净水处理剂-超滤膜（一）

膜分离技术可分为反渗透（R0)、纳滤（NP)、超滤（UF)、微滤（MF)四种。与传统的分离过程相比，膜分离技术具有设备简单，操作容易，能耗低和无污染等优点。其很快，主要用于超纯水制备、工业废水处理、生物制品浓缩与分离等方面。

理化性能

超滤（Ultrafiltration)和微滤一样，也是利用筛分原理以压力差为推动力的膜分离过程。超滤过程受膜表面孔的化学性质的影响较大。对料液侧施加压力（100~1000kPa)的条件下利用孔径在1mm~100nm的膜通过筛分作用选择性透过溶剂和某些小分子溶质的性质，使大分子溶质或细微粒子从溶液中分离出来。为达到高分离效率，待分离组分的大小一般要相差10倍以上。而直径在（5~100nm)之间的大分子物质或微细颗粒被截留，从而达到净化的目的。

工艺技术

膜技术是20世纪60年代后迅速崛起的一门分离技术，它是利用特殊制造的具有选择透过性能的薄膜，在外力推动下对混合物进行分离、提纯、浓缩的一种分离方法。它在21世纪的工业技术改造中起战略作用，是最有发展前途的高新技术之一。膜分离技术在环境保护的水处理过程中有着广泛的应用。

膜可以是固相、液相或气相，膜的结构可以是均质或非均质的，膜可以是中性的或带电的，但必须具有选择性通过物质的特性。它的工作原理是根据混合物物质的质量、体积、大小和几何形态的不同，用过筛的方法将其分离；并根据混合物的不同化学性质分离开物质，物质通过分离膜的速度（溶解速度）取决于进入膜内的速度和进入膜的表面扩散到膜的另一表面的速度（扩散速度），而溶解速度完全取决于被分离物与膜材料之间化学性质的差异，扩散速度除化学性质外还与物质的分子量有关，速度愈大，透过膜所需的时间越短，混合物中各组分透过膜的速度相差愈大，则分离效率愈高。

膜分离是一个高效的分离过程，可以做到将相对分子量为几千甚至几百的物质进行分离。膜分离过程耗能低，大多数膜分离过程都不发生"相"的变化。多数膜分离过程的工作温度在室温附近，特别适于对热过敏物质的处理。膜分离设备本身没有运动部件，很少需要维护，可靠度很高。膜分离由于分离效率高，通常设备的体积小，占地较少，膜技术的应用更受青睐。

按膜结构分：膜的形态结构决定了分离机理，也决定了其应用，可分为固膜和液膜，固膜又分为对称膜（柱状孔膜、多孔膜、均质膜）和不对称膜（多孔膜、具有皮层的多孔膜、复合膜）；液膜又分为存在于固体多孔支撑层中的液膜和以乳液形式存在的液膜。按化学组成分类：不同的膜材料具有不同的化学稳定性、热稳定性、机械性能和亲和性能。目前已有数十种材料用于制备分离膜。

制备有机高分子膜的工艺比制备无机膜简单，无需高温、高压处理，因此目前应用在膜材料中，以有机膜为主。常用的高分子膜材料有：二醋酸纤维（CA)、三醋酸纤维、氰乙基醋酸纤维、聚砜、磺化聚砜、聚砜酰胺，还有酚酞侧基聚芳砜、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚酰亚胺、甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈共聚物及纤维素等。当前应用最广的是醋酸纤维素膜（CA)和聚砜膜（Ps膜）。

膜材料作为膜分离技术的核心己越来越受到人们的重视，然而目前适于制备分离膜的高分子材料有限。在分离膜的技术发展中，开发耐热性更好的分离膜具有非常重要的意义：CA(醋酸纤维素膜）pH值适用范围小，易生物降解，是一种具有良好特性的膜。

由于不同的应用场合对膜材料的要求也不尽相同，因此，无论是无机膜还是高分子膜，用上述材料制成的分离膜的性能又有其各自的长处和不足。要制备出完全符合各方面要求的膜材料是很难的，但开发新的高好材料以制备性能优良的分离膜，是满足各个工业领域对分离膜日益增长的必须。为此，对膜的改性就成为国际上膜材料研究的热点。

超滤作为一种新型分离技术。应根据超滤膜对应的分离物系，开发适应各具体过程的膜材料。今后一段时间内，高聚物仍将是主要的膜材料，或综合有机膜、无机膜的优点制成的共混膜。超滤膜的改性经常是综合运用两种以上的方法，特别是一些既容易实现又经济实惠的方法。

聚醚砜（PES)是一种综合性能优良的聚合物膜材料，其玻璃化温度高达225°C,具有优异的耐热、耐碱、耐压力、耐腐蚀以及优越的血液相容性等性能，常作为超滤、纳滤膜的材料。近年来，相转化法被成功地应用于微孔膜的制备。在制备过程中，添加剂起着重要作用。向凝固浴中加入溶剂，或者在铸膜液中加入合适的添加剂都能制得皮层孔隙率较大的超滤膜。相转化法制备超滤膜，铸膜液中添加剂有高分子化合物和有机小分子化合物两种。不同添加剂对超滤膜性能的影响非常大，膜液中的添加剂改变了聚合物在溶液中的聚集态、溶液热力学行为和凝胶动力学行为。

在强力揽拌下，将溶剂、聚醚砜、小分子添加剂PEG和大分子添加剂PVP加入，在40°C下溶胀后升温至70°C继续搅拌溶解成均一、稳定、透明的铸膜液，用笔直的玻璃棒在洁净、光滑的玻璃板上刮膜，室温为20°C。刮好的膜片在室温下放置60s后，投入凝固浴中成膜，将膜片在蒸馏水中浸泡48h以上，每隔5h换一次水，除去其中的溶剂、添加剂。

近几年来，复合膜或称"薄膜复合"的膜作为膜科学中一个新兴领域越来越引起了膜科学工作者的关注，并已成为发展快、研究最多的膜品种之一。

复合膜

把聚丙烯酸纳（阴离子聚合物）溶液和阳离子聚合物溶液混合沉淀制备一系列切割分子量小的复合膜，但水通量很小，采用聚丙烯酸钠作为复合膜分离层的材料并通过调节分离层膜液的组成和制备条件，可以开发出水通量较大的切割分子量为1000的聚丙烯酸钠复合超滤膜。

采用涂敷法制备复合膜，即将多孔基膜的上表面浸入到配制好的以聚丙烯酸钠、盐酸和丙三醇为主要成分的膜液中，经外力将此膜液刮涂到基膜上，再在一定的条件下干燥，制成具有极薄分离层的复合膜。该方法的关键是合理选择作为复合膜分离层的高分子物质，分离层膜液配方中与高聚物相适应的溶剂、添加剂及制膜工艺条件。

用相同组分的分离层膜液，在相同的制膜条件下，以聚醚砜超滤膜、聚偏氟乙烯超滤膜和聚磺化醚砜超滤膜为基膜制备复合超滤膜，其基膜的材料对复合膜的性能有很大影响。以SPES-700超滤膜和PVDF-700超滤膜为基膜所得的复合膜通量极大，但截留率很小，其分离层的膜液与基膜的表面结合不好，未能形成均匀的致密分离层。相比之下，以PES-700超滤膜为基膜所得的复合膜截留率大辐度提高，综合性能最好。

Si02-PVA复合超滤膜

单分散二氧化硅球形粒子粉体或溶胶在高科技溶液和科学研究中都有非常重要的应用。工业领域主要包括精细陶瓷、高分子材料改性剂等，涉及到分散体粒子稳定性和相互作用的理论研究中，常用球形的二氧化硅粒子作为模型体系；单分散二氧化硅也用于近几年发展的多组分复合粒子的研究中。

制备高纯度二氧化硅的主要原料是硅酸乙酯（TEOS),该法制得的二氧化硅粒径在几十到几百纳米。微乳法是单分散二氧化硅粒子的一种制备方法，能形成没有黏连单分散性好的二氧化硅球形粒子。用氨作为碱性催化剂在反胶束中水解TEOS可以合成从几十纳米到一千纳米的二氧化硅粒子。

不同的合成方法制得的二氧化硅的表面特性也会有所不同，在低碳醇体系中TEOS的酸催化水解只能形成条形二氧化硅，但是在微乳体系中可形成球形二氧化硅粒子。

二氧化硅的制备按工艺可分为气相法和沉淀法两种。气相法使用卤化硅为原料，虽然产品纯度高，性能好，但生产过程中消耗能源大，成本高。而沉淀法所用原材料广泛、价廉，生产过程所需能量不涉及石油的消耗。合成Si02是以硅酸盐或天然SiO2为原料经过人工合成方法制得的一系列不同结构的含水或无水的不定形Si02产品。

合成Si02绝大部分是以超微细粉体形式利用的，二氧化硅的应用开发体现出了粉体的特点。

甲壳素衍生物超滤膜

超滤膜是甲壳素衍生物在混合溶剂中制成的一种膜。制膜过程中改变成膜温度并用丙醇等有机溶剂浸渍处理，可按要求调整膜的强度及透过性能。在溶液湿法制备甲壳素衍生物的过程中改变凝化剂，则可制成不同超滤性能的膜，以便用于特殊溶液的处理满足医疗方面的需要。

改性超滤膜

具有良好的成膜性、热稳定性、化学稳定性，耐酸、碱、微生物侵蚀和耐氧化性能的膜材是研究者们一直追求的目标。但单一物质的性质都有其局限性，因此人们常针对一定的处理物系，对膜材进行改性或对膜表面进行改性，以提高其抗污染性能。超滤膜改性方法有多种，有物理共混改性、化学改性、等离子体改性、辐照改性及光化学改性等。其中共混、等离子表面照射、溶剂预处理等方法由于简便易行，已被较多的采用。这些方法都能在膜表面引入极性基团或亲水性大分子链，使膜的亲水性能到改善，而不影响膜本身的性能。

物理共混改性

膜表面的亲水性通过物理共混的方法来改善。共混物质的相容性是必须解决的关键因素，通过改进共混的工艺条件及共混物的各个组分含量，从而使改性后的超滤膜在机械强度、热稳定性等方面有所改善，制备出所需孔径的膜。

表面化学改性

通过表面化学反应改善超滤膜的亲水性和通量，提高抗污染性。表面化学改性的方法较涂覆作用的时间持久。采用表面化学反应方法对PVA/VC超滤膜进行化学改性可以减少其对超滤过程中蛋白质的吸附，所采用的反应物是聚环氧乙院和聚丙烯腈中被酸解或还原的-CN基团。由于PEO链的流动性占据空间，而且它又是亲水和电中性的，因此经其改性的膜表面蛋白质的吸附状况得到改善。

表面涂覆改性

用膜表面涂覆的方法对膜材料改性现存在的问题是添加或涂覆的接枝或嵌段共聚物易从高分子表面脱离，不能得到永久的改性效果。但这种方法可以制备一系列具有不同截留率的分离膜。

低温等离子体改性

低温等离子体改性是近年来发展较快的方法。这种改性方法操作简单且不造成环境污染，而且被处理的表面只在薄层内发生物理或化学变化，不影响材料的本体性能。等离子体是气体在电场作用下，部分气体分子发生电离，生成共存的电子及正离子、激发态分子及自由基，气体整体呈电中性，这就是物质存在的第四种状态——等离子体态。采用等离子体的方法有热电离法、激光法、光电离法、射线辐照法以及气体放电法等。

低气压射频放电获得等离子体是实验室较常采用的方法。在很低的压力下，等离子体中的电子温度可达1000°C,由于等离子体处于被激发的高能状态。等离子体具有紫外辐射和中性粒子（亚稳态形体和自由基），能诱发固体表面的化学反应。其成功地用于聚合物表面改性，可以改善聚合物表面的润湿性、黏合性、阻燃性和表面自由能。

用低温氧等离子体对CA超滤膜进行改性，可以在截留率几乎不变的条件下，使透水率扩大3倍以上。低温等离子体是CA超滤膜改性的一个有效的好方法。低温等离子体表面改性使CA超滤膜表面的亲水性、孔径、孔密度都发生变化，这些变化是膜的透水性能和分离性能变化的依据。

等离子体引发聚合是指利用等离子体产生的活性物质引发特定单体聚合的方法。等离子体引发接枝聚合改性后的材料表面有两大优点：—是对亲水性的改善；二是改性后的结果较稳定。聚丙烯径和聚砜超滤膜进行改性，在其表面用等离子体引发接枝丙烯酸或甲基丙烯酸等单体，大大减少分离过程的膜污染。

高能辐照接枝改性

辐射技术，是采用辐射线（UV、EB、射线、可见光、荧光等）辐照于液相待加工物体，使其在高能量射线作用下瞬间发生分子激化，进而发生聚合等过程，从而得到性能优异的加工膜。辐雖术具有高速率（1~10s)、低能耗、高固含量、几乎无公害、适于连续化生产等特点。因其符合环保要求及具有较高附加值而呈现出强大的生命力，在许多国家发展很快。

单体经辐照后，可产生自由基、阴离子、阳离子，但烯类单体一般为自由基聚合。利用高能射线辐照使材料表面产生自由基，引发单体接枝聚合是一种有效的表面改性手段。由于反应是在低温下进行，穿透力强，可以进行固相接枝聚合，后处理比较简单。