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高分子分离膜材料是用高分子材料制成的具有选择性透过功能的半透性薄膜,具有节能、高效和洁净等特点,因而被认为是支撑新技术革命的重大技术。
当固体或液体的一维线性尺度远远小于其他二维时,我们将这样的固体或液体称为膜。通常,膜可分为两类,一类是厚度大于1微米的膜,称为厚膜;另一类则是厚度小于1微米的膜,称为薄膜。 半导体功能器件和光学镀膜是...
高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料。我们接触的很多天然材料通常是高分子材料组成的,如天然橡胶、棉花、人体器官等。人工合成的化学纤维、塑料和橡胶等也是如此。一般称在生活中大量采用的,已经形...
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。在膜的一侧施以适当压力,就能筛出小于孔径的溶质分子,以分离分子量大于500道尔顿(原子质量单位)、粒径大于10纳米的颗粒...
第四章高分子分离膜材料
第四章高分子分离膜材料
高分子膜材料
高分子膜材料运用与前景 摘 要:高分子膜具有制备简单、性能稳定以及与指示剂相容性好等特点。本文 介绍高分子膜材料的分类和性能的研究 , 着重从高分子膜的性能、 应用等方面综 述高分子膜材料的研究进展情况 , 同时概要叙述高分子膜材料今后的发展远景。 关键词 :高分子膜;蒸馏性膜;透过性膜;膜的电性;膜的应用 , 膜前景。 前 言:高分子膜虽然很早高分子膜虽然很早就出现 , 但是对它进行较系统的研 究还是近年来才开始的。 在20年代 , 由于石油工业的发展促进了三大合成材料品 种的不断增多 , 高分子膜的应用范围也在逐渐扩大。 由包装膜开始 , 到30年代已 将纤维素膜应用于超滤分离; 40年代则出现了离子交换膜和电渗析分离法; 50 年代出现了反渗透法膜分离技术; 60年代由加拿大和美国学者分别成功地制造出 了高效能膜和超过滤膜 , 总之 , 国外高分子膜技术的发展是很迅速的。近年来 ,
《气体分离膜材料科学(材料研究与应用*作)(精)》主要介绍气体分离膜材料相关基础知识和材料制备方法等内容,详细阐述各类气体分离膜的主要材料、制备方法、分离机理、发展历史及*新研究进展等。本书力求内容的系统性和全面性,着重介绍了几种已成为研究热点的高分子膜、无机膜和有机一无机杂化膜的合成方法以及应用前景。
本书可作为材料工程、化学工程与工艺、环境工程、食品工程等相关专业高年级本科生、研究生的教材或教学参考书,也可供相关专业的工程技术人员参考。
用来制备分离膜的高分子材料有许多种类。现在用的较多的是聚脂类和有机硅等。膜的形式也有多种,一般用的是平膜和空中纤维。推广应用高分子分离膜能获得巨大的经济效益和社会效益。例如,利用离子交换膜电解食盐可减少污染、节约能源:利用反渗透进行海水淡化和脱盐、要比其它方法消耗的能量都小;利用气体分离膜从空气中富集氧可大大提高氧气回收率等。
随着我国经济的快速发展,大量的含油污水被排放,同时海洋原油泄漏事件频发,对生态环境和人类的健康造成了严重威胁。传统油水分离方法主要包括气浮法、离心分离法、吸附和燃烧等,但均存在效率低、成本高、应用范围窄等缺点。超浸润分离膜由于具有结构可控性好、分离效率高和分离精度高的优点,目前成为油水分离领域的研究热点。近期,中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员刘富团队(先进功能膜)在高性能聚偏氟乙烯(PVDF)油水分离膜方向取得了一系列新成果。
1)PVDF瞬时催化及油水分离膜。针对复杂体系的油水分离问题,以机械性能和热稳定性能优异的聚偏氟乙烯(PVDF)为基膜,制备得到具有微纳米多级组装结构的PVDF-AuNPs微反应器分离膜。首先利用聚多巴胺作为膜表面“功能涂层”,对PVDF基膜进行初步修饰,然后将AuNPs微球通过动态过滤的方法负载到PVDF的指状孔内,形成微反应器。所得膜能够对含有硝基苯酚的水包油复杂体系,实现瞬时的硝基苯酚催化降解和油水分离。该方法对于将油水分离膜应用于实际含油废水处理,起到了重要的推动作用。相关工作已经发表于Chemical Engineering Journal, 2018, 334,579,副研究员王建强和吴紫阳为共同第一作者,刘富为通讯作者。
2)具有超稳定刚性浸润表面的柔性PVDF油水分离膜。针对通常聚合物微孔膜的表面微纳结构不稳定、在化学腐蚀及物理损伤下易蠕变及衰减的问题,通过仿生植物根系固定土壤模型,利用微孔PVDF膜表面的微纳结构限域固定TiO2纳米粒子,制备了具有刚性界面TiO2界面的柔性PVDF微孔膜。所得膜具有优异的稳定性,能够抵抗极端物理损伤(液压、手指擦拭、液氮淬火后砂纸磨擦)、高温和苛刻的化学腐蚀(强酸、强碱、强氧化剂次氯酸钠),并且能够连续有效分离含有表面活性剂的油包水乳液。在错流模式下,通过负载超亲水纳米TiO2粒子制备的PVDF膜,可实现水包油乳液的连续分离(通量达1700 ,分离效率>96%)(如图3)。 相关工作已经发表于Scientific Reports, 2017, 7: 14099,副研究员熊竹和林海波为共同第一作者,刘富为通讯作者,文章发表后受到了同行的广泛关注,该论文是2017年Scientific Reports期刊阅读量最多的前100篇文章之一。
3)超大通量静电纺丝PVDF油水分离膜。除了油水废液的复杂性和膜界面稳定性的制约,油水分离膜往往也受限于膜的低通量和易污染性。针对该问题,团队采用静电纺丝技术,通过将静电纺丝和静电喷涂相结合,制备得到了具有超高通量的PVDF纳米纤维油水分离膜,具有独特的微米级纤维及纳米级微球复合的结构。将该膜应用于高粘度的十甲基环五硅氧烷包水体系时,渗透系数高达88166±652 (分离效率>99%),远高于已报道数据。该方法制备过程简单,无需复杂的表面改性过程,是一种适宜工业化生产的新方法。相关工作已经发表于Journal of Materials Chemistry A, 2018, 6, 7014-7020。浙江理工大学博士吴金丹和硕士生丁雅杰是论文的共同第一作者,王建强、浙江理工大学教授王际平和刘富为该工作的共同通讯作者。
上述系列研究工作受到了国家重点研发计划(2017YFB0309600)、国家自然科学基金(5161101025、51475449、51703233)、中科院青促会(2014258)和宁波市创新团队(2014B81004)等项目的资助支持。
图1 PVDF指状催化反应器的制备过程
图2 PVDF膜油水分离及催化性能
图3 超浸润刚性界面PVDF膜的制备过程
图4 刚性界面PVDF膜油水分离性能
图5 超高通量PVDF纳米纤维油水分离膜的制备过程
图6 纳米纤维PVDF膜油水分离性能
来源:中国科学院宁波材料技术与工程研究所