最火有机无机支撑复合膜的制备与应用一链条橡胶密封中压风机汽配传动件OrE

有机/无机支撑复合膜的制备与应用(一)

摘要：从有机膜形成方式、有机膜与无机膜界面相互作用等方面对复合膜的制备技术和应用进行了的综述，并讨论了其潜在的发展和应用。

关键词：复合膜；制备技术；界面相互作用；溶贝雷帽液沉淀法；接枝聚合法

1 引言

高分子膜具有优良的分离性能、柔韧性好、制作简单、单位装置的膜使用面积大、品种多等优点，从而大规模应用于水处理、化工、生物、医药等领域。但聚合物在搬移和使用装备时膜存在不耐高温、抗腐蚀性差、机械强度不好、化学稳定性差等缺点，并且易堵塞，不易清洗[1]。无机膜，则具有许多独特的性质，机械强度高、热稳定性好、耐化学和生物侵蚀、使用寿命长，并且易于消毒和清洗。但是无机膜的不足之处在于抗污染能力差，分离选择性差，而且陶瓷膜大多数由无机油渣氧化物制得，因而不能在碱性条件下使用[2,3]。为充分利用有机和无机膜的优点，克服各自的缺点，制备有机-无机复合膜已经成为膜研究的一个热点。复合膜按结构可以分为三种：无机物填充聚合物膜[4, 5]；无机/有机杂化膜[6~8]；有机物填充无机膜，也称为有机/无机支撑复合膜[9~12]。前两种膜主要是用溶胶－凝胶方法制备。本文在大量收集国内外此领域相关文献的基础上，对第三种复合膜的制备和应用进行归纳和总结。

2 聚合物溶液沉淀相转化法

沉淀法主要是溶剂蒸发沉淀相转化法，将聚合物溶液刮涂于多孔的或无孔的无机支撑物上，使溶剂蒸发，得到了均匀致密的聚合物膜皮层[2]。根据需要，可以反复进行以上过程。除了刮涂外，还可以根据无机支撑膜是管式的还是板式而采取浸涂、喷涂或旋转涂敷。此复合膜有机相与无机相之间主要为物理相互作用，聚合物膜厚范围为0.1~50 m。无机支撑膜为陶瓷或玻璃膜。除了溶剂蒸发沉淀相转化法外，也有人利用浸没沉淀相转化法制备了致密的聚偏氟乙烯/陶瓷复合膜[13]。以上复合膜主要用于气体分离、全蒸发和反渗透，也有人用于了微滤[9]和超滤[10, 14]。溶剂蒸发沉淀制备复合膜应注意以下几个问题。首先要注意孔渗现象。由于采用多孔无机膜做支撑体，毛细管力的作用使在涂膜过程中发生孔渗，使无机支撑膜的传质阻力增大。可以用不同的方法来避免或减少孔渗现象。最通用的方法是将无机膜孔预先填入某种物质，再涂膜，待有机膜形成之后，除去孔中的物质。如Matsumoto制备磺化聚砜/陶瓷复合膜时使用的填孔物质是壳聚糖，利用的壳聚糖在pH值小于6时可溶的、pH值大于6时变成悬浮液的性质[7]。另一种方法是采用高分子量聚合物并选用良溶剂，因为二者可使膜液中线团的流体力学半径增大。表1中列出了一些常用聚合物的溶剂和浓度。影响孔渗的另一个重要因素是无机膜的孔径分布，孔径分布应当越窄越好，此外表面孔隙率应尽可能高，塑料喷嘴一般情况下，空隙率为50%。

第二个要注意的是溶剂蒸发速率。特别是对于玻璃态涂层，快速的蒸发将会导致无机膜中产生应力，最终使得上面有机涂层产生裂缝。鉴于此，可以将溶剂的蒸发速度控制在一个较慢的水平上若放大器输出电压不稳定。Rezac等制备玻璃态芳香聚酰亚胺/陶瓷膜和聚碳酸酯/陶瓷膜时。将浸涂了溶液的无机物膜置于溶剂蒸汽饱和的环境中，通过控制环境中溶剂蒸汽的浓度达到控制涂层中溶剂蒸发速度[22, 23]。这样一个过程允许涂层可以缓慢地从一个溶胀的伸展状态向最终复合膜中平衡的互相贯通的状态转变。

第三个就是无机膜的表面改性问题。这里有两种方法进行表面改性。第一种方法是溶胶-凝胶改性，溶胶-凝胶方法是陶瓷等无机膜常用的修饰方法[3, 26]。

改性之后再进行有机膜的涂层[24, 25]。图1是改性无机上涂层有机膜形成的复合膜的结构示意图。第二种方法是热分解法，分解法另外是制备多孔功率电感SiO2、碳分子筛膜等的常用方法。一般是将硅橡胶涂敷在无机支撑体上，一定温度下热解，去除有机成分，涂层硅橡胶就形成以碳-碳、硅-氧等主链为骨架的无机状孔结构。这种改性方法适用于空隙率很高或聚合物是玻璃态的情况。对聚酰亚胺溶液浸涂在两种方法修饰的无机膜上所制备的复合膜，进行了气体渗透实验，结果发现热分解法处理的复合膜的渗透率比用溶胶SiO2处理的要低50%。可以说，溶胶-凝胶下1步就是测试易腐食品的微生物生长情况比热分解法更有发展前途[23]。