膜(membrane)是具有選擇性分離功能的材料。利用膜的選擇性分離實現料液的不同組分的分離、純化、濃縮的過程稱作膜分離。與傳統(tǒng)過濾不同,膜可以在分子范圍內進行分離,并且這過程是一種物理過程,不需發(fā)生相的變化和添加助劑。
膜的孔徑一般為微米級,依據其孔徑的不同(或稱為截留分子量),可將膜分為微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜。應用中,還有兩種常見的分類方法,按結構,化學組成進行分類。
1. 按膜結構分類
液膜:按制膜材料形態(tài)來分類的一種,即以液態(tài)物質為分離介質形成的膜,亦叫液相膜或液膜。這種膜可以把兩種氣相,氣液兩相或兩相不互溶的液體進行分隔和促進分離,如乳化液膜和支撐液膜。
固膜:按制膜材料形態(tài)來分類的一種以固態(tài)物質為分離介質制成的膜,亦叫固相膜或固體膜。
對稱膜:一般指膜的各部分具有相同的特性,其孔結構不隨深度而變化的膜。膜的厚度范圍為10-200um。
非對稱膜:由同種材料制成的,一層為致密分離層,其厚度通常為0.1-0.5um另一層或多層(如無機膜)為支撐層(其厚度為5-10um)。
2. 按化學組成分類
根據材料的不同,可分為無機膜和有機膜。不同的膜材料具有不同的化學穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、機械性能和親和性能,對于不同的分離體系,利用不同材料制備的分離膜可以取得較好的效果。
(1)有機膜
有機膜是以有機高分子聚合物為材料制成的具有分離功能的滲透膜。這類膜的優(yōu)點是容易加工成型,成本低。其缺點是在高溫,高壓和有強吸附組分下,性能不穩(wěn)定。
·纖維素類:二醋酸纖維素、三醋酸纖維素、醋酸丙酸纖維素、硝酸纖維素等;
·素酰胺類:尼龍-66,芳香聚酰胺、芳香聚酰胺酰肼等;
·芳香雜環(huán)類:聚哌嗪酰胺,聚酰亞胺、聚苯并咪唑、聚苯并咪唑銅等;
·聚砜類:聚砜、聚醚砜、碘化聚砜、磺化聚醚砜等;
·聚烯烴類:聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚丙烯酸等;
·硅橡膠類:聚二甲基硅氧烷、素三甲基硅烷丙塊,聚乙烯基三甲基硅烷;
·含氟聚合物:聚全氟硫酸、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯等;
·其他:聚碳酸酯、聚電解質。
其中,纖維素類是應用最早,也是應用最多的膜材,它主要用于滲透膜、納濾膜、超濾膜、微濾膜、透析膜中,在氣體分離膜和滲透蒸發(fā)中也有應用。由于在較高溫度、酸性和堿性條件下纖維素膜易水解,此外易被許多微生物分解,所以纖維素膜的耐久性較差。
(2)無機膜
無機膜是以無機材料為分離介質制成的具有分離功能的滲透膜,如金屬膜、合金膜、陶瓷膜、高分子金屬配合物膜、分子篩復合膜、沸石膜和玻璃膜等,它具有化學穩(wěn)定性好、耐高溫、孔徑分布窄和分離效率高等特點,可用于氣體分離等。
無機膜主要還只有微濾級別的膜,主要是陶瓷膜和金屬膜:
·陶瓷:聚化鋁、氧化硅、氧化鋯等;
·玻璃:硼酸鹽玻璃;
·金屬:鋁、鈀、銀等。
其中,金屬膜以金屬材料,如鈀、銀為介質制成的具有分離功能的滲透膜?衫闷鋵涞娜芙鈾C理制備超純氫和進行加氫或脫氫膜反應。(Lisa WU)