1、功能材料課程論文考核表論文題目：高分子分離膜材料的研究進展專業：應用化學學號：姓名：袁強得分要點要求分值得分論文格式格式是否符合要 求；字數是否達 到規定字數20分論文內容內容是否充實， 結構是否合理， 文字是否流暢40分原創性 聯系自身實際是否聯系自身實 際，是否為原創（不能抄襲）30分獨創性是否具有自己的見解10分總分高分子分離膜材料的研究進展應用化學袁強摘要：高分子分離膜是用高分子材料制作而成的具有選擇性透過功能的半透性薄 膜。本文將簡單介紹高分子分離膜材料的起源、發展史，重點介紹高分子分離膜 材料的應用前景和研究現狀。關鍵詞：高分子材料；高分子分離膜；分離；材料1高分子分離膜概述高分子

2、分離膜（polymeric membrane for separation ）, 是由聚合物或高分 子復合材料制得的具有分離流體混合物功能的薄膜。膜分離過程就是用分離膜作 間隔層，在壓力差、濃度差或電位差的推動力下，借流體混合物中各組分透過膜 的速率不同，使之在膜的兩側分別富集，以達到分離、精制、濃縮及回收利用的 目的。單位時間內流體通過膜的量（透過速度）、不同物質透過系數之比（分離 系數）或對某種物質的截留率是衡量膜性能的重要指標。2. 高分子分離膜的起源和發展史2.1 .國外高分子分離膜發展史1849年，德國學者惠柏思用硝基纖維素制成第一張高分子膜。1920年，麥克戈達開始觀察和研究反滲透

3、現象。1930年，人們將纖維素膜用于超濾分離。1940年，離子交換膜開發和利用電滲析方法建立。1950年，加拿大學者薩利拉簡研究反滲透。1960年，洛薩和薩利拉簡成功制備了具有完整表皮和高度不對稱的第一張高效 能反滲透膜，為該法奠定了基礎。1970年以來。超濾膜、微濾膜成功開發和應用，有支撐的液膜和乳液膜及氣體 分離膜也相繼問世。2.2 .國內高分子分離膜發展史我國的膜科學技術的發展是從1958年研究離子交換膜開始的，六十年代 進入開創階段。1965年著手反滲透技術的探索。1967年開始全國的海水淡化會 戰。大大促進了我國膜技術的發展。70年代進入開發階段。這時期，微濾、電 滲析、反滲透和超濾

4、等各種膜和組器件都相繼研究開發出來，80年代跨入推廣應用階段。80年代又是氣體分離和其他膜的開發階段。3. 高分子分離膜所用到的材料最初用作分離膜的高分子材料是纖維素酯類材料。后來，又逐漸采用了具有 各種不同特性的聚砜、聚苯醚、芳香族聚酰胺（見芳香族聚酰胺纖維）、聚四氟乙 烯（見氟樹脂）、聚丙烯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚苯并咪唑、聚酰亞胺等。高 分子共混物和嵌段、接枝共聚物（見聚合物）也越來越多地被用于制分離膜，使其具有單一均聚物所沒有的特性。制備高分子分離膜的方法有流延法、不良溶劑 凝膠法、微粉燒結法、直接聚合法、表面涂覆法、控制拉伸法、輻射化學侵蝕法 和中空纖維紡絲法等。4. 高分子分離膜的

5、分離原理和分離種類推動膜分離的外力可以是壓力差、電位差、濃度差、溫度差和化學反應 高分子分離膜可按結構分為：致密膜，膜中無微孔，物質僅從高分子鏈段 之間的自由空間通過；多孔質膜，一般膜中含有孔徑為0.0220 m的微孔,可用于截留膠體粒子、細菌、高分子量物質粒子等；不對稱膜，由同一種高分 子材料制成，膜的表面層與膜的內部結構不相同，表面層為0.10.25 ym薄的活性層，內部為較厚的多孔層；含浸型膜，在高分子多孔質膜上含浸有載體而 形成的促進輸送膜和含有官能基團的膜， 如離子交換膜；增強膜，以纖維織物 或其他方式增強的膜。按膜的分離特性和應用角度可分為反滲透膜（或稱逆滲透膜）、超過濾膜、 微孔

6、過濾膜、氣體分離膜、離子交換膜、有機液體透過蒸發膜、動力形成膜、鑲 嵌帶電膜、液體膜、透析膜、生物醫學用膜等多種類別。5. 高分子分離膜的研究現狀5.1. 用于氫氣的回收另類高分子分離膜對氫氣具有選擇性， 可有效地用于合成氣體的調節，冶煉 氣體中氫氣的回收以及液態氨合成中的氫氣回收，此類技術在美國廣泛應用。5.2. 有機氣體的回收針對一些高分子材料對有機氣體有特殊的選擇性、過濾性。有機氣體在此類高分子材料中穿透性快的特點，將分離膜用于有機氣體的回收，如回收在塑料合 成中的單分子氣體，回收工業排放氣中的有機物質，既使能源在利用，又凈化了 氣體，美國和西方國家生產出的此類高分子分離膜已廣泛用于化工

7、工業及環境治 理。5.3. 用于天然氣的回收天然氣中含有CO2 , H2O和H2S是造成天然氣質量低，輸送管道易被腐蝕 的主要原因，高分子分離膜能有效的出去此類有害物質， 提高天然氣質量，延長 管道使用壽命。5.4. 用于氮氣和氧氣的直取以空氣作為原料，高分子分離膜可分離出百分之九十九的氮氣， 含量為百分 之九十以上的氧氣。新一代的高分子分離膜產品應用技術將更加精湛，用途將涉 及到血液的凈化，人造肝膽一類的生物工程領域，前景可觀。人工腎透析5.5. 用于人類腎的過濾據不完全統計，腎病患者人群發病率為萬分之五，國內按12億人口測算，需要使用血液透析器（人工腎）治療腎功能衰竭病人約60萬人。按每周

8、透析1次（實際每周透析 2-3 次）計算，每年需要 3000 萬只人工腎，也有資料表明至 少需要 1000 萬只。目前國內進口的和國內組裝的人工腎只能讓大城市內的大醫 院使用，遠遠不能滿足農村與邊遠地區的要求。據資料分析 , 在人工腎血液透析過程中，長期使用纖維素類型中空纖維膜透 析的病人血液中的中分子物質和B微球蛋白水平的升高，它將導致神經病變及透 析性淀粉樣變， 遠期并發癥， 這一現象已受到醫學界的關注與重視， 因此血液濾 過的概念也隨之提出，而且正在血液透析領域中得到快速地發展。目前傳統的血仿膜對上述物質幾乎無清除作用。 各國學者已在研究各種合成 材料中空纖維代用品。 上海德圓科技發展有

9、限公司已紡制成可做人工腎透析器 低通量與高通量的聚砜與聚醚砜中空纖維膜， 這將為新型人工腎的應用奠定了基 礎。5.6. 生物人工肝暴發性肝功能衰竭仍是一種死亡率很高的危重病癥， 用一般治療方法都不能達 到理想的效果。國內外較早地研究了微囊肝細胞（19）和體外裝置等形式。但現在生 產的微囊還不足以對抗體外灌注的高血流速度所產生的切應力， 從已經得到的結 果分析，活肝細胞 -中空纖維生物人工肝是目前最先進的人工肝裝置。中空纖維肝細胞反應器是將一束平行排例的具有一定孔徑的高分子分離 膜安裝在一個圓型外殼內， 按功能它可分為兩個腔室： 中空纖維管內腔和中空纖 維與外殼間的外腔。 兩部分通過中空纖維管壁

10、上的微孔進行物質交換。 肝細胞種 植在纖維管外表面，血液在中空纖維管內循環。5. 7. 人工胰自 1889 年， von Mering 和 Minkowski 發現切除胰腺的狗可引起糖尿病，第 一次說明了胰腺有調節血糖的和糖代謝的作用以來， 人們對胰腺及胰島素與糖尿 病的關系予以足夠的重視（中國早就認識了糖尿病這種病癥，以“消渴病”為名 加以了描述，并采用中草藥治療，效果尚好）。1965年我國首先合成結晶牛胰島素。隨著分子生物學的迅猛發展， 對糖尿病的研究重點已從胰島素分子本身轉 向對胰島素作用機制的探討。 胰島素受體及受體后的改變， 胰島各細胞之間的功 能調節及B細胞膜表面蛋白的改變等。從醫

11、學治療上分析， 可以進行胰島移植。 是否將胰島中各類細胞像生物人工 肝一樣用中空纖維作為宿主，治療糖尿病人的病癥，這還將進行進一步的研究。 我國糖尿病的發病率為 0.6%，如果將生物人工胰應用于臨床，則意義十分重大。 在人工胰產品中相當重要的方面就是膜， 這種產品以膜來分胰島細胞， 使膜內的 胰島細胞通過膜的傳遞將胰島素輸送至血液循環系統中， 而血液中的氧和營養物 質又通過膜傳送給膜內的胰島細胞。現代生物醫學研究上提出雜化生物材料， 人工胰也是研究較多的一種代謝器 官。胰島細胞可采用豬、大鼠、人類等胰臟細胞。采用高分子膜材料很多，比較 成功的有聚賴氨酸海藻酸體系、 聚丙烯酸酯體系、 殼聚糖海藻

12、酸體系等。 采 7用pH剌激響應性高分子膜制作的雜化人工胰，當患者血糖升高時， pH值減小， 膜也加大釋放出足量的胰島素，而當血糖降低時， pH值增大，膜孔收縮，減少 胰胰島素的釋放，而當血糖正常時，膜孔適中。這種根據人體狀態變化進行生物 調節的智能化人工胰，是最理想的人工雜化器官。人工胰最主要的是高分子材料的生物相容性、血液相容性、材料的理化性能、 細胞的培養技術等課題，同時解決細胞的生存期、細胞的更換技術及具有穩定的 功能活性才能廣泛地應用于臨床。5. 8.在中草藥精制、濃縮中的應用中草藥針劑是一種新的劑型，在中草藥中有大量的鞣質、蛋白、淀粉、樹脂 等大分子物質，這些大分子物無藥效，必須去

13、除。高分子分離膜可以去除這些無 用物質，使藥液得以澄清、濃縮，由于去除了鞣質等雜質，明顯地提高了針劑的 澄清度和儲存穩定性。目前當歸注射液、丹參注射液等都已用超濾膜進行處理。 值得提出的是，膜技術在中藥中的過濾優點遠非以上這些。 應該對于中醫藥進行 整體研究，這樣才能將膜技術真正用上去，目前已有人正在研究中草藥中更深層 次的作用與功效，提出一種新的過濾概念，開拓一種新型中草藥過濾方法，以提 高藥物的治療效果，以期達到事半功倍之效，加快病人的康復。6. 對高分子分離膜材料的展望一、我們要致力于將新興的膜分離技術和傳統的工藝技術有機的結合起來，不斷地將膜分離技術的研究成果從實驗室推向產業化應用。二、我們要致力于研究新的膜材料，開發新的聚合膜材料。三、我們要致力于研究開發新的膜工藝，進一步制備超薄、高度均勻、 無缺陷的非對稱膜皮層技術與工藝。四、無論在學術上還是工業化應用中，微濾、超濾、納濾、反滲透、電 滲透、氣體分離、滲透汽化等課題的研究都將是重中之重。參考資料:1. 王志斌，申 靜，高朝祥，周 文高分子膜材料在膜分離過程的應用四川化工 職業技術學院，四川瀘州）2. 王世榮 張