在當今世界能源、水資源短缺,水和污染日益嚴重的情況下,膜分離科學得到了世界各國的重視,
成為實現經濟可持續發展的的重要組成部分。世界著名化學與膜科學專家黎念之院士在訪問我國時說:“誰掌握了膜技術,誰就掌握了化工業的未來。”因此,膜技術的發展將有力地推動我國相關行業的發展。
一、高分子膜的分類
1、按膜的材料分
   按置備膜的材料種類來分,可將高分子分離膜分為纖維素脂類和非纖維素脂類。
2、按膜的分離原理及適用范圍分
  根據分離膜的分離原理和推動力的不同,可將其分為微孔膜、超過濾膜、反滲透膜、納濾膜、滲析膜、電滲析膜、滲透蒸發膜等。
3、按膜斷面的物理形態分
   根據分離膜斷面的物理形態不同,可將其分為對稱膜、不對稱膜、復合
膜、平板膜、管式膜、中空纖維膜等。
4、按功能分類
   按高分子膜的按功能分類分為離子膜(包括氣體分離膜、液體分離膜、液體分離膜、離子交換膜、化學功能膜)、能量轉化功能膜(包括濃差量轉化膜、光能轉化膜、機械能轉化膜、電能轉化膜電能轉化膜、導電膜)、生物功能膜(包括探感膜、生物反應器、醫用膜)等。
二、高分子膜的分離機理
   分離膜的基本功能是從物質中有選擇性的透過或輸送特定的物質,例如分子、離子、電子等。更形象的講就如生物膜一樣,具有選擇透過性,就像我們的皮膚。然而不同的分離膜仍然具有不同的分離機理。就氣體分離膜而言,不同種類的膜分離機理也不盡相同。因此,對于分離膜的機理尚無完善的理論。 
三、高分子膜的應用
   高分子膜的種類豐富,應用也極其廣泛。因此著重研究反滲透膜和納濾膜的應用。反滲透膜和滲透膜都主要應用在水的治理過程中。面對當前淡水緊缺、水源污染的問題,反滲透膜和滲透膜的研究有著舉足輕重的地位。反滲透膜即通過在待分離液一側加上比滲透壓高的壓力,使得原液中的溶劑壓到半透膜的另一邊。反滲透膜也稱不對稱膜。在反滲透的應用分類上,人們一般根據進料液的濃度和膜的操作壓力將膜分為海水膜、苦咸水膜和低壓納濾膜。
反滲透膜的應用領域約50%用于苦咸水和海水淡化,40%用于電子工業、發電廠的超純水制備中,而其余的則用于污染物處理和生物食品的加工分離方面。反滲透膜時工業上有效的水脫鹽方式之一。與其他方式相比,不僅可適用于很廣的進水鹽度范圍,其用途也是最多的。海水由于鹽度高,世界上仍以多級閃蒸法為主,多級閃蒸的能量可以從附近發電廠的費蒸汽中獲得,所以在中東地區有大量的多級閃蒸淡化廠。相比之下,反滲透的優點在于能耗低、投入低、占地少、設備腐蝕較小及開關機方便等。在規模處理時,是一種具有很強經濟性的淡化技術。除此以外,反滲透膜還應用在純水和超純水的制備當中。超純水一般是從飲用自來水中進一步純化制備的,常用于半導體器件加工過程中的清洗用水。
用反滲透膜可以很輕易的除去水中的鹽分,有機物等。比從電荷原理出發簡單方便許多,并且純度很好。但是,反滲透作用也有不好的一點。在用反滲透大量制備純水方面,水中直接飲用的營養和有益的離子也同時被除去,因此該方法存在爭議。納濾膜是20世紀80年代在反滲透復合膜基礎上開發出來的,是超低壓反滲透技術的延續和發展分支,早起被稱作低壓反滲透膜或松散反滲透膜,但現已成為獨立的分離技術。納濾膜的應用主要集中在廢水處理方面。應用時一般與其他傳統方法相結合(吸附、氧化、生化法),這樣可以減輕膜工藝前期處理的難度,使得膜過程比較有效的將化學物質與水分開。被納濾膜所截取的化學物質可以在過程中濃縮20-50倍。這樣就可以直接回收利用或直接焚燒等將其徹底處理,作為透過液的水則可以循環使用或者用于綠化水。總而言之,反滲透膜和納濾膜在水處理和水凈化方面有著重大的應用。面對當前的缺水危機,新的水處理手段將為我們開辟一條新的可持續發展的道路。當然反滲透膜和滲透膜只是高分子膜中的極小分支,高分子膜的應用領域更加的廣泛。
四、高分子膜的發展趨勢與先進國家相比,我國的膜分離技術和水平還存在相當大的差距,主要表現研究成果周期長且轉化率低;分離膜品種少,性能低,一些高性能的膜還依賴于進口。目前在我國微濾、超濾、納濾、反滲透以及電滲析膜的分離技術已相當成熟。但膜材料水平較低,為了解決膜產業發展首先要解決膜材料結構的可控制制備,再提高膜材料的性能,從而進一步發展我國的高分子膜產業。綜上所述,高分子膜材料是一種新興的材料,它的應用在環境保護,資源有效利用方面有著不可忽視的重要意義。因此,發展高分子膜產業對于我國的可持續發展是非常有利的。我們應不斷探索創新,開辟出新的天地。
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