高分子论文

浅谈高分子分离膜（化学化工学院化工1303班乐恢赏）摘要：高分子分离膜是由聚合物或高分子复合材料制得的具有分离流体混合物功能的薄膜。随着人类的进步和科技的发展，高分子分离膜广泛应用于日常生活中，因为高分子分离膜是一种能耗低，效率高的分离材料。本文将进行高分子分离膜的薄膜材料，生产工艺，应用领域和发展前景的浅谈。关键词：高分子分离膜工艺前景英文摘要：Polymerseparationmembraneisathinfilmwiththefunctionofseparatingfluidmixturefromthepolymerorpolymercompositematerial.Withtheprogressofhumanbeingsandthedevelopmentofscienceandtechnology,polymermembraneiswidelyusedindailylife,becausethepolymermembraneisalowenergyconsumption,highefficiencyofseparationmaterials.Inthispaper,wewilldiscussthefilmmaterial,productiontechnology,applicationfieldanddevelopmentprospectofpolymermembrane.前言：80年代以来，高分子分离膜正在向高效率、高选择性、功能复合化及形式多样化的方向发展。不对称膜和复合膜的制备以及聚合物材料的超薄膜化等的研究十分活跃。膜分离技术在新能源、生物工程、化工新技术等方面已显示出它的潜力。随着膜分离科学与技术的发展，膜分离越来越多的应用在水处理行业包括海水淡化、污/废水处理、纯净水等，石化行业包括石油产品分离、有机物脱水纯化等，食品医药生物行业等领域。一.薄膜材料膜分离技术的核心是膜，分离膜材料的化学性质和膜的结构对膜分离的性能起着决定性影响。最初用作分离膜的高分子材料是纤维素酯类材料。随着膜应用领域的不断拓展，对膜材料提出了更新更高的要求。既要求膜具有较高的选择性，较高的通量，又要有足够高的机械强度、化学和热稳定性。但是仅单一的均聚物高分子材料不能满足分离膜的这些要求，因此需要对膜材料进行改性，以获得不同性能要求的膜（材料）。目前常用的改性方法有活性剂吸附、辐照、表面接枝、等离子体表面聚合及等离子体表面改性等方法，每一种方法各有自身特点。所以，后来，又逐渐采用了具有各种不同特性的聚砜、聚苯醚、芳香族聚酰胺(见芳香族聚酰胺纤维)、聚四氟乙烯（见氟树脂）、聚丙烯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚苯并咪唑、聚酰亚胺等。高分子共混物和嵌段、接枝共聚物（见聚合物）也越来越多地被用于制分离膜，使其具有单一均聚物所没有的特性。二．生产工艺高分子分离膜具有分离液-固、液-液、气-气等能力的均相或非均相混合物膜。由合成高分子、半合成高分子和天然高分子构成的膜。为区别于无机物组成的分离膜，故又称为有机分离膜。高分子分离膜能成为相邻两相主动或被动传质的障碍，借助于这种选择渗透性，在压力差、浓度差或电位差的作用下，使流体混合物分离。其分离过程包括微孔过滤、超过滤、反渗透（超滤）、气体渗透分离、渗透蒸发、渗析及电渗析、液膜（促进传递）等。高分子分离膜的分离性能由选择性和渗透性决定。对于需要分离的物质其选择性和渗透性要求越高越好，而对于需要截留的物质则要求选择性越高，而渗透率越低越好。其性能表示方法为单位时间内流体通过膜的量和物质透过系数之比。它们必须同时具有较大的数值和保持较长时间不变，才有工业使用价值，高分子分离膜的制备方法主要有相转换法，它包括干法相转换、湿法相转换、热凝胶法和聚合物辅助相转换法、拉伸法和辐照法等。随制膜条件的改变可得到性能完全不同的分离膜。高分子分离膜的形状有中空管式、中空纤维式和平板式三类。三．应用领域高分子分离膜是在液体混合物中，对于不同的气体或液体组分，膜的选择渗透作用性能是不同的，膜分离技术就是是利用膜的选择渗透作用的差异而发挥作用的，它的推动力是外界能量、化学位差，对多组分混合的气体或液体，进行分离，分级，提纯，它在污水处理、食品、能源、医药以及化工生产等行业中，得到了广泛的应用，取得了迅速的发展。以下举例说明：1.用于氢气的回收：另类高分子分离膜对氢气具有选择性，可有效地用于合成气体的调节，冶炼气体中氢气的回收以及液态氨合成中的氢气回收，此类技术在美国广泛应用。2.有机气体的回收:针对一些高分子材料对有机气体有特殊的选择性、过滤性。有机气体在此类高分子材料中穿透性快的特点，将分离膜用于有机气体的回收，如回收在塑料合成中的单分子气体，回收工业排放气中的有机物质，既使能源在利用，又净化了气体，美国和西方国家生产出的此类高分子分离膜已广泛用于化工工业及环境治理。3.用于人类肾的过滤:据不完全统计，肾病患者人群发病率为万分之五，国内按12亿人口测算，需要使用血液透析器（人工肾）治疗肾功能衰竭病人约60万人。按每周透析1次（实际每周透析2-3次）计算，每年需要3000万只人工肾，也有资料表明至少需要1000万只。目前国内进口的和国内组装的人工肾只能让大城市内的大医院使用，远远不能满足农村与边远地区的要求。据资料分析,在人工肾血液透析过程中，长期使用纤维素类型中空纤维膜透析的病人血液中的中分子物质和β微球蛋白水平的升高，它将导致神经病变及透析性淀粉样变，远期并发症，这一现象已受到医学界的关注与重视，因此血液滤过的概念也随之提出，而且正在血液透析领域中得到快速地发展。目前传统的血仿膜对上述物质几乎无清除作用。各国学者已在研究各种合成材料中空纤维代用品。上海德圆科技发展有限公司已纺制成可做人工肾透析器低通量与高通量的聚砜与聚醚砜中空纤维膜，这将为新型人工肾的应用奠定了基础。4.生物人工肝:暴发性肝功能衰竭仍是一种死亡率很高的危重病症，用一般治疗方法都不能达到理想的效果。国内外较早地研究了微囊肝细胞⒆和体外装置等形式。但现在生产的微囊还不足以对抗体外灌注的高血流速度所产生的切应力，从已经得到的结果分析，活肝细胞-中空纤维生物人工肝是目前最先进的人工肝装置。中空纤维肝细胞反应器是将一束平行排例的具有一定孔径的高分子分离膜安装在一个圆型外壳内，按功能它可分为两个腔室：中空纤维管内腔和中空纤维与外壳间的外腔。两部分通过中空纤维管壁上的微孔进行物质交换。肝细胞种植在纤维管外表面，血液在中空纤维管内循环。5.在中草药精制、浓缩中的应用中草药针剂是一种新的剂型，在中草药中有大量的鞣质、蛋白、淀粉、树脂等大分子物质，这些大分子物无药效，必须去除。高分子分离膜可以去除这些无用物质，使药液得以澄清、浓缩，由于去除了鞣质等杂质，明显地提高了针剂的澄清度和储存稳定性。目前当归注射液、丹参注射液等都已用超滤膜进行处理。值得提出的是，膜技术在中药中的过滤优点远非以上这些。应该对于中医药进行整体研究，这样才能将膜技术真正用上去，目前已有人正在研究中草药中更深层次的作用与功效，提出一种新的过滤概念，开拓一种新型中草药过滤方法，以提高药物的治疗效果，以期达到事半功倍之效，加快病人的康复。四.发展前景合成高分子材料以其良好的成膜性、热稳定性、化学稳定性、耐酸、碱、微生物侵蚀和耐氧化性能，一直占据分离膜材料的主导地位。但目前这类高分子材料大多为已有商品高分子，并非按膜分离需要设计合成，这也是目前一些膜性能不理想的原因，因此根据现今对膜分离机理的认识，继续合成各种分子结构的功能高分子，制成均质膜，定量地研究分子结构与分离性能之间的关系；根据不同的分离对象，引入不同的活化基团，通过改变高分子的自由体积和链的柔软性，改进其分离性能或改变其物理、化学性质；发展高分子合金，使膜具有性能不同甚至截然相反的基团，在更大范闱内调节其性能，是高分子膜材料将要集中研究的几个方面。总之,高分子分离膜的用途越来越广泛。据报道,世界上已经有数千座大型海水脱盐厂采用高分子分离膜进行脱盐制淡水,中空纤维超滤膜和反渗透膜用于制备电子工业和超大规模集成电路用的超纯水,每毫升水只含3个以下细菌。中空纤维分离膜也可用于水处理和含铬等重金属的电镀水处理等。近年来杜邦公司研制出了PEEK中空纤维超滤膜和反渗透膜,PEEK的平均分子量为39200,该分离膜可分离分子量为36万左右的物质,分离率为80%。在人体医学领域,人工肾,人工肺,人工肝和人工脾都是用中空纤维分离膜制的。在生物化学领域,可以将聚乙烯醇超细纤维载体,生物酶和有机硅中空纤维富氧膜组合起来形成功能高活性的生物膜,它可将活性污泥固定其上,当进行—葡萄糖系人工排水处时,与一般标准活性污泥法相比,处理速度可提高一倍,且无需进行活性污泥的分离,效率高,节能效果好。参考文献[1]张子勇，林尚安．乙丙三元橡胶磺酸钴离聚体膜的富氧性能研究[T]．高分子学报，1997，(1)：55-61．[2]沈之荃，张一峰，江东林．高选择性透过二氧化硫分离膜的研究(Ⅳ)不同烃基乙烯基亚砜接枝乙始醇膜的透过性能[J]．高分子学报，1995。[3]王忠刚，陈天禄，徐纪平．不同结构聚芳醚的H2/N2透过选择性能[J]．高分子材料科学与工程，1995，(4)：117-120．[4]王志斌，申静，高朝祥，周文，高分子膜材料在膜分离过程的应用.四川化工职业技术学院，四川泸州。[5]王世荣，张敬贤.分子分离膜材料的最新研究进展。[6]郑祥，朱小龙，樊耀波.膜生物反应器处理毛纺废水的中试研究[J].环境科学，2001，22（4）：91~94[7]甄寒菲，王志，李保安.用于分离CO2的高分子膜[J].高分子材料科学与工程，1999，15（6）：29–31