1、超滤膜（）材料选择、制备及应用李春闯 张敬 崔丽娜 袁衍超第1页，共33页。一、超滤膜简介二、新型制备方法的研究三、应用举例第2页，共33页。超滤膜 超滤膜，是一种孔径规格一致，额定孔径范围为0.001-0.02微米的微孔过滤膜。超滤原理：是一种薄膜分离技术，依靠压力驱动的过滤过程，并按分子量大小来分离颗粒，利用膜表面孔径机械筛分作用，膜孔阻塞、阻滞作用和膜表面及膜孔对杂质的吸附作用，去除原液中的大分子物质和微粒，以此来达到净化和分离的目的。第3页，共33页。Company Logo反渗透反渗透纳滤纳滤超滤超滤微滤微滤0.001 1.00.10.010.0001微米单价盐二价盐糖病毒胶体硅蛋白
2、微生物浊度 悬浮物压力推动超滤膜大多由醋酯纤维或与其性能类似的高分子材料制得。第4页，共33页。超滤膜 最适于处理溶液中溶质的分离和增浓，也常用于其他分离技术难以完成的胶状悬浮液的分离，其应用领域在不断扩大。用于分离、浓缩、纯化生物制品、医药制品、食品工业；血液处理、废水处理和超纯水制备中的终端处理装置。在我国已成功地利用超滤膜进行了中草药的浓缩提纯。超滤膜是最早开发的高分子分离膜之一，在60年代超滤装置就实现了工业化。第5页，共33页。传统材料 聚烯烃类 聚砜 聚醚砜PES 聚酰胺 含氟聚合物 纤维素及其衍生物 聚碳酸酯等第6页，共33页。市场上使用较多性能较好 聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜
3、、聚乙烯醇(PvA)、壳聚糖(CS)复合超滤膜 醋酸纤维素(CA)超滤膜 易成膜，膜性能高，化学性质稳定、生 物相溶性好等第7页，共33页。聚醚砜(PES)聚醚砜(PES)膜材料用途很广，几乎可以制备 各种类型的膜。该材料耐压耐热耐氧化性均较 高，生物相容性也较其他的膜材料好，聚醚砜超滤膜还是制备复合膜的理想基膜。清华大学通过耐高温杂萘联苯聚醚砜酮平板超滤膜的成功制备，强化了膜 的耐腐蚀性，而且提高了抗溶解性，得到了大纯水高蛋白截 留高效超滤膜第8页，共33页。聚醚砜(PES)二氮杂萘酮结构的磺化聚醚砜酮也是一种新型 荷电超滤膜制备材料。二氮杂萘酮结构的聚芳醚砜酮是一种共聚型树脂，由于其分子链
4、具有扭曲的非共平面结构，使其聚合物在成膜时不能紧密堆积，膜分离层具有较大的自由体积。二氮杂萘酮结构的聚芳醚砜酮超滤膜具有高通量、高截留的特点。第9页，共33页。聚偏氟乙烯(PVDF)聚偏氟乙烯(PVDF)是一种比较常见的成膜材料，因其独特的性能很受欢迎。PVDF是一种结晶性 聚合物，玻璃化温度-3 9结晶熔点约为170，热分解温度在 316 机械性能优良，具有良好的耐冲击性、耐磨性和化学稳定性。在室温下PVDF不被酸碱强氧化剂和卤素所腐蚀，对芳香烃、脂肪烃、醇和醛等有机溶剂很稳定，并且耐射线、紫外线辐射。第10页，共33页。聚乙烯醇(PVA)聚乙烯醇(PVA)材料具有严格的线型结构，化学性质稳
5、定，分子之间的氢键也使其具有足够的热稳定性，分子链上夫量的羟基使其具有高度的亲水性，具有与水相近的溶解度参数，且具有良好的成膜 性及耐污染性，国内被广泛用于制备亲水膜 第11页，共33页。醋酸纤维素(CA)醋酸纤维素(CA)因其成膜性好、透水性好、价格低廉、来源易得而广泛用作超滤和其它膜材料第12页，共33页。二、制备及材料的研究第13页，共33页。制备方法 浸没沉淀相转化法浸没沉淀相转化法 熔融挤出拉伸法熔融挤出拉伸法 热诱导相分离法（热诱导相分离法（TIPS）第14页，共33页。制备方法 浸没沉淀相转化法浸没沉淀相转化法 相转化法制膜，就是配置一定组成的均相聚合物溶液，通过一定的物理方法改
6、变溶液的热力学状态，使其从均相的聚合物溶液发生相分离，最终转变成一个三维大分子网络式的凝胶结构。第15页，共33页。制备方法 熔融挤出拉伸法熔融挤出拉伸法 该方法是在熔融挤出拉伸过程中，纯高聚物进行熔融挤出，拉伸过程中硬弹性材料垂直于挤出方向平行排列的片晶结构被拉开形成微孔，然后通过热定型工艺固定此孔结构第16页，共33页。制备方法 热诱导相分离法（热诱导相分离法（TIPS）聚合物与高沸点、低分子量的稀释剂高温形成均相溶液，降低温度又发生固-液或液-液相分离，然后脱除稀释剂就成为聚合物微孔膜。第17页，共33页。交替沉积自组装法 在多孔陶瓷膜支撑体上通过静电自组装制备聚电解质分离层是一种有效的
7、制备有机无机复合膜的方法。交替沉积自组装法：由带相反电荷的聚电解质在液/固界面通过静电相互作用交替沉积形成多层膜。聚电解质/陶瓷复合膜的制备及超滤性能南京工业大学材料化学工程国家重点实验室第18页，共33页。交替沉积自组装法 通过对自组装层数、材料和时间,聚电解质溶液的 p H 等研究表明了在纳米范围内对复合膜的孔径及厚度进行调整,从而在一定程度上调节膜超滤性能.实现自组装技术在孔道内壁的可控修饰,将是自组装技术在纳米尺度上进行膜层设计的一个研究热点.第19页，共33页。聚乙烯醇缩丁醛(PVB)超滤膜 聚乙烯醇缩丁醛(PVB)是聚乙烯醇与丁醛发生缩合反应的产物,因其分子侧链带有亲水性基团OH
8、且具有良好的成膜特性,已逐渐成为一种新型的制膜材料。采用连续制膜技术制备平片式聚乙烯醇缩丁醛(PVB)超滤膜。聚乙烯醇缩丁醛(PVB）超滤膜：中国科学院过程工程研究所第20页，共33页。聚乙烯醇缩丁醛(PVB）超滤膜 将PVB应用于好氧膜生物反应器(MBR)对生活污水进行处理，可以取得良好的效果。第21页，共33页。应用应用领域分布：分别占比%60、18、15、7综合：水：90；工业：10。第22页，共33页。三、应用举例 饮用水处理 地表水处理 海水淡化 污水回用水处理悬浮物、胶体、有机物、微生物、大肠杆菌等。改善色度、浊度第23页，共33页。中空纤维超滤膜 在国外，超滤主要应用于饮用水处理
9、，我国则主要用于工业领域的废水回用，作为反渗透的预处理。第24页，共33页。超滤膜应用原理图第25页，共33页。中空纤维超滤膜制备 将高分子膜材料等制成均相溶液，静置脱泡、过滤，由喷丝孔中挤出，经空气浴、凝固浴。凝固液和溶剂的双向扩散，使铸膜液凝固成中空纤维。在这一过程中，纤维膜壁上形成致密的表层和疏松支撑层，致密的表层可对水中大分子物质或微粒起到截留作用，而支撑层除增强膜的机械强度外，还是滤过液的通道。中空纤维经水充分清洗和后处理后成干膜。将一束中空纤维用粘结剂固定在一定结构的外壳里，即成超滤膜组件。第26页，共33页。饮用水处理系统第27页，共33页。地表水处理 系统多应用在地表水处理上，处理后的水用于灌溉获作为反渗透的入水，来制备工业用水。处理工艺第28页，共33页。海水淡化 第29页，共33页。污水回用 超滤预处理超滤膜组件第30页，共33页。废水处理工艺流程第31页，共33页。维生素B12制备中的应用第32页，共33页。谢谢第33页，共33页。
