中空纤维膜详细版.ppt
中空纤维膜简介
后处理工艺
清洗：去除膜表面的杂质和残留物，提高膜的纯度和透水性能 热处理：通过加热使膜进一步干燥，提高膜的稳定性和强度 切割：根据需要将膜切割成不同长度或直径的纤维 包装：对膜进行适当的包装，以保护膜不受损坏和污染
06 中空纤维膜的市场前景
市场现状
市场需求持续增长 竞争格局日益激烈 技术创新推动市场发展 政策支持为市场发展提供保障
04 中空纤维膜的应用
工业领域
工业领域：用于分离、过滤和净化，如水处理、工业废水处理、工业气 体分离等。 生物医药领域：用于生物反应器、血液透析、药物提取和品分离和提纯等。
环境领域：用于土壤修复、水生态修复、环境监测等。
医疗领域
血液透析：用于治疗肾功能衰竭和尿毒症患者 人工肝：用于辅助治疗重型肝炎和其他肝脏疾病 人工肺：用于辅助治疗呼吸衰竭和肺气肿等肺部疾病 药物载体：用于药物输送和靶向治疗，提高药物的疗效和降低副作用
环保领域
用于污水处 理
用于气体分 离
用于海水淡 化
用于医疗领 域
其他领域
生物医学：用于血液透析、人工肾 脏等医疗设备
食品工业：用于果汁、酒类等食品 的澄清和过滤
添加标题
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环保：用于水处理、废气治理等环 保工程
石油化工：用于石油、化工等领域 的液体分离和净化
05 中空纤维膜的生产工艺
微滤膜：孔径范围在0.1-10微米之间，能够过滤掉微小的悬浮物和细菌， 主要用于制药、食品和医疗行业中的过滤和分离。
纳滤膜：孔径范围在1-100纳米之间，能够过滤掉无机盐和有机物，主要 用于海水淡化和工业废水处理。
反渗透膜：孔径范围在0.1-1纳米之间，能够过滤掉几乎所有的杂质，主 要用于饮用水处理和工业废水处理。
中空纤维膜
中空纤维膜是—类高分子分离膜，具有不对称结构和对称结构。
中空纤维膜的外径一般为0.5-1.0mm，内径一般为0.2mm-0.7mm[8]，多功能层（即外压型）一般为外表面（即外压型），布满微孔表面的平均孔隙为3~l00mn。
它有纤维状的外形，具有自支撑作用。
它的致密层既位于纤维的内表面(如微滤膜和超滤膜)，也可位于纤维的外表面（如反渗透膜）。
气体分离膜的致密层可以在内表面，也可以在外表面。
中空纤维膜是特殊纤维的组成部分，并且中空纤维膜在这三十年中发展极快，它用的范围越来越广泛，已经受到全世界的关注。
中空纤维膜常用的高聚物原料：聚砜(PSF)、硝化纤维类(NC)、聚四氟乙烯(PTFE)、再生纤维素(RC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、醋酸纤维素(CA)、聚丙烯腈(PAN)、三醋酸纤维素、芳香聚酰胺、聚苯并咪唑（PBI）、聚氯乙烯(PVC)、聚醚、聚酯、聚烯烃、聚碳酸酯、磺化聚砜(SPSF)、聚醚砜(PES)等。
中空纤维膜是—类高分子分离膜，具有不对称结构和对称结构。
中空纤维膜的外径一般为0.5-1.0mm，内径一般为0.2mm-0.7mm[8]，多功能层（即外压型）一般为外表面（即外压型），布满微孔表面的平均孔隙为3~l00mn。
它有纤维状的外形，具有自支撑作用。
它的致密层既位于纤维的内表面(如微滤膜和超滤膜)，也可位于纤维的外表面（如反渗透膜）。
气体分离膜的致密层可以在内表面，也可以在外表面。
中空纤维膜是特殊纤维的组成部分，并且中空纤维膜在这三十年中发展极快，它用的范围越来越广泛，已经受到全世界的关注。
中空纤维膜常用的高聚物原料：聚砜(PSF)、硝化纤维类(NC)、聚四氟乙烯(PTFE)、再生纤维素(RC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、醋酸纤维素(CA)、聚丙烯腈(PAN)、三醋酸纤维素、芳香聚酰胺、聚苯并咪唑（PBI）、聚氯乙烯(PVC)、聚醚、聚酯、聚烯烃、聚碳酸酯、磺化聚砜(SPSF)、聚醚砜(PES)等。
《中空纤维膜》课件
热处理
对膜进行热处理，消除内应力，提高 机械性能和稳定性。
加工与裁剪
根据实际应用需求，对膜进行切割、 打孔、折叠等加工，以满足不同领域 的应用要求。
03
中空纤维膜的性能与测试
渗透性能
总结词
中空纤维膜的渗透性能是指水或特定溶质通过膜的速率，是评价膜性能的重要指 标之一。
详细描述
渗透性能主要受到膜孔径、孔隙率、材质和制膜工艺等因素的影响。渗透性能好 的中空纤维膜能够实现较高的水通量和脱盐率，适用于海水淡化、物料浓缩等领 域。
04
中空纤维膜的优缺点分析
优点
高通量
中空纤维膜具有较高的孔隙率和渗透 性能，能够实现高通量传输，提高产 水效率。
长寿命
中空纤维膜的化学和机械稳定性较好 ，使用寿命较长，降低了更换成本。
抗污染能力强
中空纤维膜具有较好的抗污染能力， 能够有效防止膜堵塞和膜污染，提高 产水质量。
易于清洗和再生
中空纤维膜可以采用反冲洗、化学清 洗等手段进行清洗和再生，操作简便 。
详细描述
化学稳定性涉及酸碱溶液、氧化还原介质、有机溶剂等方面的耐受能力。中空纤维膜需要在多种化学 环境下保持稳定的结构和性能，以适应不同的应用需求。
寿命与可靠性
总结词
中空纤维膜的寿命与可靠性是指其在长期使用过程中保持有效性能的能力，是评价膜经济性和可持续性的重要指 标。
详细描述
寿命与可靠性主要受到膜材质、制膜工艺、使用环境等因素的影响。中空纤维膜的寿命与其可靠性密切相关，长 寿命和可靠性的中空纤维膜能够降低更换成本和维护工作量，提高整体经济效益。
历史与发展
起源
中空纤维膜的研究始于20世纪60 年代，最初用于分离气体和液体 的研究。
中空纤维超滤膜应用指南
中空纤维超滤膜应用指南一、超滤的基本概述超滤是一种将溶液进行净化、分离或浓缩的膜透过法分离技术。
20多年来发展迅速，已成为膜分离领域中最为广泛应用的品种之一。
其应用面非常广泛，小至家用净水器，大到现代工业生产，从普通民用到高新技术领域都有不同规模的应用，甚至于在环境保护方面也有极大的使用潜力，超滤是一种最有发展前途的膜法分离技术。
二、超滤膜组件的基本类型目前，工业上常用的超滤膜器件主要有下列五种类型：板框式、园管式、螺旋卷式、中空纤维式、毛细管式，其主要特征列于下表。
各种基本类型膜均有不同的适用性，在工业上应用最为广泛的是中空纤维式，特别是在净化、分离的应用中。
而在粘度较高的溶液净化、分离、浓缩过程中，则板框式或园管式有更大的适用性。
三、超滤膜的超滤特性在膜分离技术范畴内，分离精度自反渗透至微滤过滤范围的连续谱图中可见，超滤介于纳滤与微滤之间。
膜过滤谱图超滤的定义域为截留分子量500～500000左右，相应膜孔径大小的近似值为0.002μ～0.1μ。
截留分子量与膜孔径两者尚无对应关系。
简单的理解，超滤膜如同筛子，在一定压力（0.1～0.6MPa）下，允许溶剂和小于膜孔径的溶质透过，而阻止大于孔径的溶质通过，以完成溶液的净化、分离和浓缩。
超滤过程有如下特点：（1）超滤过程无相际变化，可以在常温及低压下进行分离，因而能耗低，约为蒸发法与冷冻法的1/2～1/5；（2）设备体积小，结构简单，故投资费用低，易于实施；（3）超滤分离过程只是简单的加压输送液体，工艺流程简单，易于操作管理；（4）溶液在分离、浓缩过程中不发生质的变化，因而适合于保味及热敏性溶液的处理；（5）适合于从稀溶液中分离微量贵重大分子物质的回收和低浓度大分子物质的回收；（6）能将不同分子量的物质分级分离；（7）超滤膜是由高分子聚合物制成均匀的连续体，在使用过程中无任何杂质的脱落，保证被处理溶液的纯净。
由以上分离特性可知，超滤的应用范围很广，但归根到底，主要应用于溶液的净化、分离和浓缩。
高性能聚四氟乙烯中空纤维膜制备及表征ppt课件
研究概述
成膜原理 PTFE颗粒受到定向的力的作用下，会重新取向，并两个相邻的颗粒在力
作用下会形成微纤维（压坯过程）。拉伸过程中微纤维被拉出，形成特殊的 结点和纤维的结构，同时强度提高。拉伸后具有回缩性，在张力作用下烧结 可以使结点和纤维结构固定下来。
制备工艺
研究概述
PTFE分散 树脂
助剂
混合
预成型
熔融热焓ΔH (j/g) 64.58 56.39 49.02 43.17 36.09
结晶度Xc （%） 93.55 91.24 83.38 75.29
结晶度Xc (%) 93.55 83.38 72.47 63.82 53.36
论文要点 4、拉伸温度对聚合物结晶度的影响（XRD法）
论文要点 5、拉伸过程对取向的影响（拉曼偏振光法）
1550 500
论文要点 3、拉伸条件控制：拉伸倍率
100%
200%
300%
（μm）
论文要点 4、拉伸工艺对聚合物结晶度的影响（DSC法）
样品拉伸率 （%） 基膜 100 200 300
拉伸温度 (℃) 基膜 170 220 250 280
熔融热焓ΔH (j/g) 64.58 62.98 57.56 51.93
-图中可以看出：PTFE具有高分子长链结构，无直链，分子链高度规整，大分子两侧全部 为C-F键，每个碳原子连接两个氟原子完全对称。这两种元素以共价键相结合且具有较高 键能，是一个非常稳定的结构。PTFE中的氟原子排列起来可以把碳原子屏蔽保护起来， 分子链难以遭到破坏。而又由于氟原子之间相互排斥，使整个大分子链呈螺旋结构。
论文要点
一、原料及配比 1. 聚合物及助剂
பைடு நூலகம்牌号
F205 F106
综合实验-中空纤维膜的制备
中空纤维膜的制备及性能检测一、实验目的1、掌握制备中空纤维膜的基本原理及实验操作技术；2、了解相转化法制备中空纤维膜的工艺过程；3、掌握简易的实验室用中空纤维膜组件封装的操作技术；4、掌握中空纤维膜渗透通量和截留量的测试方法；二、实验原理（一）中空纤维膜的概述中空纤维膜（hollow fiber membrane）是一类外形像纤维状，具有自支撑作用的膜，是分离膜领域的一个重要分支，是非对称膜的一种。
致密层可位于纤维的外表面/如反渗透膜，也可位于纤维的内表面（微滤膜，纳滤膜和超滤膜），体分离膜来说，致密层位于内表面或外表面均可。
与平板膜等其他形式的膜相比较，具有无需支撑体、组件填充密度高、设备结构简单等特点，已被广泛应用于液体及气体混合物的分离。
（二）中空纤维膜的制备中空纤维膜的典型制备方法有：湿法、熔融法、干-湿法和热致相法。
本实验采用干-湿法纺丝工艺，其过程如下：1）、将过滤后的由聚合物、溶剂和致孔剂组成的铸膜液利用氮气将釜中的料液压出，从环形喷丝头（常用喷丝头及其断面结构如图1所示）的缝隙中挤出；2）、过一定时间后将芯液注入喷丝头插入管中，经过一段空气浴后，铸膜液浸入凝固浴中发生双扩散：铸膜液中的溶剂向凝固浴扩散以及凝固浴中的凝固剂（非溶剂）向铸膜液中细流扩散；3）、膜的内侧和外侧同时发生凝胶化过程，首先形成皮层，随着双扩散的进一步的进行，铸膜液内部的组成不断变化，当达到临界浓度时，膜完全固化从凝固浴中沉析出来，将膜中溶剂和成孔剂萃取出，最终得到中空纤维膜。
图1 喷丝头及其断面示意图膜制备工艺参数对膜结构的影响很大。
主要工艺参数包括：铸膜液的流量、温度、挤出速率、芯液流速、卷绕速度、空气间隙、喷丝头规格等。
（三）中空纤维膜的性能膜的性能包括物理化学性能和分离透过性能。
膜的物理化学性能是指承压性、耐温性、耐酸碱性、抗氧化性、耐生物与化学侵蚀性、机械强度、膜的厚度、含水量、毒性、生物相容性、亲水性和疏水性、孔隙率、电性能、膜的形态结构以及膜的平均孔径等。
聚醚砜膜中空纤维透析器课件
未来预计
➢ 未来几年，国内将有149万患者，每位患者每星期做2-3次血透，每年透析器的总需求
量将达1.2亿；随着医疗制度改革，血透纳入社保范围将造就国内市场的成倍增长。
国际市场
目前状态
用量可观，特别是东南亚、中东以及非洲，其中非洲是一个待开发的巨大市场；
中东和东南亚地区只有一家年产量30万左右的生产商。
沉淀室 / 洗膜 / 干膜 / 毛细纤维绕成束并切开
-
21
聚醚砜纺丝线流程图
在强力搅拌下，按一定配比将DMAC，PES，
PVP和添加剂加入容器中，在一定温度下溶胀，然
后升温至溶解，搅拌至稳定、透明的溶液，经过滤、
脱泡后采用纺丝机干喷 纺。喷丝板形状为单孔双
环套管型，板中部有填充液通入以使纤维有效形成
➢ 透析器的市场前景
➢ 聚醚砜膜透析器生产现状
➢ 聚醚砜膜透析器生产工艺流程
➢ 聚醚砜膜透析器生产线的特点
➢ 聚醚砜膜透析器生产线的设备配置
➢ 生产线设备成本核算
➢ 透析器的检测设备
➢ 经济效益分析
-
24
血液透析器的市场前景
国内市场
目前状态
2011年需求量为1500万支左右；
现有的五家生产商的总产量不到300万支，缺口部分全依赖进口解决。
(一)弥散：溶质依靠浓度梯度差进行的转运称为弥散。
弥散是清除中小分子毒素的主要机制。弥散转运依从
Fick定律：
J=-DA △C
△X
J：溶质的弥散量；D：弥散系数；A：膜的有效弥散面
积；△C：溶质浓度梯度差；△X：溶质有效弥散距离。
其中A=nπr2，n为膜孔数；r为膜孔半径，π为圆围率。
中空纤维反渗透膜
中空纤维反渗透膜
（最新版）
目录
1.中空纤维反渗透膜的概述
2.中空纤维反渗透膜的结构和原理
3.中空纤维反渗透膜的应用领域
4.中空纤维反渗透膜的优点和局限性
5.我国中空纤维反渗透膜的发展现状和前景
正文
一、中空纤维反渗透膜的概述
中空纤维反渗透膜，简称 RO 膜，是一种用于水处理技术的高分子膜材料。
其主要功能是通过物理方法，对水中的溶解盐分、有机物、微生物等进行截留，达到淡化、净化水质的目的。
二、中空纤维反渗透膜的结构和原理
中空纤维反渗透膜由内向外分为两部分：一部分是水分子透过的膜孔，另一部分是盐分等杂质被截留的膜壁。
其原理主要是利用半透膜的筛选作用，只有水分子可以通过膜孔，而盐分、有机物等杂质则被膜壁阻挡，从而达到分离、浓缩的效果。
三、中空纤维反渗透膜的应用领域
中空纤维反渗透膜广泛应用于水处理、饮料、医药、化工、环保等领域。
如在海水淡化、城市污水再生利用、工业纯水制备等方面有重要作用。
四、中空纤维反渗透膜的优点和局限性
中空纤维反渗透膜的优点包括：高脱盐率、低能耗、操作简单、设备占地面积小等。
但是，其局限性是容易被水中的悬浮物、胶体等污堵，需
要定期清洗维护。
五、我国中空纤维反渗透膜的发展现状和前景
我国中空纤维反渗透膜的研究和应用已经取得了显著的成果，但是与国际先进水平相比，还存在一定的差距。
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优选
20
2. 3 含氟高分子类
• 聚偏氟乙烯（PVDF)中空纤维膜是一种新兴膜材料, 可以在140摄氏度下高温灭菌和射线消毒等特点。 聚偏氟乙烯中空纤维多孔膜的径向断面结构一般 为非对称结构,即由分离皮层与多孔支撑层组成。 聚偏氟乙烯中空纤维膜组件单位体积装填密度大, 组件产水量大,分离孔径在 0.05-0.22 m,过滤精 度高且动态过滤,抗阻塞能力强及无相态变化,不 需要在水中投加絮凝剂,对过滤体系无污染。
优选
17
高膜的亲水性和耐污性能; 或者采用不同种类的 醇对聚砜中空纤维基膜进行预处理,研究了醇处理 对膜性能的影响;利用聚砜中空纤维膜内表面作为 接枝层,进行动态表面光接枝聚合反应的研究,改 善膜的亲水性和截留率。
• B 聚醚砜
• 聚醚砜(PES)又称聚苯醚砜,是一种综合性能优良 的聚合物膜材料。
8
中空纤维式膜组建
优选
9
• 中空纤维膜组件的最大特点是单位装填膜面积比 所有其他组件大, 最高可达到30000m2/m3。中空 纤维膜组件也分为外压式和内压式。将大量的中 空纤维安装在一个管状容器内,中空纤维的一端以 环氧树脂与管外壳壁固封制成膜组件。料液从中 空纤维组件的一端流人, 沿纤维外侧平行于纤维束 流动,透过液则渗透通过中空纤维壁进入内腔,然后 从纤维在环氧树脂的固封头的开端引出,原液则从 膜组件的另一端流出。
优选
15
1. 3 半熔融纺丝
• 半熔融纺丝是向纤维中心供气,纺丝料液从贮桶经 计量泵、过滤器后,进入喷口呈环形的喷丝板,喷 出的中空纤维可直接进入凝胶浴或先进入挥发通 道,使纤维冷却(或受热)或部分溶剂挥发后进入凝 胶浴,再经漂洗干燥后,收集在滚筒上。此方法适 用于三醋酸纤维素(CTA)制备中空反渗透膜或纳滤 膜。
优选
19
2.2 芳香杂环类
• 聚酰亚胺(PI)是一类具有良好化学稳定性和热稳 定性的高分子材料,它由芳香二元酸酐和二元胺缩 聚而成,因分子主链上含有刚性的芳环结构,具有 很好的耐热性及机械强度的耐溶剂性能。研究人 员在PI中空纤维膜的形态及气体分离性能的研究 中,分析了内部和外部凝固剂的化学性质、凝固温 度的影响;用聚酰亚胺和磺化聚芳醚砜共混改性代 替原本单一的中空纤维膜,用于压缩空气除湿实验, 取得了很好的效果。
而发生液液或固液相分离,聚合物富相固化构成膜
的主体,而聚合物贫相则形成所谓的孔结构,形成
内外表面为致密层,内部有指状孔结构作为支撑层
的纤维膜。
优选
13
1. 2 熔融纺丝法
• A 熔融纺丝拉伸法述
• 所谓熔融纺丝-拉伸法(MSCS)是指将聚合物在高应
力下熔融挤出,在后拉伸过程中,使聚合物材料垂
直于挤出方向平行排列的片晶结构被拉开形成微
中空纤维膜的制备方法及原理
优选
1
膜组件
膜组件由膜、固定膜的支撑体、间隔物以及容纳这 些部件的容器构成的一个单元称为膜组件。
膜组件的种类：
管式膜组件 中空纤维式 平板膜组件 卷式膜组件
优选
2
管式膜组件
特点： 结构简单、适应性强、
压力损失小、透过量大，清 洗、安装方便、可耐高压， 适宜处理高粘度及稠厚液体 。但比表面积小。适于微滤 和超滤。
Байду номын сангаас优选
3
管式陶瓷超滤膜组件
优选
4
平板膜组件
特点： 较管式组件
比表面积大得多 ，易于更换膜， 适于微滤、超滤。
优选
5
螺旋卷式膜组件
• 特点： 膜面积大，湍流情
况好，但制造装配要求 高、清洗检修不方便， 不能处理悬浮液浓度较 高的料液。可用于微滤 、超滤和反渗透。
优选
6
优选
7
超滤微滤卷式膜组件
优选
孔,然后通过热定型工艺使孔结构得以固定。就其
致孔机理而言,即聚合物之间相容性的差异将导致
其共混物在熔融纺丝制膜过程中形成相界面,在拉
伸过程中,共混物组分之间将在相应位置沿拉伸方
向发生界面相分离,拉伸过程中形成了大量的微孔
结构。
优选
14
• B. 热致相分离法
• 热致相分离法(TIPS)即为因温度的改变而驱动导 致相分离致孔过程。其致孔机理的理论基础是聚 合物/溶剂二元体系的相分离热力学,通过改变体 系温度控制不同聚合物/稀释剂体系发生相分离, 从而形成微孔结构。
优选
16
2 新型中空纤维膜材料的研究进展
• 2. 1 聚砜类
• A 聚砜
• 聚砜(PS)为材料的中空纤维膜组件,聚砜膜有机械 强度高、分离性好、抗溶胀、耐细菌侵蚀等优点, 是广泛使用的最好的基膜材料之一,用其制成的中 空纤维超滤膜已广泛应用于浓缩、分离、提纯、 精制、回收等领域。但由于聚砜中空纤维膜具有 表面亲水性能低、易污染、以及较小孔径膜的难 以制备等缺点,因此其使用范围受到限制。为改善 其表面性能,科研人员对其进行了大量的研究:将 聚砜膜材料进行混合改性,改变膜的表面性质,提
优选
18
• 由于聚醚砜有着十分优异的生物相容性,不易产生 凝血、溶血等不良反应,是优良的第三代透析膜材 料。因此常作为超滤、过滤膜的材料。由于聚醚 砜中空纤维膜性能受到纺丝制备条件等多种因素 的影响,因而长期以来受到人们的关注。科研人员 在制备聚醚砜中空纤维膜的中,研究了PES浓度和 不同的填充液对膜结构和性能的影响;尝试采用自 由基聚合反应制备了丙烯酸接枝改性的聚醚砜中 空纤维渗透膜,可以调节膜的选择性和通量。
优选
12
1. 1 溶液纺丝法
• 溶液纺丝法是一种较成熟的中空纤维膜成形方法,
常采用干湿法纺丝工艺。按制膜液的组成和配比
配置纺丝液,经熟化脱泡后,经插入管式纺丝喷头,
再经溶剂挥发、凝胶后成膜,经牵引绕于绕丝轮上
备用。溶液纺丝是向纤维空心部分供液体,其成孔
原理主要是在丝条凝固过程中,溶剂与非溶剂发生
双扩散,使聚合物溶液变为热力学不稳定状态,既
优选
21
• 近年来,国内工作科研人员对聚偏氟乙烯膜进行了 大量的研究,用不同的方法改善膜的亲水性能,提 高了膜的孔隙率和通水量。如:将PVC或亲水聚合 物材料(PMMA增韧剂、改性聚醚硅油等)对聚偏氟 乙烯材料进行共混改性;研究高分子添加剂、表面 活性剂、非溶剂等混合复配纺丝添加剂及纺丝液 中聚偏氟乙烯树脂固含量对膜性能的影响;对聚偏 氟乙烯滤膜进行辐照接枝改性的研究。
优选
10
优选
11
1 中空纤维膜的制备方法及原理
• 中空纤维状超滤膜的外径为0.5～2μm。特点是直 径小，强度高,不需要支撑结构，管内外能承受较 大的压力差。此外，单位体积中空纤维状超滤膜 的内表面积很大，能有效提高渗透通量。
• 中空纤维膜的制备方法大致可分为3类:即溶液纺 丝、熔融纺丝和半熔融纺丝。