功能高分子化学 课件 第三章-离子交换膜及分离膜
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高分子化学(第五版)第3章 ppt课件
73笼蔽效应cageeffect在聚合体系中引发剂的浓度相对很低引发剂分子处于单体或溶剂的笼子包围中初级自由基形成后像处在笼子中一样而自由基在笼子内的平均寿命约为1011109s若不能及时扩散出来就可能发生副反应而形成稳定分子使引发剂效率降低
国家级精品课程──高分子化学
第三章 自由基聚合 Free-radical Polymerization
.
21
1）热力学的一般概念
热力学状态函数及其相互关系
H－焓
E－内能
S－熵 G－自由焓（自由能）
H =E +pV =G +TS G =H TS
对于某一过程，
H =E +pV =G +TS G =H TS
ΔH =H 2 H1 , E =E2 E1 , G =G2 G1 , ΔS =S2 S1
.
27
单体结构还将影响聚合热。通常: 单体的键能越大（化学位越低，越稳定），聚合热越小 聚合物的键能越大，聚合热越大
聚合热的影响因素
（1）取代基的位阻效应：
1,1 双取代
单体键能↓、聚合物键能↓ ↓
则 -H↓；
结构不对称， 键易断裂
位阻及不对称结构 使键易断裂
.
28
H ethylene =95.0 kJ mol-1 H isobutylene =51.5 kJ mol-1 H MMA =56.5 kJ mol-1 H MSt =35 kJ mol-1
乙烯基醚等） 。
.
20
3.3 聚合热力学和聚合-解聚平衡
热力学讨论范围：反应的可能性、反应进行的方向以 及平衡方面的问题。
α-甲基苯乙烯在0℃常压下 能聚合，但在61℃以上不加压就 无法聚合，这属于热力学范畴。
国家级精品课程──高分子化学
第三章 自由基聚合 Free-radical Polymerization
.
21
1）热力学的一般概念
热力学状态函数及其相互关系
H－焓
E－内能
S－熵 G－自由焓（自由能）
H =E +pV =G +TS G =H TS
对于某一过程，
H =E +pV =G +TS G =H TS
ΔH =H 2 H1 , E =E2 E1 , G =G2 G1 , ΔS =S2 S1
.
27
单体结构还将影响聚合热。通常: 单体的键能越大（化学位越低，越稳定），聚合热越小 聚合物的键能越大，聚合热越大
聚合热的影响因素
（1）取代基的位阻效应：
1,1 双取代
单体键能↓、聚合物键能↓ ↓
则 -H↓；
结构不对称， 键易断裂
位阻及不对称结构 使键易断裂
.
28
H ethylene =95.0 kJ mol-1 H isobutylene =51.5 kJ mol-1 H MMA =56.5 kJ mol-1 H MSt =35 kJ mol-1
乙烯基醚等） 。
.
20
3.3 聚合热力学和聚合-解聚平衡
热力学讨论范围：反应的可能性、反应进行的方向以 及平衡方面的问题。
α-甲基苯乙烯在0℃常压下 能聚合，但在61℃以上不加压就 无法聚合，这属于热力学范畴。
离子交换膜分离技术讲解96页PPT
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❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
离子交换膜分离技术讲解
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事， 只想现 在的事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的 人才能 所向披 靡。
功能高分子化学离子交换膜与分离膜概述
离子交换膜在各个方面的应用
• 脱盐或纯化
• 水解
• 浓缩或分离
• 复分解
• 置换
• 电解、氧化、还原以及电化合成
2020/11/26
功能高分子化学离子交换膜和分离膜概述
11
2020/11/26
功能高分子化学离子交换膜和分离膜概述
12
电渗析器，异相离子交换膜引自2020/11/26功能高分子化学离子交换膜和分离膜概述
N a+ S O 3-N a+
C lS O 3-N a+
N a+
N a+
C lN a+
磺 酸 型 阳 膜 在 N aC l稀 溶 液 中 平 衡 示 意 图 R SO - 固 定 基 团 ； Na+ 解 离 子
功能高分子化学离子交换膜和分离膜概述
9
图例7
2020/11/26
N a+
苯 乙 烯 -二 乙 烯 基 苯 共 聚 物 N a+
_ 3
+
S
O
_ 3
+
磺酸型阳离子交换膜的膜体结构示意图 R SO2 固 定 基 团 ； + 解 离 离 子
功能高分子化学离子交换膜和分离膜概述
5
图例4
2020/11/26
磺 酸 型 阳 离 子 交 换 膜 曲 折 通 道 示 意 图
R S O 2 固 定 基 团 ；+ 解 离 离 子
功能高分子化学离子交换膜和分离膜概述
C l-
C O 3-N a+
C l-
C l-
S O 3-N a+
N a+
C l-
C l-
• 脱盐或纯化
• 水解
• 浓缩或分离
• 复分解
• 置换
• 电解、氧化、还原以及电化合成
2020/11/26
功能高分子化学离子交换膜和分离膜概述
11
2020/11/26
功能高分子化学离子交换膜和分离膜概述
12
电渗析器，异相离子交换膜引自2020/11/26功能高分子化学离子交换膜和分离膜概述
N a+ S O 3-N a+
C lS O 3-N a+
N a+
N a+
C lN a+
磺 酸 型 阳 膜 在 N aC l稀 溶 液 中 平 衡 示 意 图 R SO - 固 定 基 团 ； Na+ 解 离 子
功能高分子化学离子交换膜和分离膜概述
9
图例7
2020/11/26
N a+
苯 乙 烯 -二 乙 烯 基 苯 共 聚 物 N a+
_ 3
+
S
O
_ 3
+
磺酸型阳离子交换膜的膜体结构示意图 R SO2 固 定 基 团 ； + 解 离 离 子
功能高分子化学离子交换膜和分离膜概述
5
图例4
2020/11/26
磺 酸 型 阳 离 子 交 换 膜 曲 折 通 道 示 意 图
R S O 2 固 定 基 团 ；+ 解 离 离 子
功能高分子化学离子交换膜和分离膜概述
C l-
C O 3-N a+
C l-
C l-
S O 3-N a+
N a+
C l-
C l-
第三章 各种膜分离技术及分离机理ppt课件
固定离子
+ Cl正极 阴离子交换膜 负极
-
电渗析分离原理示意图
离子交换膜和离子交换树脂的区别：
作用机理 使用方法
树脂
离子间交换
选择互换作用
RSO3－H+
Na+ H+
解吸后须再生，并恢 复成原来的离子型式， 才能继续使用。
可连续使用， ∵是透过，不是交换。
膜
选择透过作用， RSO3－Na+ 膜上反离子是 H2O 什么，无关紧 Na+ Na+ Cl－ 要，主要是骨 架的电荷作用。
• 由Sourirajan于1963年建立。
• 他认为用于水溶液中脱盐的反渗透膜是多孔的并有一 定亲水性，而对盐类有一定排斥性质。 • 在膜面上始终存在着一层纯水层，其厚度可为几个水 分子的大小。在压力下，就可连续地使纯水层流经毛 细孔。
优先吸附毛细孔流动模型
压力 主体溶 液
H2O H2O H2O H2O H2O H2O Na+ClNa+ClNa+ClNa+ClNa+ClH2O 膜表面 H2O H2O H2O H2O H2O H2O H2O H2O H2O Na+Cl- H2O Na+Cl- H2O Na+ClNa+ClNa+ClH2O H2O H2O H2O H2O
同时水在纳滤膜中的渗透速率远大于反渗透膜，所以当需 要对低浓度的二价离子和分子量在500到数千的溶质进行 截留时，选择纳滤比使用反渗透经济。 应用： （1）小分子量的有机物质的分离； （2）有机物与小分子无机物的分离； （3）溶液中一价盐类与二价或多价盐类的分离；
（4）盐与其对应酸的分离。
高三化学二轮复习 各种离子交换膜 课件
②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为_____，其迁移方向是________ 。
K＋
由a到b
【典例3】（2022全国乙卷·6）Li－O2电池比能量高，在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。近年来科学家研究了一种光照充电Li－O2电池（如图所示）。光照时，光催化电极产生电子(e－)和空穴(h＋)，驱动阴极反应( Li＋＋ e－＝ Li)和阳极反应(Li2O2＋2h＋＝2Li＋＋O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是（ ）
阳极：放氧生酸
阴极：放氢生碱
稀NaOH
较浓H2SO4
电解Na2SO3得到NaOH，H2SO4
类型：分化型电解:盐→酸、碱
3-各类离子交换膜详解
单阳膜
（2）不允许阴离子通过进入阳极区，防止阳极产物与阴离子反应
（1）只允许阳离子通过
【典例1】(2020·浙江1月选考，18)在氯碱工业中，离子交换膜法电解饱和食盐水如图，下列说法不正确的是（ ）
A
正极 负极
MnO2 +2e- +4H+ = Mn2+ +2H2O， 消耗H+，则SO42-应该迁移出去；
Zn -2e- +4OH- = Zn(OH)42-，消耗OH-，则K+应该迁移出去；
离子运动方向：正正负负
只能做阴极，不被氧化
2H2O－4e－ = O2↑＋4H＋
2H2O+ 2e－ = H2↑＋2OH-
H＋+HCO3- = C O2↑＋H2O
✔
✖
✔
✔
无CO32-
1mol的C2H4转移12mol电子
B
铂为阳极
阴阳双模
（2）隔绝阴阳离子使之不发生反应，酸碱性分化更强
K＋
由a到b
【典例3】（2022全国乙卷·6）Li－O2电池比能量高，在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。近年来科学家研究了一种光照充电Li－O2电池（如图所示）。光照时，光催化电极产生电子(e－)和空穴(h＋)，驱动阴极反应( Li＋＋ e－＝ Li)和阳极反应(Li2O2＋2h＋＝2Li＋＋O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是（ ）
阳极：放氧生酸
阴极：放氢生碱
稀NaOH
较浓H2SO4
电解Na2SO3得到NaOH，H2SO4
类型：分化型电解:盐→酸、碱
3-各类离子交换膜详解
单阳膜
（2）不允许阴离子通过进入阳极区，防止阳极产物与阴离子反应
（1）只允许阳离子通过
【典例1】(2020·浙江1月选考，18)在氯碱工业中，离子交换膜法电解饱和食盐水如图，下列说法不正确的是（ ）
A
正极 负极
MnO2 +2e- +4H+ = Mn2+ +2H2O， 消耗H+，则SO42-应该迁移出去；
Zn -2e- +4OH- = Zn(OH)42-，消耗OH-，则K+应该迁移出去；
离子运动方向：正正负负
只能做阴极，不被氧化
2H2O－4e－ = O2↑＋4H＋
2H2O+ 2e－ = H2↑＋2OH-
H＋+HCO3- = C O2↑＋H2O
✔
✖
✔
✔
无CO32-
1mol的C2H4转移12mol电子
B
铂为阳极
阴阳双模
（2）隔绝阴阳离子使之不发生反应，酸碱性分化更强
功能高分子化学课件第三章-离子交换膜及分离膜.
• 膜体结构 图例1
*表示大分子结构 R* SO3- H+(Na+) 固定基团 解离离子
（或称反离子）
磺酸型阳离子交换膜
R* N+(CH3)3 OH-(Cl-)
固定基团
解离离子
（或称反离子）
6/28/2019
季铵型阴离子交换膜
3
图例2
异相离子交换膜体结构示意图 1-粘合剂
2-离子交换树脂粒
6/28/2019
在化工单元操作中，常见的分离方法有筛分、 过滤、蒸馏、蒸发、重结晶、萃取、离心分离等。 然而，对于高层次的分离，如分子尺寸的分离、生 物体组分的分离等，采用常规的分离方法是难以实 现的，或达不到精度，或需要损耗极大的能源而无 实用价值。
6/28/2019
19
具有选择分离功能的高分子材料的出现，使上 述的分离问题迎刃而解。膜分离过程的主要特点是 以具有选择透过性的膜作为分离的手段，实现物质 分子尺寸的分离和混合物组分的分离。膜分离过程 的推动力有浓度差、压力差和电位差等。膜分离过 程可概述为以下三种形式： ① 渗析式膜分离
由于膜分离技术具有高效、节能、高选择、多 功能等特点，分离膜已成为上一世纪以来发展极为 迅速的一种功能性高分子。
6/28/2019
27
2.1.3 功能膜的分类 1. 按膜的材料分类
表4—1 膜材料的分类
类别
膜材料
纤维素酯类 纤维素衍生物类
聚砜类
聚酰(亚)胺类 非纤维素酯类 聚酯、烯烃类
含氟(硅)类 其他
难渗透性溶 质或溶剂
杂质
溶剂
膜类型
非对称性膜
离子交换膜
均相膜、复 合
膜，非对称 膜
均相膜、复 合
功能高分子材料第3章 高分子分离膜
第三章 高分子分离膜_概述
• 复合膜中的皮层和亚层由不同的聚合物制成，每一层均 可独立地发挥最大作用。复合膜的制备方法包括浸涂、 界面聚合、原位聚合和等离子聚合等。
• 从膜的宏观形态来分，还可将膜分为平板膜、管状膜和 中空纤维膜。
• 平板膜还可分为无支撑膜（膜中仅包括分离用膜材料本 身）、增强型分离膜（膜中还包含用于加强机械强度的 纤维性材料）和支撑型分离膜（膜外加有起支撑增强作 用的材料）。
• 溶解扩散，膜材料对某些物质具有一定溶解能力时， 在外力作用下被溶解物质能够在膜中扩散运动，从膜 的一侧扩散到另一侧，再离开分离膜。
第三章 高分子分离膜_ 分离膜的分离原理
• 膜对被分离物质的透过性和对不同物质的选择性透过 是对分离膜最重要的评价指标。
• 透过率：在一定条件下，物质透过单位面积膜的绝对 速率称为膜的透过率，通常用单位时间透过物质量为 单位。
第三章 高分子分离膜_ 分离膜的分离原理
• 致密膜对液体的分离： • 对于流体而言，因为扩散分子与高聚物之间可以存在
强的相互作用，因此其扩散系数D随着浓度的变化而 变化，使情况变的复杂难以用某种数学关系对其说明。 • 特别是对于溶质的分离，目前对于物质在膜中通过的 情况很不清楚，因而尚无完善的理论，而是把它作为 一个“黑箱”问题。虽然现在提出了很多的假说，如 微孔筛孔学说、静电排除学说、选择吸附学说、均相 体系学说、自由体积学说等，但都只能在一定程度上 解释某些实验现象，存在着很大的缺陷。
• 透过选择性：两种不同物质（粒度大小或物理化学性 质不同）透过同一分离膜的透过率比值称为透过选择 性。
第三章 高分子分离膜_ 分离膜的分离原理
• 3.2.1 多孔膜的分离原理 • 多孔膜的分离机理主要是筛分原理，以截留水和非水溶液中不同
功能分离膜优秀课件
分压差
分离过程
• 分离对象：溶液中，溶质与溶剂的分离 • 分离过程：溶剂蒸气透过（蒸发），溶
质保留 • 分离机理：微孔膜，利用温差产生的蒸
气压差推动分离
膜材料及其制备
• 膜用高分子 天然膜：动物膀胱 人工膜：改性纤维素和改性多糖 合成高分子膜材料：
弱极性低表面张力膜：PE,PP,PTFE,SI,PVDF 极性膜：PAN,PARA,PI,PSU,PC 离子性高表面张力膜：高分子电解质
的化学势影响很小，可以忽略。
因此，增加压力无论从热力学还是从动力学看，对水的 淡化都是有利的。
在反渗透分离过程中所施加的压力，必须远大于溶液的 渗透压，一般为其的几到十几倍。
反渗透膜的分类：
1. 非荷电膜：多为含氧、氮等元素的亲水性高 分子材料
2. 荷电膜
反渗透技术的特点：
反渗透（RO）技术是一种高效节能技术。它依靠 压力推动将水和离子分离，从而达到纯化和浓缩 的目的。该过程无相变，一般不需加热，能耗低， 具有运行成本低，无污染，操作方便运行可靠， 产水水质高等诸多优点，而成为海水和苦咸水淡 化最节能的技术。
CA1 / CB1
假定在测量开始时，膜的透过侧没有A、B气体，则t时间后透 过侧的A、B浓度比与透过量之比相等，且起始供给侧中混合气 的浓度比等于分压比，因而，分离系数可化为：
Q A/Q BD A sA p A 1/D B sB p B 1D A sA
p A 1/p B 1
p A 1/p B 1
D B sB
离子交换膜
第一部分
反渗透膜（RO） 超滤膜 (UF) 微滤膜 (MF)
刘引烽 上海大学高分子材料系
问题
1. 膜分离的优点是什么？ 2. 分离功能膜有哪些主要类型？其分离的机理
分离过程
• 分离对象：溶液中，溶质与溶剂的分离 • 分离过程：溶剂蒸气透过（蒸发），溶
质保留 • 分离机理：微孔膜，利用温差产生的蒸
气压差推动分离
膜材料及其制备
• 膜用高分子 天然膜：动物膀胱 人工膜：改性纤维素和改性多糖 合成高分子膜材料：
弱极性低表面张力膜：PE,PP,PTFE,SI,PVDF 极性膜：PAN,PARA,PI,PSU,PC 离子性高表面张力膜：高分子电解质
的化学势影响很小，可以忽略。
因此，增加压力无论从热力学还是从动力学看，对水的 淡化都是有利的。
在反渗透分离过程中所施加的压力，必须远大于溶液的 渗透压，一般为其的几到十几倍。
反渗透膜的分类：
1. 非荷电膜：多为含氧、氮等元素的亲水性高 分子材料
2. 荷电膜
反渗透技术的特点：
反渗透（RO）技术是一种高效节能技术。它依靠 压力推动将水和离子分离，从而达到纯化和浓缩 的目的。该过程无相变，一般不需加热，能耗低， 具有运行成本低，无污染，操作方便运行可靠， 产水水质高等诸多优点，而成为海水和苦咸水淡 化最节能的技术。
CA1 / CB1
假定在测量开始时，膜的透过侧没有A、B气体，则t时间后透 过侧的A、B浓度比与透过量之比相等，且起始供给侧中混合气 的浓度比等于分压比，因而，分离系数可化为：
Q A/Q BD A sA p A 1/D B sB p B 1D A sA
p A 1/p B 1
p A 1/p B 1
D B sB
离子交换膜
第一部分
反渗透膜（RO） 超滤膜 (UF) 微滤膜 (MF)
刘引烽 上海大学高分子材料系
问题
1. 膜分离的优点是什么？ 2. 分离功能膜有哪些主要类型？其分离的机理
离子交换膜简介 ppt课件
3. 半均相离子交换膜 也是将活性基团引入高分子 支持物制成的。但两者不形成化学结合，其性能介于 均相离子交换膜和非均相离子交换膜之间。
3
PPT课件
离子交换膜按功能及结构的不同，又 可分为阳离子交换膜、阴离子交换膜、两性 交换膜、镶嵌离子交换膜、聚电解质复合物 膜五种类型。
4
PPT课件
阳离子交换膜是对阳离子具有选择透过 性。阳离15
6
PPT课件 7
PPT课件
离子交换膜主要的材料种类
聚乙烯均相阴阳膜 聚苯醚均相阳膜 聚砜型均相阴膜 聚氟乙烯-多胺型阴膜 偏氟乙烯阳膜 甲基丙烯酸均相阳膜 聚三氟氯乙烯阳膜
8
PPT课件
离子交换膜的制备
离子交换膜的制备主要包括以下三个步骤：制 备基膜，引进交联结构和引入功能基团。制膜 的途径主要有以下三种：
阴离子交换膜对阴离子具有选择透过性。 一般以-NH3+、-NR2H+或者-PR3+等阳离子 作为活性交换基团。
5
原理
PPT课件
离子子交换膜可以看作是一种高分子电解质, 他的高分子母体是不溶解的,而连接在母体上 的带电基团带有电荷和可解离离子相互吸引着, 他们具有亲水性。例如，由于阳膜带负电荷, 虽然原来的解离阳离子受水分子作用解离到水 中,但在膜外我们通电通过电场作用,带有正电 荷的阳离子就可以通过阳膜,而阴离子因为同 性排斥而不能通过,所以具有选择透过性。
换膜分为三大类：
1. 非均相离子交换膜 由粉末状的离子交换树脂加
黏合剂混炼、拉片、加网热压而成。树脂分散在黏合
剂中，因而其化学结构是不均匀的。
2. 均相离子交换膜 均相离子交换膜系将活性基团 引入一惰性支持物中制成。它没有异相结构，本身是 均匀的。其化学结构均匀，孔隙小，膜电阻小，不易 渗漏，电化学性能优良，在生产中应用广泛。但制作 复杂，机械强度较低。
3
PPT课件
离子交换膜按功能及结构的不同，又 可分为阳离子交换膜、阴离子交换膜、两性 交换膜、镶嵌离子交换膜、聚电解质复合物 膜五种类型。
4
PPT课件
阳离子交换膜是对阳离子具有选择透过 性。阳离15
6
PPT课件 7
PPT课件
离子交换膜主要的材料种类
聚乙烯均相阴阳膜 聚苯醚均相阳膜 聚砜型均相阴膜 聚氟乙烯-多胺型阴膜 偏氟乙烯阳膜 甲基丙烯酸均相阳膜 聚三氟氯乙烯阳膜
8
PPT课件
离子交换膜的制备
离子交换膜的制备主要包括以下三个步骤：制 备基膜，引进交联结构和引入功能基团。制膜 的途径主要有以下三种：
阴离子交换膜对阴离子具有选择透过性。 一般以-NH3+、-NR2H+或者-PR3+等阳离子 作为活性交换基团。
5
原理
PPT课件
离子子交换膜可以看作是一种高分子电解质, 他的高分子母体是不溶解的,而连接在母体上 的带电基团带有电荷和可解离离子相互吸引着, 他们具有亲水性。例如，由于阳膜带负电荷, 虽然原来的解离阳离子受水分子作用解离到水 中,但在膜外我们通电通过电场作用,带有正电 荷的阳离子就可以通过阳膜,而阴离子因为同 性排斥而不能通过,所以具有选择透过性。
换膜分为三大类：
1. 非均相离子交换膜 由粉末状的离子交换树脂加
黏合剂混炼、拉片、加网热压而成。树脂分散在黏合
剂中，因而其化学结构是不均匀的。
2. 均相离子交换膜 均相离子交换膜系将活性基团 引入一惰性支持物中制成。它没有异相结构，本身是 均匀的。其化学结构均匀，孔隙小，膜电阻小，不易 渗漏，电化学性能优良，在生产中应用广泛。但制作 复杂，机械强度较低。
高分子功能膜 (PPTminimizer)
多孔膜用于混合物水的分离： 多孔膜用于混合物水的分离：渗 微滤、超滤、纳滤、亲和膜等。 析、微滤、超滤、纳滤、亲和膜等。
依所用 膜分为
致密膜用于电渗析（ED）、逆渗析、 致密膜用于电渗析（ED）、逆渗析、气 ）、逆渗析 体分离、渗透汽化、蒸汽渗透等过程 体分离、渗透汽化、
2010-9-21
4.1 透析
2010-9-21
一、高分子功能膜分类
混合物分离分离膜 使用功能划分 药物释放缓释膜 分割作用保护膜 气体分离膜 液体分离膜 根据被分离物质性质 固体分离膜 离子分离膜 微生物分离膜 超细滤膜、超滤膜、 被分离物质粒度大小 超细滤膜、超滤膜、微滤膜 沉积膜 熔融拉伸膜 膜形成过程 溶剂注膜 界面膜 动态形成膜 密度膜 根据膜性质 相变形成膜 乳化膜 多孔膜
超滤膜
乙酸纤维素、聚砜和聚丙烯腈是现今通用超滤膜材料。中国科学 院广州化学研究所曾开发氰乙基代乙酸纤维素超滤膜能抗菌。中 国科学院生态环境中心进行膜防污塞和清洗的工作。
2010-9-21
微滤、 4.2 微滤、超滤和纳滤 纳滤
渗透膜， 最初的纳滤膜制备方法同逆 渗透膜，实质是用脱盐截留率较低的 芳香聚酰胺逆渗透膜，用于燃料等中等分子量的物质（ 芳香聚酰胺逆渗透膜，用于燃料等中等分子量的物质（相对分子质 量为500 的截留而容许盐和水通过。 500） 量为500）的截留而容许盐和水通过。由于一方面纳滤膜的水通过 量远大于逆渗透膜，而纳滤所用压力也较低（ 2.5MPa）；另一方 MPa）； 量远大于逆渗透膜，而纳滤所用压力也较低（1-2.5MPa）；另一方 面在无机盐类和有机中等分子量物质的分离以及一价阴、 面在无机盐类和有机中等分子量物质的分离以及一价阴、阳和多价 阳离子分离的要求，促进了纳滤的发展。 阴、阳离子分离的要求，促进了纳滤的发展。 纳滤技术为硬水软化提供了新途径。现行工艺路线： 纳滤技术为硬水软化提供了新途径。现行工艺路线： 海水 过滤 沉降 钠离子交换柱去除高价阳离子 逆渗透 淡水 沉降 逆渗透 浓水 淡水
依所用 膜分为
致密膜用于电渗析（ED）、逆渗析、 致密膜用于电渗析（ED）、逆渗析、气 ）、逆渗析 体分离、渗透汽化、蒸汽渗透等过程 体分离、渗透汽化、
2010-9-21
4.1 透析
2010-9-21
一、高分子功能膜分类
混合物分离分离膜 使用功能划分 药物释放缓释膜 分割作用保护膜 气体分离膜 液体分离膜 根据被分离物质性质 固体分离膜 离子分离膜 微生物分离膜 超细滤膜、超滤膜、 被分离物质粒度大小 超细滤膜、超滤膜、微滤膜 沉积膜 熔融拉伸膜 膜形成过程 溶剂注膜 界面膜 动态形成膜 密度膜 根据膜性质 相变形成膜 乳化膜 多孔膜
超滤膜
乙酸纤维素、聚砜和聚丙烯腈是现今通用超滤膜材料。中国科学 院广州化学研究所曾开发氰乙基代乙酸纤维素超滤膜能抗菌。中 国科学院生态环境中心进行膜防污塞和清洗的工作。
2010-9-21
微滤、 4.2 微滤、超滤和纳滤 纳滤
渗透膜， 最初的纳滤膜制备方法同逆 渗透膜，实质是用脱盐截留率较低的 芳香聚酰胺逆渗透膜，用于燃料等中等分子量的物质（ 芳香聚酰胺逆渗透膜，用于燃料等中等分子量的物质（相对分子质 量为500 的截留而容许盐和水通过。 500） 量为500）的截留而容许盐和水通过。由于一方面纳滤膜的水通过 量远大于逆渗透膜，而纳滤所用压力也较低（ 2.5MPa）；另一方 MPa）； 量远大于逆渗透膜，而纳滤所用压力也较低（1-2.5MPa）；另一方 面在无机盐类和有机中等分子量物质的分离以及一价阴、 面在无机盐类和有机中等分子量物质的分离以及一价阴、阳和多价 阳离子分离的要求，促进了纳滤的发展。 阴、阳离子分离的要求，促进了纳滤的发展。 纳滤技术为硬水软化提供了新途径。现行工艺路线： 纳滤技术为硬水软化提供了新途径。现行工艺路线： 海水 过滤 沉降 钠离子交换柱去除高价阳离子 逆渗透 淡水 沉降 逆渗透 浓水 淡水
高中化学《功能高分子 材料》精品课件 新人教版选修5
练习：
1、下列物质不属于有机高分子化合物的是( C ) 、下列物质不属于有机高分子化合物的是 A、淀粉 B、蛋白质 C、酒精 D、电木 、 、 、 、 2、下列不属于合成纤维的是 (B) 、 A、的确良 B、棉 C、人造棉 D、尼龙 、 、 、 、 3、有一张照片，一只可爱的小猫站在一块高分子 、有一张照片， 合成材料上，下面是烈火灼烧， 合成材料上，下面是烈火灼烧，而小猫却若无其 事。这说明此高分子材料一定具有的性质是 （C） A、良好的导热性 B、良好的绝缘性 、 、 C、良好绝热性 D、熔点低 、 、
人造心脏
人工膝关节
人工肾脏
人工心脏瓣膜 人造关节
[拓宽] 人体器官商店 拓宽] 十年后的某一天， 十年后的某一天，一位老人被告之他的心 脏正在急速衰竭，需要更换左心室。 脏正在急速衰竭，需要更换左心室。主治医师 将他健康的心脏细胞组织切片送到一家组织实 验室，即人造器官工厂。 验室，即人造器官工厂。研究人员利用组织切 片和特殊聚合物制造出代用的左心室。 片和特殊聚合物制造出代用的左心室。三个月 代用左心室被冷冻、包装并送往医院。 后，代用左心室被冷冻、包装并送往医院。医 生将代用品换到老人的心脏内。 生将代用品换到老人的心脏内。由于代用品相 当于老人自己的器官， 当于老人自己的器官，手术之后自然不会发生 任何排斥反应，老人的生命因此而得到延续。 任何排斥反应，老人的生命因此而得到延续。
第三节 功能高分子材料
一、功能高分子材料
1．功能高分子材料：指既有传统高分子材料 ．功能高分子材料： 的机械性能， 的机械性能，以有某些特殊功能的高分子材 料。 2．功能高分子材料的种类 ． （1）高分子分离膜：这是具有特殊分离功能 ）高分子分离膜： 的高分子材料制成的薄膜， 的高分子材料制成的薄膜，它的特点是能让 某些物质有选择地通过， 某些物质有选择地通过，而把另外一些物质 分离掉。 分离掉。
功能高分子材料-第三章高分子分离膜PPT课件
01
03
超滤膜的应用，提高了食品工业的生产效率和产品质 量，同时也为消费者提供了更加安全、健康的食品。
04
超滤膜的过滤精度高，能够有效地去除杂质和有害微 生物，同时保留原有的营养成分和口感，为食品工业 提供了一种高效、环保的加工方法。
纳滤膜在医药工业中的应用
纳滤膜是一种特殊类型的过滤膜，孔径范围在1-1纳米之间，具有较高的过滤精度和 选择性。
循环利用。
用于分离空气中的氧气、 氮气等气体，以及工业
尾气中的有害气体。
用于食品、医药、化工 等领域中物料的浓缩和
提纯。
02
高分子分离膜制备方法
相转化法
浸没沉淀相转化法
热致相分离法
将聚合物溶液流过支撑体，通过控制 溶剂蒸发速度和溶液浓度，使聚合物 在支撑体上沉淀，形成分离膜。
通过加热使聚合物溶液发生相分离， 形成分离膜。
反渗透膜技术的出现，为人类提供了 大量的淡水资源，对于解决全球水资 源短缺问题具有重要的意义。
超滤膜在食品工业中的应用
超滤膜是一种孔径范围在1-100纳米的过滤膜，能够 过滤出大分子物质和杂质，广泛应用于食品工业。
输标02入题
在食品工业中，超滤膜主要用于饮料、酒类、乳制品、 肉制品等产品的过滤澄清和除菌处理，提高产品质量 和延长保质期。
渗透速率。
高分子分离膜制备技术改进
先进的成膜技术
随着成膜技术的不断改进，高分子分离膜的 制备效率和质量得到了显著提高。例如，采 用先进的拉伸成膜技术、喷丝成膜技术、溶 胶-凝胶成膜技术等，可以制备出具有优异 性能的高分子分离膜。
新型的制膜设备
为了提高高分子分离膜的制备效率和产品质 量，不断有新型的制膜设备被研发出来。这 些设备采用了先进的控制系统和精密的机械 结构，能够实现自动化、连续化的生产，并
功能高分子第3章高分子分离膜
多用于透析、微滤、超滤、反渗透、膜蒸
发和膜电泳等场合。
醋酸纤维素的缺点: ①在酸、碱存在下易发生水解，pH值适应范
围较窄；
②易受微生物侵蚀；
③耐热性能差；
④耐溶剂性能差。 近年来甲壳素类海藻酸钠类成为了新的分 离膜制备材料。
2、聚砜类
O
特征基团：
S O
聚砜类树脂基本特性: ① 化学稳定性好， 耐热性能好；
聚乙烯醇/丙烯腈接枝共聚物
常见材料的最高允许使用温度
名称 醋酸纤维素 聚酰胺 温度／℃ 35
聚苯并咪唑
聚苯并咪唑酮 磺化聚苯醚 磺化聚砜 聚醚砜酮
90
70 70 120 160
四、 高分子分离膜的制备方法
1、致密膜的制备
２、多孔膜的制备
３、复合膜的制备
1、致密膜的制备 (1) 溶剂涂层挥发法 高分子铸膜液刮涂在玻璃等表面、干燥 旋涂成膜仪★ (2) 水面扩展挥发法 高分子溶液在水面扩展、溶剂挥发
（2） 超滤技术应用领域 超滤技术主要用于含分子量500～500,000的微 粒溶液的分离，是目前应用最广的膜分离过程之 一，它的应用领域涉及化工、食品、医药、生化 等。 ①纯水的制备 超滤技术广泛用于水中的细菌、病毒和其他异 物的除去，用于制备高纯饮用水、电子工业超净 水和医用无菌水等。
②汽车、家具等制品电泳涂装淋洗水的处理
——最上层的表面活性层，厚度0.1-1.5m
中间的过渡层；
最下面的支撑层，呈多孔状。
膜的分离性能主要取决于表面活性层和过渡层。
支撑层的作用为起支撑作用，提高膜的机械强度。
中空纤维状超滤膜的特点:直径小，强度高，不
需要支撑结构，管内外能承受较大的压力差。
制备超滤膜的材料主要有聚砜、聚酰胺、聚丙 烯腈和醋酸纤维素等。
发和膜电泳等场合。
醋酸纤维素的缺点: ①在酸、碱存在下易发生水解，pH值适应范
围较窄；
②易受微生物侵蚀；
③耐热性能差；
④耐溶剂性能差。 近年来甲壳素类海藻酸钠类成为了新的分 离膜制备材料。
2、聚砜类
O
特征基团：
S O
聚砜类树脂基本特性: ① 化学稳定性好， 耐热性能好；
聚乙烯醇/丙烯腈接枝共聚物
常见材料的最高允许使用温度
名称 醋酸纤维素 聚酰胺 温度／℃ 35
聚苯并咪唑
聚苯并咪唑酮 磺化聚苯醚 磺化聚砜 聚醚砜酮
90
70 70 120 160
四、 高分子分离膜的制备方法
1、致密膜的制备
２、多孔膜的制备
３、复合膜的制备
1、致密膜的制备 (1) 溶剂涂层挥发法 高分子铸膜液刮涂在玻璃等表面、干燥 旋涂成膜仪★ (2) 水面扩展挥发法 高分子溶液在水面扩展、溶剂挥发
（2） 超滤技术应用领域 超滤技术主要用于含分子量500～500,000的微 粒溶液的分离，是目前应用最广的膜分离过程之 一，它的应用领域涉及化工、食品、医药、生化 等。 ①纯水的制备 超滤技术广泛用于水中的细菌、病毒和其他异 物的除去，用于制备高纯饮用水、电子工业超净 水和医用无菌水等。
②汽车、家具等制品电泳涂装淋洗水的处理
——最上层的表面活性层，厚度0.1-1.5m
中间的过渡层；
最下面的支撑层，呈多孔状。
膜的分离性能主要取决于表面活性层和过渡层。
支撑层的作用为起支撑作用，提高膜的机械强度。
中空纤维状超滤膜的特点:直径小，强度高，不
需要支撑结构，管内外能承受较大的压力差。
制备超滤膜的材料主要有聚砜、聚酰胺、聚丙 烯腈和醋酸纤维素等。
功能高分子化学-7(膜材料-3)ppt课件
LB膜一般由两亲分子构成。
制备LB膜的需2步：制备单分子层及将其转移到固体介质表面。
垂直移动法
水平移动法
应用：作为分子筛对气体进行分离。 制备高林敏灵敏精度选，ppt课高件选202择1 性的生物传感器。 16
感谢亲观看此幻灯片，此课件部分内容来源于网络， 如有侵权请及时联系我们删除，谢谢配合！
阳 极 反 应 ： 1/2O 2+2H ++2e-
H 2O
精选ppt课件2021
11
液膜分离－液膜的结构和分类
液膜是一层很薄的液体，它能够将两个互溶的、组成不 同的溶液隔开，并通过这层液膜的选择性渗透作用实现 分离。
一、液膜主要成分
膜溶剂： 选择膜溶剂考虑膜的稳定性和对溶剂的溶解性。
表面活性剂：1％－5％
14
3、膜相化学反应（载体输送II型促进迁移）
载体分子R1
向内中试剂R2
R1+A→R1A
使分离浓缩合二为一
选择性：专一 渗透性：高通量 定向性：具有能量泵的作用
应用：
在生物化学、医学、废水处理中应用。
如利用液膜封闭来精选固pp定t课件酶2021
15
LB膜
LB（Langmuir-Blodgett)膜是一种超薄有机薄膜，是通过 在水－空气界面上将不溶的分子加以有序排列，形成单分子膜， 然后在转移到固体表面上而制得的膜。
首先用胶粘剂吸浸单体进行聚合，然后导入活性交换基团 制成含有胶粘剂的热塑性离子交换树脂，然后同异相膜那 样的工艺加工成膜。
• 均相膜的制备
直接使离子交换树脂薄膜化。
精选ppt课件2021
2
二、离子交换膜的结构与性能
离子交换膜是片状薄膜，而离子交换树脂是颗粒的。离子 交换树脂的微观结构基本上与离子交换树脂相同。
制备LB膜的需2步：制备单分子层及将其转移到固体介质表面。
垂直移动法
水平移动法
应用：作为分子筛对气体进行分离。 制备高林敏灵敏精度选，ppt课高件选202择1 性的生物传感器。 16
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阳 极 反 应 ： 1/2O 2+2H ++2e-
H 2O
精选ppt课件2021
11
液膜分离－液膜的结构和分类
液膜是一层很薄的液体，它能够将两个互溶的、组成不 同的溶液隔开，并通过这层液膜的选择性渗透作用实现 分离。
一、液膜主要成分
膜溶剂： 选择膜溶剂考虑膜的稳定性和对溶剂的溶解性。
表面活性剂：1％－5％
14
3、膜相化学反应（载体输送II型促进迁移）
载体分子R1
向内中试剂R2
R1+A→R1A
使分离浓缩合二为一
选择性：专一 渗透性：高通量 定向性：具有能量泵的作用
应用：
在生物化学、医学、废水处理中应用。
如利用液膜封闭来精选固pp定t课件酶2021
15
LB膜
LB（Langmuir-Blodgett)膜是一种超薄有机薄膜，是通过 在水－空气界面上将不溶的分子加以有序排列，形成单分子膜， 然后在转移到固体表面上而制得的膜。
首先用胶粘剂吸浸单体进行聚合，然后导入活性交换基团 制成含有胶粘剂的热塑性离子交换树脂，然后同异相膜那 样的工艺加工成膜。
• 均相膜的制备
直接使离子交换树脂薄膜化。
精选ppt课件2021
2
二、离子交换膜的结构与性能
离子交换膜是片状薄膜，而离子交换树脂是颗粒的。离子 交换树脂的微观结构基本上与离子交换树脂相同。
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2018/10/5
4
SO3 + SO3 +
_
_
SO3 +
_
图例3
_ SO3 +
SO3 + SO3 + SO3 +
_ _
_
SO3 + SO3 +
_
_
SO3 +
_
_
SO3 +
磺酸型阳离子交换膜的膜体结构示意图 R
2018/10/5
SO2
固定基团 ； +
解离离子
5
图例4
磺酸型阳离子交换膜曲折通道示意图
离子交换膜在各个方面的应用
• 脱盐或纯化 • 浓缩或分离 • 水解 • 复分解
• 置换
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• 电解、氧化、还原以及电化合成
11
2018/10/5
12
电渗析器，异相离子交换膜2018/10/5引自13电解食盐水装置
2018/10/5引自14管状离子交换膜
2018/10/5
2018/10/5
7
2.3 离子交换膜的选择透过现象
图例5
半透膜
Na+ ClR A
-
Na
Cl-
Na+ Cl(I) (II)
Na+
图2-6 Na+离子和Cl-离子在半透膜两侧互相碰撞示意图 R ANa 刚果红钠盐 (I)室
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刚果红钠盐溶液 NaCl溶液
8
(II)室
苯乙烯-二乙烯基苯共聚物
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9
• 图a+ Na+ Na+
Cl-
SO3-Na+ Na+
Cl-
SO3-Na+
+ Na+ SO3 Na Cl-
ClClCl-
Na
+
Cl-
ClNa+ Na+
SO3-Na+ Na+
SO3-Na+
Cl-
Na+
Na+ ClCl-
Na+
SO3-Na+ SO3-Na+
Na+ Na+
• 图例6
Na
+
SO3-Na+ Na+
SO3-Na+ SO3-Na+
ClCl-
Cl-
Cl-
SO3-Na+
SO3-Na+
Na+
SO3-Na+ SO3-Na+
Na+
Na+
ClClNa+
SO3-Na+
Cl-
SO3-Na+
Na+
磺酸型阳膜在NaCl稀溶液中平衡示意图 R SO固定基团 ； Na+ 解离子
2018/10/5 18
随着科学技术的迅猛发展和人类对物质利用广 度的开拓，物质的分离已成为重要的研究课题。分 离的类型包括同种物质按不同大小尺寸的分离；异 种物质的分离；不同物质状态的分离等。 在化工单元操作中，常见的分离方法有筛分、 过滤、蒸馏、蒸发、重结晶、萃取、离心分离等。 然而，对于高层次的分离，如分子尺寸的分离、生 物体组分的分离等，采用常规的分离方法是难以实 现的，或达不到精度，或需要损耗极大的能源而无 实用价值。
ClNa+ Na+
SO3-Na+
Na+ Cl
-
Cl-
ClSO3-Na+
Na+
磺酸型阳膜在NaCl浓溶液中平衡示意图
2018/10/5
R
SO3-
固定基团
； Na+
解离子
10
2.4 离子交换膜的一般性能和用途 离子交换膜的一般性能，常用物理、化学、电 化学性能表示：
• 应平整，均一，无针孔，并且有一定的机械强度和柔韧性。 • 应具有必要的选择透过性，这就要求有较高的交换容量。 • 应具有较高的导电性能，特别是应用在传导电流的设备中。 • 应具有较好的形态稳定性，故膜的溶胀度不应太大。 • 应具有耐高温，抗氧化，抗酸（或作原理2018/10/5引自162018/10/5
引自17第二节 高分子分离膜
2.1 概述
2.1.1 分离膜与膜分离技术的概念 分离膜是指能以特定形式限制和传递流体物质 的分隔两相或两部分的界面。膜的形式可以是固态 的，也可以是液态的。被膜分割的流体物质可以是 液态的，也可以是气态的。膜至少具有两个界面， 膜通过这两个界面与被分割的两侧流体接触并进行 传递。分离膜对流体可以是完全透过性的，也可以 是半透过性的，但不能是完全不透过性的。膜在生 产和研究中的使用技术被称为膜技术。
2018/10/5
19
具有选择分离功能的高分子材料的出现，使上 述的分离问题迎刃而解。膜分离过程的主要特点是 以具有选择透过性的膜作为分离的手段，实现物质 分子尺寸的分离和混合物组分的分离。膜分离过程 的推动力有浓度差、压力差和电位差等。膜分离过 程可概述为以下三种形式： ① 渗析式膜分离 料液中的某些溶质或离子在浓度差、电位差的 推动下，透过膜进入接受液中，从而被分离出去。 属于渗析式膜分离的有渗析和电渗析等；
2018/10/5 21
膜分离技术是利用膜对混合物中各组分的选择 渗透性能的差异来实现分离、提纯和浓缩的新型分 离技术。膜分离过程的共同优点是成本低、能耗 少、效率高、无污染并可回收有用物质，特别适合 于性质相似组分、同分异构体组分、热敏性组分、 生物物质组分等混合物的分离，因而在某些应用中 能代替蒸馏、萃取、蒸发、吸附等化工单元操作。 实践证明，当不能经济地用常规的分离方法得到较 好的分离时，膜分离作为一种分离技术往往是非常 有用的。并且膜技术还可以和常规的分离方法结合 起来使用，使技术投资更为经济。
2018/10/5
20
② 过滤式膜分离 利用组分分子的大小和性质差别所表现出透过 膜的速率差别，达到组分的分离。属于过滤式膜分 离的有超滤、微滤、反渗透和气体渗透等； ③ 液膜分离 液膜与料液和接受液互不混溶，液液两相通过 液膜实现渗透，类似于萃取和反萃取的组合。溶质 从料液进入液膜相当于萃取，溶质再从液膜进入接 受液相当于反萃取。
第三章 离子交换膜及分离膜
2018/10/5
1
第一节离子交换膜
1.1 概述 五十年代合成离子交换树脂取得成功之后， 就利用粘合剂把离子交换树脂细粉粘合起来制成 膜型，从而为制备具有实用价值的选择透过性膜 提供了条件。由于制膜的主要原料是离子交换树 脂，故称为离子交换（树脂）膜。
2018/10/5
2
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R
SO2
固定基团 ； +
解离离子
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膜的分类
• 阳离子交换膜有强酸膜，中等酸度膜和弱酸膜三 种。 • 阴离子交换膜有强碱，中等碱和弱碱膜三种。 • 特殊性能的膜有表面涂层膜，双极膜，两性膜及 镶嵌膜。 • 按用途分类，有电解槽隔膜，电池隔膜，渗透膜， 电渗析膜， • 人工肾膜及仿生膜等。
1.2 膜体结构和分类
• 膜体结构 图例1
*表示大分子结构 R* SO3H+(Na +) 解离离子 （或称反离子） 磺酸型阳离子交换膜 R* N+(CH 3)3 OH-(Cl-) 解离离子 （或称反离子）
3
固定基团
固定基团
季铵型阴离子交换膜
2018/10/5
图例2
异相离子交换膜体结构示意图 1-粘合剂 2-离子交换树脂粒