高分子膜材料在膜分離過程中的應用

摘 要：目前膜分離技術應用非常廣泛，而膜材料的研究也一直是材料領域研究的重點。高分子膜材料由于具有良好的性質，成為了膜材料研究的主要方向。文章介紹了高分子膜材料在膜分離過程中的應用，并重點介紹了高分子膜材料的改性方法和特性。對高分子膜材料發展趨勢進行展望。

關鍵詞：膜分離；高分子材料；改性

前言

18世紀人們開始注意到生物膜，由于它能對組分進行很好的分離，所以使得越來越多的人去研究。目前比較成熟的膜分離技術也就是根據生物膜的分離原理。膜分離是一種借住化學位或者外界能量，對氣體組分或液體組分進行分離、提純、富集或分離的新穎高效的分離技術。

傳統的分離方法有蒸發，萃取，離子交換等。這些方法大多需要加熱或者加化學劑，所以對一些熱敏物質或者生物活性物質并不適用。相對而言，膜分離技術是在常溫下進行的，對傳統分離方法沒辦法分離的物質具有很好的應用。目前，在污水處理、冶金、化工、電子等領域應用非常廣泛。隨著膜分離技術的快速發展，膜材料的開發被越來越重視。高分子膜材料由于具有良好的性質在膜材料領域占有重要的位置，高分子膜材料的制備，改性，性能等被廣泛的研究，取得大量的成果，在膜分離方面被廣泛應用。在此對高分子膜材料制備和改性的研究進行探討。

1 高分子材料在膜制備中的應用

膜分離的性能主要是由膜材料的特性決定的。目前高分子膜材料幾乎涵蓋了所以的膜分離過程，應用十分廣泛。下面介紹一下目前常用的一些高分子膜材料。

1.1 纖維素

纖維素是一類常見的天然高分子化合物，來源于植物細胞材料，資源非常豐富。其中醋酸纖維素（CA）是應用最廣泛的一類膜材料，它第一次應用于膜分離是在1960年，Loeb和Sourirajan制造出非對稱醋酸纖維素反滲透膜，其具有高脫鹽率和高透水量。同均質醋酸纖維素反滲透膜相比，相同的脫鹽率，非對稱醋酸纖維素透水量高出10倍。但是，由于醋酸纖維素分子中含有-COOR，在酸堿作用下容易發生水解，這嚴重限制了CA材料的單獨應用。不過其與其他材料共混，如CA與三醋酸纖維素共混，制備的不對稱鈉率膜，其截留分子量在200-600之間，在1MPa下對1000mg/L的Na2SO4水溶液截留率達到85%-98%。

纖維素及其衍生物是線型棍狀，不易彎曲的大分子。目前常把它制成微慮膜、超濾膜和反滲透膜等，應用前景十分廣闊。

1.2 聚酞胺類高分子材料

含有肽胺鏈（-CONH-）的一類聚合物被稱為聚肽胺類高分子。它在膜領域可以被制備成液體、氣體分離膜。

1.3 殼聚糖

殼聚糖是一類特殊的多糖。我們常見的多糖基本是顯酸性，而殼聚糖是唯一一個天然堿性，其含有反應活性強的梭基和氨基。殼聚糖具有生物親和性好、可以生物降解、容易接枝改性和固定化微生物效率高等優點，其被廣泛應用在可降解生物膜載體中。

除此之外，殼聚糖還容易改性成膜，耐溶劑性，無毒、抗菌、無副作用，在水溶液中易形成氫鍵，尤其對堿土金屬離子的脫出率很高。目前硬水軟化的反滲透膜主要材料就是殼聚糖，應用潛力很大。

1.4 其它高分子材料

聚丙烯，聚四氟已烯，聚偏氟已烯等高分子材料也常被制成膜，這類膜具有較好的耐氧化性，良好的疏水性。高分子材料種類很多，每一類都有自己的適用范圍，這就導致工作量很大，如果能充分利用高分子材料的改性和接枝特性，這就可以大大擴寬高分子膜的應用范圍。

2 高分子膜材料的改性

膜的性質是由膜材料的特性決定的。隨著膜應用領域的發展，目前對膜的要求越來越高，既要有高的選擇性，穩定的化學性質，熱穩定性，又要有較高的通量，足夠的機械強度。單一的高分子材料很難同時具備這些要求，高分子膜材料的改性得到重視和發展，通過改性，可以使獲得多種性能要求的膜材料。

目前常用的改性方法有活性劑吸附、輻照、表面接枝、等離子體表面聚合及等離子體表面改性等方法，每一種方法各有自身特點。

郭紅霞等人對高分子量聚乙烯微孔膜進行改性，結果顯示改性膜具有較高的抗蛋白質污染能力，且改性膜比未改性膜顯示較大的通量恢復，清洗后其通量恢復率可達80%以上。黃繼才等人將過渡金屬加入到醋酸釬維素（CA）中得到改性的CA，改性后的膜不僅耐高溫，而且還具有耐酸性。由此可以看出，通過改性后的高分子膜材料，其化學穩定性、熱穩定性、耐蝕性以及機械性能等方面都有一定程度的提高，因此對高分子材料而言，對材料進行改性是其研究的又一重要領域。

3 前景與展望

隨著人們對產品質量要求不斷提高，對生產成本要求不斷降低，高分子膜材料還有很大的不足。接下來從選擇性、通量穩定性和經濟效益三個角度分析高分子膜材料的發展趨勢。

膜分離的最重要特點就是選擇透過性。針對高分子膜材料而言，滿足對更多物質的選擇性分離問題，應該定量研究分子結構與分離性能之間的關系。除了開發天然高分子材料之外，還要更多的根據需要合成各種性能的組合高分子膜材料，這是高分子膜材料主要的發展趨勢。有機-無機雜化高分子膜材料、高分子合金材料也是發展方向。任何形式的分離膜，在使用過程中，都會存在膜孔堵塞，膜表面形成粘性附層等膜污染問題。這是影響膜通量穩定性和產值比最主要的原因。在今后的研究中，應該重點放在污染小，壽命長的膜材料。比如通過選擇合理的膜組件設計，合適的膜材料；針對高分子膜材料的防污染，清洗方法；科學的工藝流程等。這些都是目前高分子膜材料所需要解決的問題。

膜分離技術目前已經廣泛應用在很多領域，不過在部分領域，由于膜材料的限制，還無法大范圍推廣，這也是高分子分離膜今后重點發展的方向。

參考文獻

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