文档介绍：第七章膜和膜的应用
第一节膜科学技术发展概况
市场:1990年, ,
分离膜的总产值达22亿美元,
年递增12~14%。
50年代,开发了微滤膜和离子交换膜;
60年代,反渗透膜;
70年代,超滤膜;
80年代,气体分离膜;
90年代,渗透汽化膜;
发展史:
膜性能要求:
具有高通量和高选择性及膜耐用长寿命,易清洗等特点。
(1)均质膜
通过膜材料改性的途径得到
如:将三甲基硅基团引入聚烯烃、聚炔烃分子中,使高分子自由体积
增加,提高气体的透过速率;将聚三甲硅基丙炔,聚4-甲基戊烯表面
进行氟化或氟磺化处理,可使氧、氮的透过选择性大大提高。
(2)多孔膜
用于微滤超滤的多孔不对称膜,表面引入荷电基团,表面化学
改性,表面等离子体处理等,可改善表面浓差极化和膜的污垢
清洗问题。
以铝箔阳极氧化可制得贯通型对称膜和不对称膜表面孔隙率最大,
孔径分布最窄的膜。
利用热致相转换法可制备不对称膜,如聚乙烯,聚丙烯,聚酯
等常温下不熔的结晶性高分子材料。
(3)杂化膜过程的发展
A:膜分相和膜萃取已有实际应用,膜蒸馏由于通量太低需进
一步发展。
B:膜生物反应器和膜催化得到迅速发展;
C:亲和层析可用于分离纯化生物制品
D:集成膜日益受到重视,如发酵制备无水乙醇时需要用膜反应器,
膜蒸馏,分馏及渗透气化等。
(4)膜的种类
A:展开膜:指展开在表面上的一层物质,其厚度达到重力效应
可忽略那样薄得程度。
B:单分子膜:其厚度仅有一个分子程度的膜;
C:双重膜:具有两个独立界面,各有其特征的表面张力,并有
足够的厚度,但与块体比较又是薄层状的。
第二节液体基底表面的展开膜
在水面上加入一滴不相容或微溶于水的某一纯液体,可能发生几种情况:
液滴迅速展开成膜;液滴不铺展;起始铺展,而后又收缩成滴。
1、铺展系数之液面应用
液滴在水面上,铺展系数:
设:θ=φ≈0,则:
当A,B两液体有少量互溶时,两液体的表面张力会发生改变,
铺展系数也随着微溶而变化。
例:纯异戊醇(B):
微溶水后:
纯水(A)
微溶异戊醇(B)后:
则起始:
最后:
起始异戊醇迅速地铺展在水面上,随着互微溶至饱和,微溶水
的异戊醇又迅速收缩成似透镜状。
2、铺展系数的测定与界面张力及粘附功关系
(1)“活塞膜”技术:以一不溶性,不挥发的表面活性化合物,如
硬脂酸,软酯酸等在水面上形成单分子层吸附膜,作为传递表面
膜压的功能性膜技术。
(2)铺展压测定
将一小滴欲测铺展压或铺展系数的液体置于“活塞”单分子膜遮盖面
中心,成为一漂浮的透镜。随此液体透镜铺展而产生的压力,通过
“活塞膜”传递到膜天平的漂浮阻挡栏。利用膜天平上既可滑动又能
固定的阻挡栏,调节自身与漂浮阻挡栏之间的面积,待测液体薄透
镜随之收缩或扩展,在15~30秒内不会引起漂浮阻挡栏所连接的
膜天平指示膜压力变化。此时,观察到的恒定压力即为该液体在水
上的铺展压。
(3)铺展系数和铺展压
纯液体b在纯液体a上铺展时的铺展系数称为起始铺展系数Sb/a。
铺展压为起始铺展压Fb/a。
Sb/a=Fb/a
当b中饱和了a,a中饱和了b时,铺展系数称为最后铺展
系数,铺展压为最后铺展压。
其中:
纯液体a的表面张力;
吸附单分子层“活塞膜”覆盖a所呈现的较低表面张力;
当固定阻挡栏沿盛液体a的槽滑动,使固定于漂浮的阻挡栏间所
限制的面积从A减少到A-△A,液体b薄透镜也要减少△A,表面
自由能将减少。液体b与a间的界面也会减少△A。其界面
自由能减少。液体a的气-液界面由于固定的阻挡栏移动而
使表面自由能增加。应用热力学第二定律