反渗透膜的特性

水处理设备对反渗透膜的要求是：透水速率大，脱除率高;耐压，致密性好;具有化学稳定性;能在较高温度下使用，以及抗污染性能好等。

(1) 醋酸纤维素膜(CA膜) 膜材料为纤维素醋酸酯，又称醋酸纤维或乙酰纤维素，是纤维素在催化剂(硫酸或氧化锌)的存在下，与冰醋酸、醋酸酐进行酯化反应的产物(通常有三种，即三醋酸纤维素、二醋酸纤维素和一醋酸纤维素)。这是一类很重要的膜材料，它能符合反渗透膜的基本要求：即高透水速率;对大多数水溶性组分的可透度相当低;具有很好的成膜性能。

醋酸纤维素膜的结构和物化等特性对醋酸纤维素膜的制作、膜的性能及应用条件产生重要影响，这些影响主要取决于醋酸纤维素的取代度(表示纤维素被酯化的羟基数)和取代的化学基团的种类。

① 透水速率和脱盐率的影响：研究表明，在高分子材料中增加亲水性基团，膜的透水速率增高且盐的透过性也增加。对醋酸纤维素膜而言，随着取代度或取代基疏水性的增加，则膜的盐分离率上升，而透水速率下降。如表10-1所示。

② 抗水解及抗氧化性能的影响：醋酸纤维素是纤维素酯中最稳定的物质，但在较高的温度和酸碱条件下易发生水解。碱式或酸式水解使乙酰基消失，进一步还可能发生大分子中的1，4β-苷键的断裂。就纤维素而言，其醇羟基易被氧化，根据不同条件生成醛基、酮基或羧基。因此，当醋酸纤维素中残存有羟基，尤其在取代度较低时，就特别容易发生氧化。可以预料，醋酸纤维素的取代度愈高，或取代醇羟基的化学基团愈稳定，它的抗氧化、抗水解能力就越高。

③ 对抗压性的影响：这主要取决于醋酸纤维素链结构上取代基团的空间位阻效应的大小。当取代基团多且其空间位阻效应大时，则膜的刚性大，抗压性能就好。如三醋酸纤维素反渗透膜的抗压密性要优于二醋酸纤维素。对醋酸纤维素采用化学交联或辐射接枝也可提高取代基的支化度，从而提高大分子链的刚性，并改善膜的抗压密性。例如以醋酸丙烯酸化学交联的和以苯乙烯辐射接枝的醋酸纤维素膜。

④ 分子质量与分子质量分布的影响：一些研究表明，分子质量低而分布窄的醋酸纤维素的性能优于分子质量高而分布宽的膜性能。一般地，透水性好、脱盐率高的膜出现在低分子质量区域，强度好的膜出现在高分子质量区域。

膜成品醋酸纤维素膜在溶质脱除操作上的影响因素有：

① 溶质的性质：这方面的一般规律是：

a. 脱除率随离子电荷而增加，绝大多数含二价离子的盐基本上都能被80℃以上热处理过的非均相CA膜所完全脱除;

b. 对碱式卤化物的脱除率随周期表次序下降，对无机酸则趋势相反;

c. 对于有机物，脱除率的减少次序为醛>醇>胺>酸，对于异构体则是叔>季> 仲>伯。在同系物中，脱除率随相对分子质量的增加而增加，对有机酸的钠盐有很好的脱盐效果;

d. 相对分子质量大于150的大多数组分，不管是电解质还是非电解质，都能很好地脱除。

② 操作温度：醋酸纤维素膜的透水速率随温度升高而增大，因为水通过膜的活化能比盐类小。温度对透水速率的影响与膜的浇铸形式、热处理温度、溶质性质和浓度有关。有研究表明，从25℃起每升高1℃，透水速率大约增大3%，但温度不宜大于35℃。

③ 热处理温度：热处理在一定程度上可改变膜的分离性能，这是非均相醋酸纤维素膜的一个特性。将膜浸在水中，加热到一定温度(80℃以下)后保持一段时间，再转入室温水中，这时的溶质脱除率升高，透水率下降，膜的机械强度得到提高。

虽然大约有80%的反渗透膜是醋酸纤维素膜，但该膜仍有几个重大缺陷：

① 该膜是微生物可降解的，对微生物侵染很敏感，需采取相应的保护措施;

② 在较高的温度和压强下会出现漂移和压实现象，使透水速率下降很快;

③ 对化学侵蚀的抵抗性差，易被碱溶液所水解，其安全操作范围在pH 5～8之间; 对于必不可少的清洗剂的使用也会缩短它的使用寿命，故清洗程度只能控制在一定范围内。

(2) 芳香族聚酰胺膜对于这类高分子膜，因其除了含有亲水性的酰胺基外，还含有其他极性或非极性的化学基团，而且由于大分子主链中存在苯环，所以改善了膜的压密性和热稳定性;在化学稳定性方面，也比醋酸纤维素膜好。因而这是目前广泛采用的一类膜。主要特点是：具有良好的透水性，较高的脱盐率，优良的机械强度，较好的耐高温稳定性和较好的耐压实性，能在pH 3～11的宽范围内应用，但对Cl很敏感(因为高分子主链上的-CONH-及-CONHNHCO-基易被Cl氧化)。

(3) 复合膜复合膜包括多孔支撑膜及超薄脱盐致密层的复合化。例如三醋酸纤维素复合膜就是在硝酸纤维素-二醋酸纤维素的微细多孔支撑层上，再刮一层三醋酸纤维素而制得的复合膜。NS-100聚脲复合膜是将料液涂敷在由织物加固的聚砜支撑体表面后再聚合而成的。

还有一些其他种类的反渗透膜，例如聚苯并咪唑酮膜，其性能在压力为8MPa、温度为36℃下，以1%NaCl溶液为进料时，透水率为350kg/m2·h，脱盐率为99.5%，而且此膜具有优异的化学稳定性和热稳定性，特别是对酸和氯气。

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