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4、膜的制备原理
凡能成膜的高分子材料和无机材料均可用于制备分离膜。然而,实际上真正成为工业化膜的膜材料并不多。这主要决定于膜的一些特定要求,如分离效率、分离速度等。此外,与膜的制备技术也有着必然的联系。
目前,实用的有机高分子膜材料有:纤维素酯类、聚砜类、聚酰胺类及其他材料。
1、纤维树脂类膜材料
纤维素是由几千个椅式构型的葡萄糖基通过1,4—β—甙链连接起来的天然线性高分子化合物,其结构式为:
从结构上看,每个葡萄糖单元上有三个羟基。在催化剂(如硫酸、高氯酸或氧化锌)存在下,能与冰醋酸、醋酸酐进行酯化反应,得到二醋酸纤维素或三醋酸纤维素。
醋酸纤维素是当今最重要的膜材料之一。
醋酸纤维素性能稳定,但在高温和酸、碱存在下易发生水解。为了改进其性能,进一步提高分离效率和透过速率,可采用各种不同取代度的醋酸纤维素的混合物来制膜,也可采用醋酸纤维素与硝酸纤维素的混合物来制膜。此外,醋酸丙酸纤维素、醋酸丁酸纤维素也是很好的膜材料。
2、非纤维素酯类膜材料
(1)非纤维素酯类膜材料的基本特性
① 分子链中含有亲水性的极性基团
② 主链上应有苯环、杂环等刚性基团,使之有高的抗压密性和耐热性
③ 化学稳定性好
④ 具有可溶性
(2)主要的非纤维树脂类膜材料
Ⅰ 聚砜类
聚砜结构中的特征基团为
,为了引入亲水基团,常将粉状聚砜悬浮于有机溶剂中,用氯磺酸进行磺化。
聚砜类树脂具有良好的化学、热学和水解稳定性,强度也很高,pH值适应范围为1~13,最高使用温度达120℃,抗氧化性和抗氯性都十分优良。因此已成为重要的膜材料之一。
这类树脂中,目前的代表品种有:
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