作者：王湛、王志、高学理 等 编著
出版社：化学工业出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
膜分离技术基础 第三版试读：
前言
前 言膜分离过程作为一项分离、浓缩、纯化高新技术，广泛应用于海水淡化、废水处理、食品加工等领域。膜应用年增长率达到14%～30%，有力地促进了经济社会及科技的发展。进入21世纪，世界各国都将膜技术列入优先发展的高新技术课题，设立专项，投入巨资，开展研发，使膜技术进入全面发展时期。因此，顺应市场需要及技术发展，大力普及推广膜技术具有重要的经济价值与现实意义。《膜分离技术基础》自2000年首次出版以来，受到了广大读者的欢迎和肯定。本书第1版被348个图书馆收藏，累计引用达1480次，被118部科技书籍引用。2008年第2版出版后，又被328个图书馆收藏，引用达393次，被80部科技书籍引用。本书作为膜技术教材，在普及膜知识、传播膜技术方面发挥了积极的推动作用，产生了良好的社会效益。2008年，本书被评为“北京高等教育精品教材”。
本书的第3版是在2006年第2版的基础上，经修订、增补而成。同第2版相比，新增正渗透、膜蒸馏和膜基耦合分离过程及液膜技术3章内容。全书共13章，包括绪论、膜材料及其制备、反渗透、正渗透、纳滤、超滤、微滤、气体分离膜、电渗析与离子交换膜、渗透汽化、膜蒸馏、膜基耦合分离过程及液膜技术、膜反应器等内容，宗旨是全面系统地介绍常见膜过程的原理、特性、操作特点及其应用，是广大膜工作者了解、学习膜技术知识的基础教材。本书简明实用，可供高等院校相关专业本科生、研究生及工程技术人员参考使用。
本书第3版修订及编著分工如下：北京工业大学的王湛、李平、刘松柏修订第1章（绪论），北京工业大学的王湛、北京赛诺膜技术有限公司的张景隆、北京理工大学的赵爽修订第2章（膜的定义、分类、材料、制备及其应用），北京工业大学的王湛、北京碧水源科技股份有限公司的朱中亚、启迪桑德环境资源股份有限公司的侯磊修订第3章（微滤），天津大学的王志、赵颂修订第4章（超滤），北京林业大学的王璐莹修订第5章（纳滤），中国海洋大学的高学理、徐源、王群、王剑、王小娟修订第6章（反渗透），中国海洋大学的王铎编著第7章（正渗透），北京工业大学的王乃鑫、李倩修订第8章（渗透汽化），北京工业大学的安全福、张文海修订第9章（气体分离），中国海洋大学的贾玉香重新编著第10章（电渗析与离子交换），北京惠源三达水处理有限公司的张永刚、北京工业大学的彭跃莲、北京颖泰嘉和生物科技股份有限公司的晋彩兰编著第11章（膜蒸馏），北京化工大学的袁学玲、张卫东编著第12章（膜基耦合分离过程及液膜技术），北京工业大学的宋芃、班旻修订第13章（膜反应器） 。全书最后由王湛、王志和高学理老师统编定稿。
全书在修改和补充过程中，参考了本领域前贤、同行的有关研究论文、专门书籍，在此向这些为膜技术发展做出贡献的前辈、同行及编著者表示衷心的感谢。本书在编写过程中，正值国家自然科学基金及北京市自然科学基金资助项目的研究时期，这些项目研究资料及资金支持也为完成本书的编著提供了必要的条件。
限于编者水平，书中疏漏及不妥之处在所难免，恳请广大读者和同行指正。编著者于平乐园2018年4月28日第一版前言
膜分离过程作为一门新型的高分离、浓缩、提纯及净化技术，在近30年来发展迅速，已在各工业领域和科学研究中得到广泛的应用。1994年，世界膜和膜组件的销售总值为35亿美元，并且每年以14%～30%的速度继续上升，到2004年预计将达100亿美元。膜分离过程是解决当代能源、资源和环境污染问题的重要高新技术，是可持续发展技术的基础。美国、日本等西方发达国家都将膜技术列入21世纪优先发展的高新技术之一。
在中国，随着膜技术的引进和国家各部委科研攻关研究的深入，膜技术已在海水、苦咸水淡化、工业废水处理、环境污染治理等领域获得成功的应用，显示出其强大的生命力。因此，适应市场需求，迅速普及和推广膜知识，是目前的迫切任务。
膜技术是一门涉及多学科的高新技术边缘学科，尽管国内陆续有这方面的译著、专著出版，但其读者对象都是针对具有一定膜分离基础知识的专家、学者、研究人员，而缺乏适用于大众的系统教材。有鉴于此，本书分绪论和膜的定义、反渗透、纳滤、超滤、微滤5章，比较全面系统地介绍了压力驱动膜过程的原理、特性、操作特点及其应用，是初学者学习膜技术知识的理想学习用书，同时也可供研究生、教师及工程人员参考。
全书由北京工业大学王树森教授审校。在编写过程中还引用了高从堦院士、М.Т.Брык、Е.А.Цапюк教授、刘茉娥教授等人的专著，北京工业大学研究员、姚士仲、刘淑秀、纪树兰副教授、孟声、佘远斌教授，北京海淀区汇文图书发行部谭隆全经理给予了大力帮助，在此谨向他们表示衷心的感谢。
限于编者水平，书中疏漏及不妥之处，恳请广大读者和同行赐教。北京工业大学 王 湛 博士2000年3月于平乐园 第二版前言
膜分离过程作为一项高分离、浓缩、 提纯及净化技术广泛应用于各工业领域，年增长率达到14%～30%，有力地促进了社会、经济及科技的发展。膜技术是21世纪优先发展的高新技术之一，已进入全面发展时期。西方发达国家都将膜技术列入21世纪优先发展的高新技术，投入巨资进行开发研究。在中国，膜分离同样得到了国家相关部门的高度重视，将之列为“六五”“七五”“八五”“九五”“十五”以及863、973计划的重点研究课题，给予专项资金支持，取得了重大进展，其成果已在海水淡化、工业废水处理、食品加工等领域得到广泛应用，显示出其强大的生命力，因此，顺应市场需要，大力普及推广膜技术具有重要的现实意义。
本书是在化学工业出版社2000年出版的《膜分离技术基础》一书的基础上经修改、增补而成的第二版， 同第一版相比，本书增加了气体分离、电渗析、渗透汽化和膜反应器等内容以及相应的复习和思考题。全书共分十章，包括绪论、膜材料及其制备、反渗透、纳滤、超滤、微滤、气体分离、电渗析、渗透汽化和膜反应器等内容，力图全面系统地介绍常见膜过程的原理、特性、操作特点及其应用，是了解、学习膜技术知识的理想学习用书，同时还可供高等院校相关专业的本科生、研究生、教师及工程人员参考。
王湛、周翀修订书中的第1章～第6章，张阳编写第7章，江定国编写第8章，周翀编写第9章，刘美编写第10章。孙本惠教授审核第1章，高从堦院士审核第2章与第3章，姚士仲副教授审核第4章与第7章，刘忠洲研究员审核第5章与第6章，莫剑雄研究员与孟洪博士审核第8章，郭红霞博士审核第9章与第10章。全书最后由王湛、周翀统编。
全书在修改和补充过程中，参阅了大量相关论文与著述，特在此向各位作者及审核者表示衷心的感谢。本书在编写过程中正值国家自然基金及北京市自然基金的研究时期，这些项目的研究资料及资金支持也是完成本书的必要条件，在此一并致谢。
限于编者水平，书中疏漏及不妥之处在所难免，恳请广大读者和同行赐教、斧正。编 者 2006年4月第1章 绪 论本章内容1.1 膜及膜过程1.2 膜分离过程的特点1.3 膜分离过程的分类课后习题参考文献
本章要求
1.了解膜、膜过程和膜工业的发展历史。
2.了解膜将来的发展路径和今后优先研究的方向。
3.掌握膜过程的分类及分离特点。1.1 膜及膜过程
膜在自然界中，特别是在生物体内是广泛而恒久地存在着的，它与生命起源和生命活动密切相关，是一切生命活动的基础。膜过程在许多自然现象中发挥了重大的作用，在现代经济发展和人民的日常生活中也扮演着重要的角色。
在早期的生活和生产实践中，人类就已不自觉地接触膜和应用了膜过程。2000多年以前，我国古人就在酿造、烹饪、炼丹和制药的实践中利用了天然生物膜的分离特性，如 “莞蒲厚洒”“弊箪淡卤”及“海井”淡化海水等。但在其后漫长的历史进程中，膜技术在我国［1］没有得到应有的发展 。在250多年之前，国外研究者Nollet就注意到水能自发地扩散穿过猪膀胱进入到酒精溶液这一现象，直到1864年Traube才成功研制出人类历史上第一张人造膜——亚铁氰化铜膜。然而，膜及膜过程的研究并没有获得突破性的进展甚至曾一度被迫停顿。20世纪中叶后，随着物理化学、聚合物化学、生物学、医学和生理学等学科的深入发展并趋于完整和系列化，现代分析技术的发展和各种新型膜材料及制膜技术的不断开拓，现代工业对节能、资源再生、环境污染消除的需求加强，各种膜分离技术才开始在水的脱盐和纯化、石油化工、轻工、纺织、食品、生物技术、医药、环境保护等领域得到应用。20世纪50年代以后，人们终于在大规模生产高通量、无缺陷的膜和紧凑的、高面积/体积比的膜分离器上取得突破，从而掀起了研制各种分离膜，发展不同膜过程的高潮。每10年［2］就有一种新的膜技术进入工业应用。膜分离技术开始作为一门新型的高分离、浓缩、提纯及净化技术在各个工业过程得到广泛应用［3］
。膜科学发展史和膜工业发展史见表1-1和表1-2。
膜技术主要应用在四大方面：分离 （微滤、超滤、反渗透、电渗析、气体分离、渗透汽化、渗析）、控制释放 （治疗装置、药物释放装置、农药持续释放、化肥的控制释放）、膜反应器 （膜生物反应器、催化膜反应器）和能量转换 （电池隔膜、燃料电池隔膜、电解器隔膜、固体聚电解质）等。［2］表1-1 膜科学发展史［2］表1-2 膜工业发展史
膜过程是以不同结构与性能的膜为决定因素的分离过程。然而，膜在使用中常常遇到污染与劣化问题。膜材料、膜的形成机理、膜结构的控制、料液的预处理、组件流体力学条件的优化和膜清洗等构成了膜领域中的重要内容。
膜科学目前的主要发展方向包括：膜集成过程、膜杂化过程、水的电渗离解、细胞培养的免疫隔离、膜反应器、催化膜和手征膜。
膜市场中各个膜过程的销售和发展状况、增长趋势和未来的市场潜力见图1-1和表1-3。［4］图1-1 膜技术发展状况和销售趋势D—渗析；MF—微滤；UF—超滤；RO—反渗透；ED—电渗析；GS—气体分离；PV—渗透汽化；BP—双极膜；LM—液膜；MR—膜反应器；GM—闸膜；AT—活化传递［4］表1-3 各种膜过程应用的附加值
在当今世界能源短缺、水荒和环境污染日益严重的情况下，膜技术的开发与利用得到世界各国的普遍重视。全世界膜和膜组件的年均增长率达14%～30%。膜技术成为20世纪末到21世纪中期最有发展前途的高技术之一。更严的环保法规、更高的能源和原材料价格将进一步刺激膜市场的发展。膜技术已成为解决当前能源、资源和环境污染［2］问题的重要高新技术及可持续发展技术的基础。1.2 膜分离过程的特点
不同膜过程具有不同的机理，适用于不同的对象和要求。过程简单、设备体积小、经济性较好、分离系数较大、一般无相变、可在常温下连续操作、可实现集成或杂化、可直接放大、节能、高效、无二次污染、膜性能具有可调性、可专一配膜等是膜过程的共同优点。例如，与传统分离方法相比，用反渗透法淡化海水能源消耗要低得多（表1-4）。［5］表1-4 几种方法淡化海水的能源消耗比较
当常规分离方法不能经济高效地实现物质的分离时，膜分离作为一种新型的分离技术或与常规的分离单元结合起来作为一个单元来运用就特别适用了。例如，膜渗透汽化过程可用于蒸馏塔加料前破坏恒沸点混合物。膜过程在食品加工、医药、生化技术领域有其独特的适用性，产品可保留原有的风味及营养。膜技术特别适用的场合为： ①化学性质或物理性质相似的化合物的混合物；②结构的或取代基位置的异构物混合物；③含有受热不稳定组分的混合物。但膜使用过程中的浓差极化、膜的污染及劣化等都会使膜技术不能充分发挥其效能而影响膜的寿命。表1-5为反渗透与蒸发两种方法对西莲果汁成分的影响。［5］表1-5 反渗透与蒸发两种方法对西莲果汁成分的影响1.3 膜分离过程的分类
目前已工业化的膜过程主要有：微滤、超滤、反渗透、纳滤、渗析、电渗析、气体分离和渗透汽化（表1-6）。其中，反渗透、纳滤、超滤、微滤、气体分离等膜过程都属于以压力为驱动力的膜分离过程（压力驱动膜过程）。图1-2是压力驱动膜工艺的分类及其对应的被分离微粒或分子的大小。膜过程仍处在不断发展与完善之中，其所需的研究改进及发展趋势见表1-7。图1-2 压力驱动膜工艺的分类及其对应的被分离微粒或分子的大小［6］表1-6 已工业化的膜过程的分类及其基本特征［7～11］表1-7 各膜过程所需的研究改进及发展趋势课 后 习 题
1.膜分离过程的特点是什么？
2.哪些膜过程属于压力驱动膜过程？ 其中的膜过程主要都是用于哪些物质的分离？
3.为何从20世纪50年代以后开始了膜技术的大力发展与应用？
4.膜过程的基本特征是什么？参 考 文 献
［1］ 陈益棠.膜的释义、界限及其他［J］.水处理技术，1993（1）：15-17.
［2］ 时钧，袁权，高从堦.膜技术手册［M］.北京：化学工业出版社，2001，826：2-3.
［3］ 徐南平，高从堦，金万勤.中国膜科学技术的创新进展［J］.中国工程科学，2014 （16）：4-9.
［4］ 高从堦.膜科学——可持续发展技术的基础［J］.水处理技术，1998（1）：14-19.
［5］ 郑领英，王学松.膜技术［M］.北京：化学工业出版社，2000，194：5.
［6］ 刘茉娥，等.膜分离技术［M］.北京：化学工业出版社，1998.
［7］ 邢卫红， 汪勇， 陈日志， 金万勤.膜与膜反应器： 现状、挑战与机遇［J］.中国科学： 化学，2014（44）：1469-1480.
［8］ 邢卫红， 金万勤， 范益群. 我国膜材料研究进展［J］.见：第四届中国膜科学与技术报告会论文集，2010（10）： 46-50.
［9］ 李昆，王健行，魏源送.纳滤在水处理与回用中的应用现状与展望［J］.环境科学学报， 2016（36）： 2714-2727.
［10］ 吴庸烈.膜蒸馏技术及其应用进展［J］.膜科学与技术， 2003（23）： 67-75.
［11］ 陈龙祥， 由涛， 张庆文， 洪厚胜.膜生物反应器研究与工程应用进展［J］.水处理技术， 2009（35）： 16-20.第2章 膜的定义、分类、材料、制备及其应用本章内容2.1 膜的定义2.2 膜的分类2.3 膜材料2.4 膜的结构2.5 膜的制备2.6 膜性能表征2.7 膜缺陷2.8 膜的使用课后习题参考文献
本章要求
1.了解膜材料及其分类。
2.了解膜结构和膜使用时应注意的问题。
3.理解膜的定义和膜缺陷的含义。
4.掌握膜的制备方法和膜性能的表征。2.1 膜的定义
分离膜是膜过程的核心元件。但膜至今还没有一个精确、完整的定义。一种最通用的广义定义是“膜”为两相之间的一个不连续区间，因而膜可为气相、液相和固相，或是它们的组合。定义中“区间”用以区别通常的相界面。简单地说，膜是分隔开两种流体的一个薄的阻挡层，这个阻挡层阻止了这两种流体间的水力学流动，因此，它们通过膜的传递是借助于吸附作用及扩散作用来进行的。
总之，广义的“膜”是指分隔两相界面的一个具有选择透过性的屏障，它以特定的形式限制和传递各种化学物质。它可以是均相的或非均相的，对称型的或非对称型的，固体的或液体的，中性的或荷电性的。一般膜很薄，其厚度可以从几微米（甚至到0.1μm）到几毫米，而其长度和宽度要以米来计量。2.2 膜的分类［1］
膜的分类比较通用的有以下四种。2.2.1 按膜的材料分类（1）天然膜 生物膜（生命膜）与天然物质改性或再生而制成的膜。（2）合成膜 无机膜与高分子聚合物膜。2.2.2 按膜的构型分类（1）中空纤维膜 外形像纤维状，内部为中空结构，具有自支撑作用的膜丝［图2-1（a）］。（2）平板膜 通常由聚合物多孔膜和无纺布支撑体构成［图2-1（b）］。（3）管式膜 这类膜内径为5～8mm，外径为6～12mm，进水水质要求低，可以处理固含量较高的废水。图2-1 中空纤维膜（a）和平板膜（b）2.2.3 按膜的用途分类（1）气相系统用膜 伴有表面流动的分子流动，气体扩散，聚合物膜中溶解扩散流动，在溶剂化的聚合物膜中的溶解扩散流动。（2）气-液系统用膜
①大孔结构。用于移去气流中的雾沫夹带或将气体引入液相。
②微孔结构。制成超细孔的过滤器。
③聚合物结构。气体扩散进入液体或从液体中移去某种气体，如血液氧化器中氧和二氧化碳的移动。（3）液-液系统用膜 气体从一种液相进入另一液相，溶质或溶剂渗透从一种液相进入另一种液相液膜。（4）气-固系统用膜 过滤器中用膜以除去气体中的微粒。（5）液-固系统用膜 用大孔介质过滤污染，生物废料的处理，破乳。（6）固-固系统用膜 基于颗粒大小的固体筛分。2.2.4 按膜的作用机理分类（1）吸附性膜
①多孔膜。多孔石英玻璃、活性炭、硅胶和压缩粉末等。
②反应膜。膜内含有能与渗透过来的组分起反应的物质。（2）扩散性膜
①聚合物膜。扩散性的溶解流动。
②金属膜。原子状态的扩散。
③玻璃膜。分子状态的扩散。（3）离子交换膜
①阳离子交换树脂膜。
②阴离子交换树脂膜。（4）选择渗透膜 渗透膜，反渗透膜，电渗析膜。（5）非选择性膜 加热处理的微孔玻璃，过渡型的微孔膜。2.3 膜 材 料
分离膜可由聚合物、金属和陶瓷等材料制造，其中以聚合物居多。分离膜按其物态又可分为固膜、液膜与气膜三类。气膜分离尚处于实验研究中，液膜已有中试规模的工业应用，主要用于废水处理中，目前大规模工业应用的多为固膜。固膜分高分子合成膜和无机膜两大类，［2～4］以高分子合成膜为主。2.3.1 高分子分离膜材料2.3.1.1 纤维素衍生物类
纤维素衍生物类膜材料是开展应用研究最早，也是目前应用最多的膜材料，主要包括以下几种。（1）再生纤维素（RCE） 铜氨纤维素和黄原酸纤维，分子量约在几万到几十万，是较好的透析膜用材料。抗蛋白质污染的系列再生纤维素微滤膜和超滤膜也已获得广泛应用。（2）硝酸纤维素（CN） 制膜用硝酸纤维素是纤维素经硝化制得的，其含氮量在11.2%～12.2%。它广泛用于透析用膜和微滤膜，也可与醋酸纤维素混合使用以增加其强度。（3）二醋酸纤维素（CA）和三醋酸纤维素（CTA） 一般CA含有乙酸51.8%， CTA含有乙酸61.85%。制膜用CA应含乙酸55%～58%，是制备反渗透膜的基本材料，它也用于制备卷式超滤组件以及纳滤和微滤膜。（4）乙基纤维素（EC） EC可通过碱纤维素与乙基卤化物反应制取。EC由于具有较高的气体透过速率和较高的气体透过系数，故常用于氮氧分离。（5）其他纤维素衍生物 制膜时较常用的还有含乙酸38%～42%、丁酸18%～22%的纤维素乙酸、丁酸混合酯（CAB）等。2.3.1.2 聚砜类（1）双酚A型聚砜（PSF） 聚砜是一种优良的工程塑料，具有高模量、高强度、高硬度、低蠕变、耐热、耐寒、耐老化等特点。聚砜的玻璃化温度（T）为190℃，多孔膜可在80℃下长期使用，聚砜g通常用于制备超滤和气体分离膜，较少用于微滤。聚砜类材料经磺化或经氯甲基化和季铵化可制得荷电超滤和纳滤膜。（2）聚芳醚砜（PES） 由于这类材料含有大量的苯环，在使用过程中具有优良的热性能和机械性能。主要制作可耐蒸气杀菌的微滤、超滤膜材料，其玻璃化温度为235℃，可在140℃下长期使用。（3）酚酞型聚醚砜（PES-C） PES-C的玻璃化温度为260℃， 主要用于制备超滤膜。PES-C经磺化后可用来制备均相离子交换膜、荷电超滤膜和纳滤膜。（4）聚醚酮
①酚酞型聚醚酮（PEK-C），用于超滤和气体分离用膜的制备。
②聚醚醚酮（PEEK），PEEK为无定形聚合物，常用于荷电超滤膜和离子交换膜的制备。2.3.1.3 聚酰胺类（1）脂肪族聚酰胺 脂肪族聚酰胺是含有酰胺基团（—CO—NH—）的一类聚合物膜材料。最为常见的是尼龙6和尼龙66，具有很好的化学稳定性和机械稳定性，可制备微滤和超滤膜。（2）聚砜酰胺 常用于微滤和超滤膜材料。（3）芳香族聚酰胺 第二代反渗透膜材料，用于中空纤维膜的制备。（4）交联芳香聚酰胺 由于其具有良好的选择渗透性，特别适用于制备反渗透和纳滤膜，但具有不耐氯的缺点。2.3.1.4 聚酰亚胺类（1）脂肪族二酸聚酰亚胺 用于非水溶液超滤膜的制备。（2）全芳香聚酰亚胺 它是最早商品化的聚酰亚胺膜。（3）含氟聚酰亚胺 处于开发阶段的具有实用前景的气体膜材料。聚酰亚胺是耐高温、耐溶剂、耐化学品的高强度和高性能材料。2.3.1.5 聚酯类（1）涤纶（PET） 用作制备气体分离、渗透汽化、超滤和微滤等一切卷式膜组件、平板膜组件和管式膜组件的支撑底材。（2）聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT） 在膜工业中应用类似PET。（3）聚碳酸酯（PC） 微滤核孔用膜及富氧膜的制备。聚酯类树脂强度高，尺寸稳定增长性好，耐热、耐溶剂和化学品的性能好，故广泛被用作制备分离膜的支撑增强材料。2.3.1.6 聚烯烃类（1）聚乙烯
①低密度聚乙烯，可用于拉伸法或热致相法制备超滤膜，也可用作超滤膜的低档支撑材料。
②高密度聚乙烯，将粉末状颗粒直接压制而成的多孔管材或板材可用作分离膜的支撑材料，在接近熔点温度烧结可制得微滤滤板和滤芯。（2）聚丙烯 用作卷式反渗透和气体分离膜组件间的隔层材料，也可用于制备微滤膜或复合气体分离膜的底膜。（3）聚-4-甲基-1-戊烯（PMP） 由于它的气体透过速率仅次于硅橡胶而选择性又远高于硅橡胶，故主要用于制备氮氧气体分离膜。2.3.1.7 乙烯类聚合物（1）聚丙烯腈（PAN） 由丙烯腈单体聚合而成，结构单元为—CHCHCN—，为白色或略带黄色的粉末状固体；其密度约为21.12g/L，玻璃化温度（T）约为90℃。PAN溶于二甲基甲酰胺、二g甲基亚砜、二甲基乙酰胺、磷酸三乙酯等极性有机溶剂。PAN是仅次于醋酸纤维素和聚砜的微滤和超滤膜材料，也用作渗透汽化复合膜的底膜。（2）聚乙烯醇（PVA） PVA是一种水溶性聚合物，故被用以制备反渗透复合膜（PEC-100，FT-30）的保护层。经过交联处理的PVA则用于制备渗透汽化膜。（3）聚氯乙烯（PVC） PVC用于制备超滤和微滤膜。（4）聚偏氯乙烯（PVDC） 主要用于制作阻透气材料或复合膜材料。2.3.1.8 含硅聚合物（1）聚二甲基硅氧烷（PDMS） 分为高温固化硅橡胶（HTV）、低温固化硅橡胶（LTV）和室温固化硅橡胶（RTV）。用于分离膜的PDMS一般用LTV型。硅橡胶用于聚砜气体分离膜的皮层堵孔处理和渗透汽化膜的制备。（2）聚三甲基硅氧烷（PTMSP） 用于渗透汽化膜的制备，其透气速度比PDMS还高一个数量级。2.3.1.9 含氟聚合物（1）聚四氟乙烯（PTFE） PTFE的表面张力极低，憎水性很强，常用拉伸致孔法来制取PTFE微孔膜。（2）聚偏氟乙烯（PVDF） PVDF是一种半结晶高聚物，由偏氟乙烯均聚或偏氟乙烯与六氟丙烯共聚而成。PVDF分子中由于C—F键具有很高的键能，因此具有优异的机械强度、耐腐蚀性、抗氧化性以及化学性质稳定性以及成膜性，常用于制备微滤膜。2.3.1.10 甲壳素类
甲壳素也称壳聚糖、几丁质，其化学结构为乙酰氨基葡聚糖，甲壳素溶于稀酸即可浇铸成膜。甲壳素常用于制备离子交换膜或螯合膜。2.3.2 无机膜材料
常用的无机膜有陶瓷膜、玻璃膜、沸石膜、金属膜、合金膜、分子筛炭膜等。目前无机膜的应用主要集中在微滤和超滤领域，还可用于纳滤、反渗透、气体分离、渗透汽化和催化反应等过程。
目前，已开发的用于无机膜制备的材料有TiO、AlO、ZrO、2232SiO、Pd及Pd合金、Ni、Pt、Ag、硅酸盐及沸石等。其中AlO是研223究最多应用最广泛的无机膜材料。近年来，无机陶瓷膜材料发展迅猛并进入工业应用，尤其是在微滤、超滤及膜催化反应及高温气体分离中的应用，充分展示了其具有聚合物分离膜所无法比拟的优点：①化学稳定性好、耐酸、耐碱、耐有机溶剂；②机械强度大，担载无机膜可承受几十个大气压的外压，并可反向冲洗；③抗微生物能力强，不与微生物发生作用；④耐高温，一般均可以在400℃下操作，最高可达800℃以上；⑤孔径分布窄，分离效率高。无机膜的不足之处在于造价较高，陶瓷膜不耐强碱，并且无机材料脆性大，弹性小，给膜的成型加工及组件装配带来一定的困难。2.3.2.1 致密材料
致密材料包括致密金属材料和氧化物电解质材料，它们是致密的。物质通过致密材料是按照溶解-扩散或离子传递机理进行的，例如钯（钯银）、银、钛、镍等金属能选择透过某种气体，所以对某种气体具有高的选择性是致密材料的突出特点，但渗透率低是致密材料的缺点之一。（1）金属及其合金
①Pd及Pd合金。Pd最大特点是在常温下能溶解大量的氢，按体积计约相当于自身体积的700倍，而在真空中加热至100℃时，它又能把溶解的氢释放出来。如果在Pd膜两侧存在氢的分压差，则氢就从压力较高的一侧向较低的一侧渗透。这类膜材料包括Pd、Pd与ⅥB至ⅧB族金属制成的合金膜、V、Nb、Ta等ⅤB族金属元素。
②Ag。氧分布在Ag表面不同部位以发生解离吸附，溶解的氧以原子形式扩散通过Ag膜。金属与合金膜主要利用其对氢或氧的溶解机理而透氢或透氧，用于加氢或脱氢膜反应、超纯氢的制备及氧化反应。（2）固体氧化物电解质 当两侧存在氧的浓度差时，YO稳定23的ZrO（YSZ）材料是一种只能使氧选择性透过的氧离子电导体，可2视为氧泵体系，钙钛矿型超导材料致密无机膜也为氧泵体系。这类膜是利用离子电子传导的原理而选择性透氧，其可能的应用领域为氧化反应的膜反应器用膜、传感器的制造等，其特点是选择性极高，渗透性很低。2.3.2.2 多孔材料
据IUPAC制定的标准，多孔无机膜按孔径范围可分为三大类：孔径大于50nm的称为粗孔膜，孔径介于2～50nm的称为过渡孔膜，孔径小于2nm的称为微孔膜。目前已经工业化的无机膜均为粗孔膜和过渡孔膜，处于微滤和超滤之内，而微孔膜尚在实验室研究阶段。（1）多孔金属 由多孔金属材料制成的多孔金属膜，包括Ag膜、Ni膜、 Ti膜及不锈钢膜等，目前已有商品出售，其孔径范围一般为200～500nm，厚度50～70nm，孔隙率可达60%。由于具有催化和分离双重性能而受到重视，但其成本较高。（2）多孔陶瓷膜 常用的有AlO、SiO、ZrO和TiO膜等，它23222们耐高温（除玻璃膜外，大多可在1300℃下使用）、耐腐蚀（比一般金属膜更耐酸腐蚀及生物腐蚀）。目前，孔径为4～5000nm的多孔AlO膜、ZrO膜及玻璃膜均已商品化。由于这类膜材料是常用的催232化剂载体，甚至自身就对某些反应具有催化作用，故在膜催化反应领域也有广泛的应用前景。（3）分子筛 分子筛膜指表观孔径小于1nm的膜。由于具有与分子大小相当且均匀一致的孔径，可进行离子交换，具有高温稳定性、优良的选择性催化性能、易被改性以及有多种不同的类型与不同的结构可供选择等优点。分子筛膜是理想的膜分离和膜催化材料。主要类型有X型分子筛、Y型分子筛膜、ZSM-5、SAPO-34膜和硅分子筛膜等。2.3.3 新型膜材料
近年来，聚合膜的性能由于受到“TRADE-OFF”效应的限制，已经达到了通量和选择性的极限。因此，越来越多的研究者致力于开发金属有机骨架（MOF）、新型二维材料（GO和MXene）、水通道蛋白（AQP）和碳纳米管（CNT）等新材料来进一步提高膜性能。2.3.3.1 金属有机骨架（MOF）
金属有机骨架材料也被称为配位聚合物，是以金属离子或者金属簇作为节点，通过与有机配体形成配位键而连接形成的具有规则的孔［5］道或空穴的一类新型的多孔材料（图2-2）。作为分离材料，MOF具有结构的可设计性、高孔隙率和高比表面积。MOF 具有优异的选择透过性，在气体分离、渗透汽化、废水分离、吸附等领域都显示出独特的优势。［6］图2-2 常见的MOF材料2.3.3.2 新型二维材料
氧化石墨烯（GO）具有和石墨烯类似的二维平面结构，主要由碳原子和极性含氧官能团构成（图2-3）。MXene是一种新型的二维过渡金属碳化物或碳氮化物，其化学通式是MXT，n=1，2，3。n+1nz这些二维材料具有优异的物理化学性质：高比表面积、良好的导热性、良好的导电性以及优异的亲水性等，促使其在膜分离、生物医药、电［7，8］化学、催化等领域都具有潜在的应用价值。二维材料层状薄膜的分离机理的主流观点认为其主要是靠纳米级的层间距和边缘缺陷来进行选择性分离的。［9，10］图2-3 GO结构示意图2.3.3.3 水通道蛋白（AQP）
水通道蛋白（Aquaporin，AQP），又称为水孔蛋白，是广泛存在于自然界的动物、植物和微生物中的一种小分子疏水性跨膜蛋白，对水分子具有高选择性和渗透性。AQP对水具有专一的选择透过性，而对其他阴、阳离子和水合离子却没有透过性，且AQP在不同环境中具有优异的稳定性。因此，AQP仿生膜特别适用于水的纯化及回收蛋白等领域。2.3.3.4 碳纳米管（CNT）
碳纳米管层与层之间保持固定的距离，约0.34nm，直径一般为2～20nm。碳纳米管可以看作是氧化石墨烯卷曲而成的管状结构，分为：单壁碳纳米管（SWCNT）和多壁碳纳米管（MWCNT）。2.4 膜的结构
由于制膜方法与材料不同，所制备的膜具有不同的形态结构：包括对称和非对称、多孔型和致密型以及层状结构。
高分子膜根据膜中高分子的排布状态及膜的结构紧密疏松的程度又可分为多孔膜与致密膜。多孔膜是指结构较疏松的膜，膜中的高分子绝大多数是以聚集的胶束存在和排布的，超滤、微滤膜均属于多孔膜。致密膜一般指结构紧密的膜，其孔径在1.5nm以下，膜中的高分子以分子状态排列，如反渗透膜中的聚酰胺分离层。
对称膜是指各向均质的致密或多孔膜。在观测膜的横断面时，若整个断面的形态结构是均一的，则为对称膜，又称均质膜，如核孔膜。物质在膜中各处的渗透率是相同的，但均质膜很少使用。以气体分离-13膜为例，气体在高分子材料中的渗透率一般在7.5×10～7.5×-1510mL/（cm·s·Pa）之间，而膜的厚度至少要几十微米才有足够的-10-122强度，即透过通量为7.5×10～7.5×10mL/（cm·s·Pa），相当于每平方米膜在0.1MPa压差下每小时仅能透过0.01～1L气体，难以实用。所以致密的均质膜主要用在研究阶段膜性能的表征上，见表2-1。均质的高分子膜多用于气体分离或渗透汽化，均质的硅橡胶膜和金属膜等可用于气体的分离和纯化。表2-1 均质膜的性质、制备和应用注：SR为硅橡胶；PE为聚乙烯；PTFE为聚四氟乙烯；PC为聚碳酸酯。
非对称膜是指膜的断面呈现不同的层次结构。目前，工业上分离过程中实用的膜均为非对称结构，它由很薄的较致密的起分离作用的活性层（0.1～1μm）和起机械支撑作用的多孔支撑层（100～200μm）组成（图2-4）。因此，这种膜具有物质分离最基本的两种性质：高传质速率和良好的机械强度。活性层的孔径和表皮的性质决定分离特性，而厚度主要决定传递速度。多孔支撑层只起支撑作用，对分离特性和传递速度影响很小，甚至几乎没有。由于非对称结构膜的通量比最薄的均质膜增大1～2数量级，因此，非对称结构膜的制备是制膜技术发展过程中的里程碑。图2-4 对称膜和非对称膜的断面扫描电镜照片
非对称膜又可分为一般非对称膜 （膜的表层与底层为同一种材料）和复合膜 （膜的表层与底层为不同材料）两大类型。
复合膜（又称薄膜复合膜）的膜一般是指在多孔的支撑膜上复合一层很薄的有效厚度小于1μm（一般为0.2～1μm）的致密的、有特种功能的另一种材料的膜层。它最早用于反渗透过程，现已用于气体分离、渗透汽化等膜分离过程。现常采用溶液浇铸、等离子体聚合、界面聚合等方法沉积于具有微孔的底膜（支撑层）表面上制作这种复合结构的选择性膜层（活性膜层）。此外，新型二维材料在水平方向相［11］互堆积形成层状的膜结构（图2-5）。相互贯通的纳米孔道的大小可以作为截留分子或离子的标尺，制备具有层状结构的分离膜，其常用的方法包括：真空过滤法、浸涂法、旋涂法和层层自组装法等。图2-5 层状膜结构2.5 膜的制备
膜分离技术的核心是分离膜。衡量一种分离膜有无实用价值，要看是否具备以下条件：高选择性；优异的抗物理、化学和微生物侵蚀的性能；足够的柔韧性和机械强度；使用寿命长，适用 pH范围广和成本合理，制备方便，便于工业化生产。2.5.1 高分子膜的制备
许多有机高分子都可以做成薄膜，但若要成为具有高性能且有实用价值的分离膜，除了选择合适的膜材料外，同样重要的是必须找到一种使其具有合适结构的制造工艺技术。有机高分子分离膜从形态结［4］构上可分为对称膜（或称均质膜）和非对称膜两大类。2.5.1.1 均质膜（1）致密均质膜 致密均质膜由于太厚，渗透通量太小，一般较少实际应用于工业生产。有机高分子的致密均质膜在实验室研究工作中广泛用于表征膜材料的性质。其制备方法如下：
①溶液浇铸。将膜材料用适当的溶剂溶解，制成均匀的铸膜液， 将铸膜液倾倒在玻璃板上（一般为经过严格选择的平整玻璃板），用特制的刮刀使之铺展开，成为具有一定厚度的均匀薄层，然后移置到特定环境中让溶剂完全挥发，最后形成均匀薄膜。
②熔融挤压。一些有机高分子找不到合适的溶剂制成铸膜液，则要采用熔融挤压法来成膜，将高分子材料放在两片加热了的夹板之间，并施以高压（10～40MPa），保持0.5～5min后，即可得到所需的膜。
③不同聚合物之间形成的致密膜。在聚合反应过程中，由于反应热的产生会出现聚合自动加速现象，由此引发交联并生成高分子量聚合物，它是由于各种链转移和偶联反应的交联作用。这类致密均质膜必须在聚合期间就形成。属于这一范畴最主要的膜类型是均质离子交换膜。（2）微孔均质膜
①径迹刻蚀法。径迹刻蚀法主要分两个步骤：首先用荷电粒子照射高分子膜，使高分子膜化学键断裂，留下敏感径迹，再将膜浸入适当的化学刻蚀试剂中，高分子的敏感径迹被溶解而形成垂直于膜表面、规整的圆柱形孔。目前，用于制备核径迹膜的材料主要是聚酯和8聚碳酸酯，制得膜的孔径范围为0.01～12μm，孔密度可达2×10个/2cm （图2-6）。［12］图2-6 聚碳酸酯NTM断面SEM照片
②拉伸法。一般要经过两步。首先将温度已达其熔点附近的高分子经过挤压，并在迅速冷却的条件下制成高度定向的结晶膜，然后将该膜沿机械力方向再拉伸几倍，这次拉伸破坏了它的结晶结构，并产生裂缝状的孔隙，这种方法一般称为Celgrad法。Celgrad法选用商品聚丙烯为膜材料，在拉出速率远高于挤出速率的情况下，聚丙烯分子本身变为一种与机械力成一致方向的微纤维形式，它会在机械力垂直方向上形成的折叠链排薄片的微晶中起核心作用。然后，在低于高分子的熔融温度、高于起始的退火温度下进行拉伸，使薄片之间的非晶区变形为微丝，结果形成了一种顺着机械力方向的具有狭缝隙的多孔互联网络，孔的尺寸取决于拉伸后的微丝。表2-2说明Celgrad薄膜具有优良的机械物理性质。Core-Tex是另一种采用拉伸成孔的微孔分离膜。表2-2 Celgrad薄膜的典型机械物理性质①MD=机械力方向。②TD=横切于机械力方向。
③溶出法。在难溶的高分子材料中掺入某些可溶性的组分，制成均质膜后，再用溶剂将可溶性组分浸提出来，形成微孔膜。这种方法仅用于制备难溶性聚合物分离膜。
④烧结法。使一个微小颗粒或者一群均匀组成的微粒在高温条件下聚集，没有任何形状的改变。烧结不是一个简单的致密化作用，对高分子物质进行烧结作用，微粒表面必须足够软化，以使大分子链段相互扩散而进入邻近的微粒中去。制备高分子膜的烧结过程，主要限于具有柔性结构的高分子。用烧结法制备的膜一般孔径分布均较宽，但是它们具有相当高的强度和抗压实性，以及这些高分子的化学惰性等，使它们在某些特殊分离中仍得到应用。（3）离子交换膜 用于电渗析膜过程的有机高分子荷电均质膜。根据膜中活性基团分布的均一程度，离子交换膜大体上可分为异相膜、均相膜和半均相膜三类。若根据在膜本体上的不同电性能，离子交换膜可分为阳离子交换膜和阴离子交换膜两大类。阳离子交换膜的活性基团则为胺、叔胺和仲胺等。最常用的离子交换膜材料有：聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等的苯乙烯接枝高分子。
①异相离子交换膜。形成膜的整个材料不是呈一相存在的膜叫异相膜，例如离子交换树脂粉加上黏合剂和增塑剂后热压所成的膜即为异相膜。热压成型法是制备异相离子交换膜最常用的方法。
②均相离子交换膜。制备方法有五种：a.将能反应的混合物（即酚、苯磺酸、甲醛）进行缩聚。混合物中至少有一种能在它的某一部分形成阴离子或阳离子。b.将能反应的混合物（即苯乙烯、乙烯基吡啶和二乙基苯）进行聚合。混合物中至少有一种含有阴离子或阳离子，或者有可以成为阴离子或阳离子的部位。c.将阴离子或阳离子基团引入高分子或高分子膜。例如将苯乙烯浸入聚乙烯薄膜内，使浸入膜内的单体聚合，形成聚苯乙烯，然后将聚苯乙烯进行磺化。与此类似，也可通过接枝聚合将离子基团接到高分子薄膜的分子链上。d.将含有阴离子或阳离子的一部分引到一个高分子上（例如聚砜），然后将此高分子溶解并浇铸成膜。e.通过把离子交换树脂高度分散于一高分子中形成高分子合金或共聚体。无论用以上哪一种方法制备，所制膜都需用织物增强，以改善其强度及形态稳定性。均相离子交换膜的性能远优于异相膜，所以目前使用的离子交换膜多为均相膜。
③半均相离子交换膜。从宏观上看，是一种均匀一致的整体结构，成膜的高分子化合物与具有离子交换特性的高分子化合物十分紧密地结合为一体，但都不是化学键结合。从微观上看，应属于异相膜范畴，习惯上也可将此膜看作是均相离子交换膜。其制备方法和异相和均相离子交换膜类同。2.5.1.2 非对称膜
非对称膜一般比均质膜的渗透通量要高得多，由薄的致密皮层（起分离作用）和多孔支撑层（起支撑皮层作用）构成，包括相转化膜和复合膜。（1）相转化膜 将均相的高分子铸膜液通过各种途径使高分子从均相溶液中沉析出来，使之分为两相：一相为高分子富相，最后形成高分子膜；另一相为高分子贫相，最后成为膜中之孔。相转化法制备的高分子非对称膜具有以下特点：皮层与支撑层为同一种材料；皮层与支撑层是同时制备形成的。相转化法制膜的方法包括有：［13，14］
①溶剂蒸发法（干法）。高分子材料溶于一双组分溶剂混合物，此混合物由易挥发的良溶剂（如氯甲烷）和相对不易挥发的非溶剂（如水和乙醇）组成。将此铸膜液在玻璃板上均匀涂覆成具有一定厚度的薄层，随着易挥发良溶剂的不断蒸发逸出，非溶剂的比例愈来愈大，高分子沉淀析出，形成薄膜，这一方法也称为干法。这是相转化制膜工艺中最早的方法，1920～1930年就被Bechhold等使用［图2-7（a）］。［15］
②水蒸气吸入法。高分子铸膜液在一平板上铺展成一薄层后，在溶剂蒸发的同时，吸入潮湿环境中的水蒸气使高分子从铸膜液中析出进行相分离，这一过程的相图见图2-7（b）。此法是商品相转化分离膜的常用生产方法。典型的铸膜液组成为：膜材料（醋酸纤维素与硝酸纤维素）、溶剂（丙酮、水、乙醇、乙二醇）。图2-7 溶剂蒸发法制备多孔膜的铸膜液组成变化相图（a）和水蒸气吸入法制备多孔膜的铸膜液组成变化相图（b）［16］
③热致相分离法。又称TIPS法，是Castro发明的。它使用稀释剂（高温时对高分子膜材料是溶剂，低温时是非溶剂），将聚合物与稀释剂在高温下溶解成均匀铸膜液，将铸膜液涂覆成一定形状的膜，然后降低温度冷却使其固化。具体步骤如下：a.在高温下将高分子膜材料与低分子稀释剂熔融混合成一均匀的溶液；b.将溶液制成所需的形状（平板或中空）；c.将溶液冷却使之发生相分离；d.将稀释剂从膜中去除（溶剂抽提）。TIPS法主要适用于结晶和半结晶性高聚合物，如聚烯烃、聚丙烯、聚偏氟乙烯等。TIPS法制膜过程的温度-组成相图见图2-8，图中，ϕ为偏晶点，T为结晶点。该方法可用于mc制备平板膜和中空纤维膜。
④非溶剂致相分离法（NIPS法）。由Loeb和Sourirajan在1960年发明。在相同截留率情况下，NIPS法制备的非对称醋酸纤维素反渗透膜的通量为均质膜的10倍左右，这成了分离膜发展的里程碑。电子显微镜观察发现，这种膜具有薄、非常致密的皮层以及海绵状疏松的多孔支撑层。后人将这种方法称为L-S相转化法，并将它推广用于其他高分子非对称膜的制备。图2-9是L-S法制备非对称膜的流程。［17］图2-8 液-液与固-液相分离的温度-组成相图图2-9 L-S法制膜流程示意图1—料液槽；2—刮刀；3—水位调节器；4—凝胶槽；5—牵引滚；6—织物卷；7—涂覆卷；8—擦胶刀；9—缠绕液；10—洗涤槽；11—流量计
三元体系完整的相图如图2-10所示，细分为四个区域：Ⅰ是单相溶液区，由聚合物-溶剂轴和浊点线或称双节线构成。Ⅱ是液-液两相区；在两相区，旋节线又划出亚稳区和非稳区，浊点线与旋节线之间是亚稳区，旋节线右边是非稳区。Ⅲ是固-液二相区。Ⅳ是单相玻璃态区。连接线表示聚合物富相与贫相相对应的平衡浓度，玻璃化转变线以上区域是固态单相区，铸膜液进入该区则形成固态。［18，19］图2-10 三元体系典型相图1—溶液单相区；2—双结线（浊点线）；3—玻璃化转变线；4—玻璃单相区；5—液-液两相区；6—旋节线；7—连接线；Ⅰ—均相区；Ⅱ—亚稳区；Ⅲ—不稳区
NIPS法制备非对称分离膜步骤复杂，影响因素较多。为了使膜的性能获得良好的重现性，操作时应注意：高分子材料与溶剂的纯化；高分子材料-溶剂-添加剂的完全溶解与熟化；铸膜液中机械杂质的除去；流涎用玻璃板的洁净；铸膜液流涎时气体夹带的预防；维持制膜和溶剂蒸发时环境温度、湿度与气氛的恒定等。［20～23］（2）复合膜 分离膜的透水速度与其致密皮层的厚度大致成反比，所以降低相转化法制备的高分子非对称分离层的厚度是提高膜渗透通量的有效途径。J.E.Anderson等根据高分子溶液的松弛理论，计算出CA/丙酮体系非对称反渗透膜的皮层厚度为100μm，再变薄就困难了。另外，高分子膜在压力下被压密可使膜的渗透通量下降。相转化法制备的非对称反渗透膜的压密主要发生在介于表面致密层和下部多孔支撑层之间的过渡层。假如采用其他制膜工艺，分别制备致密皮层和多孔支撑层，则既可减少致密皮层的厚度，又可消除易引起压密的过渡层，从而提高膜的渗透通量和抗压密性，这是当年制作复合膜工艺的基本思路。复合膜具有以下特点：①可分别优选不同的膜材料制备致密皮层（也称超薄脱盐层）和多孔支撑层，使它们的功能分别达到最佳化；②可用不同方法制备高交联度和带离子性基团的致密皮层，从而使膜对无机物，特别是对有机低分子具有良好的分离率，以及良好的物理化学稳定性和耐压密性；③大部分复合膜可制成干膜，有利于膜的运输和保存。
1963年Riley采用首先制备多孔支撑层，然后在多孔支撑层上制备超薄分离层，制备了反渗透复合膜。目前，绝大部分复合膜以聚砜多孔膜为支撑膜，致密层厚度一般可达50μm 左右，最薄的为30μm。在支撑膜上形成致密层的方法有：
①高分子溶液涂覆。将多孔支撑膜的上表面与高分子稀溶液相接触，然后阴干。Riley等首先采用这种方法制备了以醋酸纤维素为支撑膜的三醋酸纤维素（CTA）反渗透复合膜。
②界面缩聚。这是指两种可反应的单体分别溶于互不相溶的溶剂中，当两相接触时就在基膜表面直接进行界面反应，形成超薄脱盐层。1960年，Cadotte 首次采用这种方法制备了NS-100反渗透复合膜。界面缩聚法与就地聚合法是复合膜制备中最主要的两种方法，PA-300、FR-30等具有优良性能的一级海水淡化反渗透膜都是采用界［24］面缩聚法制备的。
③原位聚合（单体催化聚合）。它是将支撑膜浸入含有催化剂并在高温下能迅速聚合的单体稀溶液中，取出支撑膜并排去过量的单体稀溶液，然后在高温下进行催化聚合。美国Borth Star研究所采用该法成功研制了NS-200反渗透膜复合膜。
④等离子体聚合。将某些在辉光放电下能进行等离子体聚合反应的有机小分子直接沉积在多孔支撑膜上，反应后得到以等离子体聚合的高分子为超薄脱盐层的复合膜。等离子体聚合反应通常采用具有内部电极联系的钟罩式反应器和无电极的管式反应器。几乎所有的有机物都能进行等离子体聚合，但不一定都能形成具有选择透过性的薄膜。许多含氮、含烯烃双键的有机化合物（例如含有NH、—NH，—CHCH—等基团的有机物），特别是芳香胺类能形成具有2优良反渗透特性的高分子沉积薄层；含氧、含氯的有机物（例如含有—CO—、—COO—、—O—、—OH等官能团）以及脂肪烃和环烷烃，由于在辉光放电时易分解，不宜作等离子聚合物的单体。日本住友化学公司研制的Slolcon膜是唯一的商品化等离子复合膜。
⑤动态自组装膜。经加压闭合循环流动的方式，使胶体粒子或微粒附着沉积在多孔支撑体表面以形成薄层底膜，然后再用高分子聚电解质稀溶液同样以加压闭合循环流动的方式，将它附着沉积在底膜上，构成具有溶质分离性能、有双层材料的反渗透复合膜，这种复合膜称为动态自组装膜（动态膜）。几乎所有的无机与有机聚电解质都3+3+可以作为动态自组装的制膜材料。在无机电解质中有Al、Fe、4+4+4+4+4+Si、Zr、Th、V、U等的水合氧化物或氢氧化物，其中4+Zr的性能最好；在有机聚电解质中有聚丙烯酸、聚乙烯磺酸、聚马来酸、聚乙烯胺、聚苯乙烯磺酸、聚乙烯基吡啶、聚谷氨酸等；某些中性的非聚电解质（如甲基纤维素、聚氧化乙烯、聚丙烯酰胺）以及某些天然物（如黏土、腐殖酸、乳清、纸浆废液等）也能作为动态膜材料。动态自组装膜的多孔支撑体可用陶瓷、烧结金属、烧结玻璃、碳等无机材料以及醋酸纤维素、聚氯乙烯、聚酰胺、聚四氟乙烯树脂等有机烧结材料。多孔支撑体孔径范围通常要求为 0.01～1μm，与材质有关。最适宜范围为0.025～0.5μm，厚度没有特别限制，根据使用要求，只需保证足够的机械强度。动态自组装膜也可制成单层结构的超滤膜。
⑥水面展开法。将高分子溶液铺展在水面上，铺展成超薄膜，将其覆盖在多孔支撑膜上就形成复合膜。它可以是间歇式操作，也可以是连续式操作，为了避免超薄层上的缺陷，还可采用反复多层制备超薄层的方法。
一般来说，反渗透膜复合膜在具有高脱盐率的同时，比相转化法非对称膜的渗透通量也高出许多。复合膜的出现使反渗透海水淡化成本大幅度下降，而且促进了其他膜分离过程的开发。2.5.2 无机膜的制备方法［25，26］
无机膜的制备技术主要有：采用固态粒子烧结法制备载体及过渡膜，采用溶胶-凝胶法制备超滤、微滤膜，采用分相法制备玻璃膜，以及采用专门技术（如化学气相沉积、无电镀等）制备微孔膜或致密膜。
致密的金属膜主要指的是钯膜。以压延法制造的致密金属膜，厚度约为25μm。更薄的膜是在多孔体上以喷溅、电化学沉积、化学气相沉积等技术制造的。钯膜只在小型系统中应用。由于气体透过量和膜厚成反比，金属用量和膜厚成正比，超薄金属膜具有更好的性能。
陶瓷膜的制造方法主要有：①烧结法，即将胶体（或粉体）形成的薄层烧结而得，孔径较大，约10～100μm；②沥浸法，即将混相的玻璃箔或毛细管于酸中溶去一相；③溶胶-凝胶法，此法先制备溶胶，一种称Particulate法，以相应的醇盐水解、解胶及陈化而得；另一种称Polymeric法，在大量含醇盐的醇溶液中引进水，使醇盐在分子水平上水解并聚合。
相转移法制造的多孔玻璃孔径均匀、孔隙率大，是优良的过滤膜及基膜。
将聚合物的中空纤维在惰性气体中或真空中加热而分解成为碳分子筛膜，孔径约0.2～0.5nm。沥浸法亦可制得孔径小于1nm的分子筛膜玻璃纤维。（1）金属致密膜的制备
①电镀法。控制直流电压和温度，将金属或金属合金沉积在阴极的支撑体上而形成薄膜。金属钯比较容易在平板和管式支撑体上镀膜。钯膜的厚度主要通过电镀时间和电流强度加以控制。膜的厚度可控制在几微米到几毫米范围内。然而对于合金膜，由于各种金属离子沉积速率的差异，制备面积较大的膜时会出现组分分布不均的问题。
②无电镀法。控制自催化分解或降解亚稳态金属盐，在支撑体上形成薄膜。对钯膜，常使用的金属盐有Pa（NO）（NO）、 3422Pa（NH）Cl，常用的降解（催化）剂为肼或次磷酸钠。通常，支342撑体还需预处理以带有钯核，从而降低液相中的自催化反应。该法可在复杂表面形成厚度均匀、强度较高的膜，钯及其合金膜均可采用该方法制备。但控制膜的厚度尚有一定的困难，而且难于避免液相主体中的分解反应，导致不必要的损失；另外还难于确保膜的纯度，常含有1.5%左右的磷化物杂质。
③化学气相沉积法。控制温度等条件，气态的金属化合物在支撑体表面发生化学反应，经成核、生长而形成薄膜。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]