【正文】 聚丙烯（ PP）、聚苯乙烯（ PSt）、聚四氟乙烯（ PTFE）等非極性材料和聚乙烯醇（ PVA）、聚丙烯腈（ PAN）、聚二甲基硅氧烷（ PDMS）等極性材料。非極性膜大多被用于分離烴類有機(jī)物，如苯與環(huán)己烷、二甲苯異構(gòu)體，甲苯與庚烷以及甲苯與醇類等，但選擇性一般較低。 極性膜一般用于醇 — 水混合物的分離。其中聚乙烯醇是最引人注目的一種分離醇 — 水混合物的膜材料。 聚乙烯醇對(duì)水有很強(qiáng)的親和力，而對(duì)乙醇的溶解度很小，因此有利于對(duì)水的選擇吸附。該膜在分離低濃度水 —乙醇溶液時(shí)有很高的選擇性。但當(dāng)水的濃度大于 40％時(shí)，膜溶脹加劇，導(dǎo)致選擇性大幅度下降。 聚丙烯腈對(duì)水也顯示出很高的選擇性，但滲透通量較小，所以通常被用作復(fù)合膜的多孔支撐層。 在工業(yè)發(fā)酵罐得到的是約 5％的乙醇 — 水溶液，這時(shí)采用優(yōu)先透醇膜顯然更為經(jīng)濟(jì)實(shí)用。最常用的透醇膜材料是聚二甲基硅氧烷。但其對(duì)醇的滲透速率與選擇性都比較低，選擇性 α 一般在 10以下。 3. 滲透蒸發(fā)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域 滲透蒸發(fā)作為一種無污染、高能效的膜分離技術(shù)已經(jīng)引起廣泛的關(guān)注。該技術(shù)最顯著的特點(diǎn)是很高的單級(jí)分離度，節(jié)能且適應(yīng)性強(qiáng)，易于調(diào)節(jié)。 目前滲透蒸發(fā)膜分離技術(shù)已在無水乙醇的生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。與傳統(tǒng)的恒沸精餾制備無水乙醇相比，可大大降低運(yùn)行費(fèi)用，且不受汽 — 液平衡的限制。 除了以上用途外，滲透蒸發(fā)膜在其他領(lǐng)域的應(yīng)用尚都處在實(shí)驗(yàn)室階段。預(yù)計(jì)有較好應(yīng)用前景的領(lǐng)域有：工業(yè)廢水處理中采用滲透蒸發(fā)膜去除少量有毒有機(jī)物（如苯、酚、含氯化合物等）；在氣體分離、醫(yī)療、航空等領(lǐng)域用于富氧操作；從溶劑中脫除少量的水或從水中除去少量有機(jī)物；石油化工工業(yè)中用于烷烴和烯烴、脂肪烴和芳烴、近沸點(diǎn)物、同系物、同分異構(gòu)體等的分離等。 氣體分離膜 1. 氣體分離膜的分離機(jī)理 氣體分離膜有兩種類型：非多孔均質(zhì)膜和多孔膜。它們的分離機(jī)理各不相同。 （ 1）非多孔均質(zhì)膜的溶解擴(kuò)散機(jī)理 該理論認(rèn)為，氣體選擇性透過非多孔均質(zhì)膜分四步進(jìn)行：氣體與膜接觸，分子溶解在膜中，溶解的分子由于濃度梯度進(jìn)行活性擴(kuò)散，分子在膜的另一側(cè)逸出。 （ 2）多孔膜的透過擴(kuò)散機(jī)理 用多孔膜分離混合氣體，是借助于各種氣體流過膜中細(xì)孔時(shí)產(chǎn)生的速度差來進(jìn)行的。 2. 制備氣體分離膜的材料 （ 1）影響氣體分離膜性能的因素 1）化學(xué)結(jié)構(gòu)的影響 通過對(duì)不同化學(xué)結(jié)構(gòu)聚合物所制備的氣體分離膜的氣體透過率 P、擴(kuò)散系數(shù) D和溶解系數(shù) S的考察，可得出化學(xué)結(jié)構(gòu)對(duì)透氣性影響的定性規(guī)律。從表 24的數(shù)據(jù)可知，大的側(cè)基有利于提高自由體積而使 P增加。 表 24 某些聚合物材料的氧氣透過率 品種 102 /kPa 品種 102 /kPa 聚乙烯 聚丙烯 聚異丁烯 1, 2— 聚丁二烯 1, 4— 聚丁二烯 34 3, 4— 聚異戊二烯 1, 4— 聚異戊二烯 C CCH3C5H11C CCH3C CCl2）形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響 一般情況下，聚合物中無定型區(qū)的密度小于晶區(qū)的密度。因此氣體透過高聚物膜主要經(jīng)由無定形區(qū)，而晶區(qū)則是不透氣的。這可以通過自由體積的差別來解釋。但對(duì)某些聚合物可能出現(xiàn)例外，如 4甲基戊烯（ PNP）晶區(qū)的密度反而小于非晶區(qū)的密度，故其晶區(qū)可能對(duì)透氣性能也有貢獻(xiàn)。 聚合物分子鏈沿拉伸方向取向后，透氣性和選擇性均有所下降，如未拉伸的聚丙烯的 和 α O/N分別為 163kPa和，經(jīng)單向拉伸后變?yōu)?111kPa和 ，經(jīng)雙向拉伸后則變?yōu)?65kPa和 。 高分子的交聯(lián)對(duì)透氣性影響的一般規(guī)律是隨交聯(lián)度的增加，交聯(lián)點(diǎn)間的尺寸變小，透氣性有所下降。但對(duì)尺寸小的分子，如氫氣和氦氣等，透氣性則下降不大。 2OP（ 2）制備氣體分離膜的主要材料 根據(jù)不同的分離對(duì)象，氣體分離膜采用不同的材 料制備。 1） H2的分離 美國(guó) Monsanto公司 1979年首創(chuàng) Prism中空纖維復(fù)合氣體分離膜，主要用于氫氣的分離。其材料主要有醋酸纖維素、聚砜、聚酰亞胺等。其中聚酰亞胺是近年來新開發(fā)的高效氫氣分離膜材料。它是由二聯(lián)苯四羧酸二酐和芳香族二胺聚合而成的，具有抗化學(xué)腐蝕、耐高溫和機(jī)械性能高等優(yōu)點(diǎn)。 2） O2的分離富集 制備富氧膜的材料主要兩類：聚二甲基硅氧烷（ PDMS）及其改性產(chǎn)品和含三甲基硅烷基的高分子材料。 PDMS是目前工業(yè)化應(yīng)用的氣體分離膜中 最高的膜材料，美中不足的是它有兩大缺點(diǎn)：一是分離的選擇性低，二是難以制備超薄膜。 2OP 含有三甲基硅烷基的聚 [1— (三甲基硅烷 )— 1— 丙炔 ]（ PTMSP）的比 PDMS的要高一個(gè)數(shù)量級(jí)。 從分子結(jié)構(gòu)來看，三甲基硅烷基的空間位阻較大，相鄰分子鏈無法緊密靠近，因此膜中出現(xiàn)大量分子級(jí)的微孔隙，擴(kuò)散系數(shù)增大。 2. 氣體分離膜的應(yīng)用領(lǐng)域 氣體分離膜是當(dāng)前各國(guó)均極為重視開發(fā)的產(chǎn)品，已有不少產(chǎn)品用于工業(yè)化生產(chǎn)。如美國(guó) Du Pont公司用聚酯類中空纖維制成的 H2氣體分離膜，對(duì)組成為 70％ H2， 30％ CH4，C2H6， C3H8的混合氣體進(jìn)行分離，可獲得含 90％ H2的分離效果。 此外，富氧膜、分離 N2， CO2， SO2， H2S等氣體的膜，都已有工業(yè)化的應(yīng)用。例如從天然氣中分離氮、從合成氨尾氣中回收氫、從空氣中分離 N2或 CO2，從煙道氣中分離 SO從煤氣中分離 H2S或 CO2等等，均可采用氣體分離膜來實(shí)現(xiàn)。 液膜 1. 液膜的概念和特點(diǎn) 液膜分離技術(shù)是 1965年由美國(guó)?？松?Exssen）研究和工程公司的黎念之博士提出的一種新型膜分離技術(shù)。直到 80年代中期，奧地利的 J. Draxler等科學(xué)家采用液膜法從粘膠廢液中回收鋅獲得成功，液膜分離技術(shù)才進(jìn)入了實(shí)用階段。 液膜是一層很薄的液體膜。它能把兩個(gè)互溶的、但組成不同的溶液隔開，并通過這層液膜的選擇性滲透作用實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的分離。根據(jù)形成液膜的材料不同，液膜可以是水性的，也可是溶劑型的。 液膜的特點(diǎn)是傳質(zhì)推動(dòng)力大，速率高，且試劑消耗量少，這對(duì)于傳統(tǒng)萃取工藝中試劑昂貴或處理能力大的場(chǎng)合具有重要的經(jīng)濟(jì)意義。另外，液膜的選擇性好，往往只能對(duì)某種類型的離子或分子的分離具有選擇性，分離效果顯著。目前存在的最大缺點(diǎn)是強(qiáng)度低，破損率高，難以穩(wěn)定操作，而且過程與設(shè)備復(fù)雜。 （ 1）在生物化學(xué)中的應(yīng)用 在生物化學(xué)中，為了防止酶受外界物質(zhì)的干擾而常常需要將酶 “ 固定化 ” 。利用液膜封閉來固定酶比其他傳統(tǒng)的酶固定方法有如下的優(yōu)點(diǎn)：①容易制備；②便于固定低分子量的和多酶的體系；③在系統(tǒng)中加入輔助酶時(shí)，無需借助小分子載體吸附技術(shù)（小分子載體吸附往往會(huì)降低輔助酶的作）。 （ 2）在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用 液膜在醫(yī)學(xué)上用途也很廣泛。如液膜人工肺、液膜人工肝、液膜人工腎以及液膜解毒、液膜緩釋藥物等。目前，液膜在青霉素及氨基酸的提純回收領(lǐng)域也較為活躍。 （ 3）在萃取分離方面的應(yīng)用 液膜分離技術(shù)可用于萃取處理含鉻、硝基化合物、含酚等的廢水。我國(guó)利用液膜處理含酚廢水的技術(shù)已經(jīng)比較成熟。其他如石油、氣體分離、礦物浸出液的加工和稀有元素的分離等方面也有應(yīng)用。