功能高分子化学离子交换膜及分离膜课件.ppt
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- 功能 高分子 化学 离子交换 分离 课件
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1、2020/3/281第三章第三章 离子交换膜及分离膜离子交换膜及分离膜2020/3/282第一节离子交换膜1.1 概述五十年代合成离子交换树脂取得成功之后,就利用粘合剂把离子交换树脂细粉粘合起来制成膜型,从而为制备具有实用价值的选择透过性膜提供了条件。由于制膜的主要原料是离子交换树脂,故称为离子交换(树脂)膜。2020/3/2831.2 膜体结构和分类膜体结构和分类?膜体结构 图例1R*SO3-H+(Na+)R*N+(CH3)3OH-(Cl-)固定基团解离离子固定基团解离离子(或称反离子)(或称反离子)磺酸型阳离子交换膜季铵型阴离子交换膜*表示大分子结构2020/3/284图例2 异相离子交换
2、膜体结构示意图1-粘合剂2-离子交换树脂粒2020/3/285图例3SO3_+SO3_+SO3_+SO3_+SO3_+SO3_+SO3_+SO3_+SO3_+SO3_+SO3_+磺酸型阳离子交换膜的膜体结构示意图RSO2固定基团 ;+解离离子2020/3/286图例4 磺酸型阳离子交换膜曲折通道示意图RSO2固定基团 ;+解离离子2020/3/287膜的分类膜的分类?阳离子交换膜有强酸膜,中等酸度膜和弱酸膜三种。?阴离子交换膜有强碱,中等碱和弱碱膜三种。?特殊性能的膜有表面涂层膜,双极膜,两性膜及镶嵌膜。?按用途分类,有电解槽隔膜,电池隔膜,渗透膜,电渗析膜,?人工肾膜及仿生膜等。2020/3
3、/2882.3 离子交换膜的选择透过现象图例5半透膜(I)(II)RA-NaRA-Na图2-6 Na+离子和Cl-离子在半透膜两侧互相碰撞示意图刚果红钠盐(I)室刚果红钠盐溶液(II)室NaCl溶液Na+Cl-Cl-Na+Cl-Na+2020/3/289?图例6苯乙烯-二乙烯基苯共聚物SO3-Na+SO3-Na+SO3-Na+SO3-Na+SO3-Na+SO3-Na+SO3-Na+SO3-Na+SO3-Na+Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Cl-Cl-磺酸型阳膜在NaCl稀溶液中平衡示意图RSO-固定基团 ;Na+解离子2020/3/2810
4、?图例7苯乙烯-二乙烯基苯共聚物SO3-Na+SO3-Na+SO3-Na+SO3-Na+SO3-Na+SO3-Na+SO3-Na+SO3-Na+SO3-Na+Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Cl-Cl-磺酸型阳膜在NaCl浓溶液中平衡示意图RSO3-固定基团 ;Na+解离子Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Cl-Na+2020/3/28112.4 离子交换膜的一般性能和用途离子交换膜的一般性能,常用物理、化学、电离子交换膜的一般性能,常用物理、化学、电化学性能表示:?应平整,均一,无针孔
5、,并且有一定的机械强度和柔韧性。?应具有必要的选择透过性,这就要求有较高的交换容量。?应具有较高的导电性能,特别是应用在传导电流的设备中。?应具有较好的形态稳定性,故膜的溶胀度不应太大。?应具有耐高温,抗氧化,抗酸(或碱)腐蚀及耐有机溶剂等性能。离子交换膜在各个方面的应用?脱盐或纯化?浓缩或分离?置换?水解?复分解?电解、氧化、还原以及电化合成2020/3/28122020/3/2813电渗析器,异相离子交换膜离子交换膜引自百度2020/3/2814电解食盐水装置引自百度2020/3/2815管状离子交换膜管状离子交换膜引自百度2020/3/2816质子交换膜燃料电池工作原理引自百度2020/
6、3/2817引自百度2020/3/2818第二节第二节 高分子分离膜高分子分离膜2.1 概述2.1.1 分离膜与膜分离技术的概念分离膜是指能以特定形式限制和传递流体物质的分隔两相或两部分的界面。膜的形式可以是固态的,也可以是液态的。被膜分割的流体物质可以是液态的,也可以是气态的。膜至少具有两个界面,膜通过这两个界面与被分割的两侧流体接触并进行传递。分离膜对流体可以是完全透过性的,也可以是半透过性的,但不能是完全不透过性的。膜在生产和研究中的使用技术被称为膜技术。2020/3/2819随着科学技术的迅猛发展和人类对物质利用广度的开拓,物质的分离已成为重要的研究课题。分离的类型包括同种物质按不同大
7、小尺寸的分离;异种物质的分离;不同物质状态的分离等。在化工单元操作中,常见的分离方法有筛分、过滤、蒸馏、蒸发、重结晶、萃取、离心分离等。然而,对于高层次的分离,如分子尺寸的分离、生物体组分的分离等,采用常规的分离方法是难以实现的,或达不到精度,或需要损耗极大的能源而无实用价值。2020/3/2820具有选择分离功能的高分子材料的出现,使上具有选择分离功能的高分子材料的出现,使上述的分离问题迎刃而解。膜分离过程的主要特点是述的分离问题迎刃而解。膜分离过程的主要特点是以具有选择透过性的膜作为分离的手段,实现物质以具有选择透过性的膜作为分离的手段,实现物质分子尺寸的分离和混合物组分的分离。膜分离过程
8、分子尺寸的分离和混合物组分的分离。膜分离过程的推动力有浓度差、压力差和电位差等。膜分离过的推动力有浓度差、压力差和电位差等。膜分离过程可概述为以下三种形式:程可概述为以下三种形式:渗析式膜分离料液中的某些溶质或离子在浓度差、电位差的料液中的某些溶质或离子在浓度差、电位差的推动下,透过膜进入接受液中,从而被分离出去。推动下,透过膜进入接受液中,从而被分离出去。属于渗析式膜分离的有渗析和电渗析等;属于渗析式膜分离的有渗析和电渗析等;2020/3/2821 过滤式膜分离过滤式膜分离利用组分分子的大小和性质差别所表现出透过膜的速率差别,达到组分的分离。属于过滤式膜分离的有超滤、微滤、反渗透和气体渗透等
9、;液膜分离液膜与料液和接受液互不混溶,液液两相通过液膜实现渗透,类似于萃取和反萃取的组合。溶质从料液进入液膜相当于萃取,溶质再从液膜进入接受液相当于反萃取。2020/3/2822膜分离技术是利用膜对混合物中各组分的选择膜分离技术是利用膜对混合物中各组分的选择渗透性能的差异来实现分离、提纯和浓缩的新型分渗透性能的差异来实现分离、提纯和浓缩的新型分离技术。膜分离过程的共同优点是成本低、能耗离技术。膜分离过程的共同优点是成本低、能耗少、效率高、无污染并可回收有用物质,特别适合少、效率高、无污染并可回收有用物质,特别适合于性质相似组分、同分异构体组分、热敏性组分、生物物质组分等混合物的分离,因而在某些
10、应用中生物物质组分等混合物的分离,因而在某些应用中能代替蒸馏、萃取、蒸发、吸附等化工单元操作。实践证明,当不能经济地用常规的分离方法得到较好的分离时,膜分离作为一种分离技术往往是非常好的分离时,膜分离作为一种分离技术往往是非常有用的。并且膜技术还可以和常规的分离方法结合有用的。并且膜技术还可以和常规的分离方法结合起来使用,使技术投资更为经济。2020/3/2823膜分离过程没有相的变化膜分离过程没有相的变化(渗透蒸发膜除外渗透蒸发膜除外),常温下即可操作;由于避免了高温操作,所浓缩常温下即可操作;由于避免了高温操作,所浓缩和富集物质的性质不容易发生变化,因此在膜分和富集物质的性质不容易发生变化
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