10.2.1功能膜的分类

10.2.1.1按膜断面的物理形态分类

根据分离膜断面的物理形态不同，可将其分为对称膜，不对称膜、复合膜、平板膜、管式膜、中空纤维膜等。这种划分的依据主要来自于不对称膜的底层和皮层的孔尺寸大小不同，即从底层到皮层的膜本体中存在膜孔径的梯度分布。其中的一表面层甚至两表面层可能没有孔。也有可能是有不同的材料构成的所谓复合膜(Composite membranes)。对称膜包括无孔的致密膜(Homogeneous membrane)和多孔对称膜。所有膜装置的核心部分是膜组件，即按一定技术要求组装在一起的组合构件。膜组件主要可分为毛细管中空纤维式、平板-框式和卷式膜组件。膜的基本形态种类如图10-1所示。

10.2.1.2按膜的材料分类

不同的膜分离过程对膜材料有不同的要求。反滲透膜材料必须是亲水性的(hydrophilic)，气体分离膜的透量与有机高分子膜材料的自由体积和内聚能的比值有直接关系；膜蒸馏要求膜材料是疏水性的(hydrophobic)；超滤过程膜的污染取决于膜材料与被分离介质的化学结构。因此，根据不同的膜分离过程和被分离介质，选择合适的聚合物作为膜材料是制备分离膜首先必须解决的。目前研究和已经应用的聚合物分离膜材料大致可归纳为以下几类，见表10-1。

图10-1 膜的基本形态种类

表10-1膜材料的分类

纤维素是资源最为丰富的天然高分子，由于纤维素的分子量很大，在分解温度前没有熔点，且不溶于通常的溶剂，无法加工成膜，必须进行化学改性，生成纤维素醚、纤维素酯才能溶于溶剂。纤维素本身也能溶于铜氨溶液和二硫化碳等，在纺丝和成膜过程中又回复到纤维素的结构，故称为再生纤维素。再生纤维素目前主要应用在微滤膜和超滤膜；硝酸纤维素(CN)主要应用在微滤膜；醋酸纤维素(CA)和三醋酸纤维素(CTA)是制备不对称反渗透膜的基本材料，CA也被制备为卷式超滤组件以及微滤膜；乙基纤维素(EC)主要被应用在分离O2、N2的中空纤维膜中。

聚砜是一类耐温高强度工程塑料，具有优异的抗蠕变性能，故自双酚A型聚砜(PSF)出现后，即继CA后发展成为目前最重要、生产量最大的合成膜材料，它可用作微滤膜和超滤膜，更可用作复合膜的底膜，用于RO和气体分离膜。

聚酰胺类主要有脂肪族聚酰胺(RO膜、气体膜的支撑底布和微滤膜)、聚砜酰胺(超滤膜和微滤膜材料)、芳香族聚酰胺(第二代RO膜)、交联芳香聚酰胺(RO膜)；聚酰亚胺是一类耐高温、耐溶剂、耐化学品的高强度、高性能材料。聚酰亚胺在气体分离方面表现出有较高的选择透过性，但气体的透过速率很慢，缺乏实用价值。大量结构与透气性能间关系的研究总结出在结构中引入六氟异亚丙基基团，在酰亚胺氮的位置引入甲基、异丙基或卤素基团，有利于增加聚合物的自由体积，导致气体透过系数可以增加1～2个数量级，而选择性则下降不多。

聚酯类树脂强度高，尺寸稳定性好，耐热、耐溶剂和化学品的性能优良，广泛用于分离膜的支撑增强材料。主要有涤纶(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚碳酸酯(PC)等。聚烯烃类主要有聚乙烯，聚丙烯腈和聚4-甲基-1-戊烯(PMP)等；乙烯类聚合物是一大类聚合型高分子材料，其中在膜材料方面得到应用的有聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚氯乙烯和聚偏氯乙烯。含氟(硅)类主要有聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯，聚二甲基硅氧烷等，但是目前还没有广泛使用。其他主要有壳聚糖和聚电解质等，主要与别的材料联合使用。