01
什么是高分子分离膜
高分子分离膜主要就是以高分子材料制成的具有选择性透过功能的半透性薄膜，其主要就是以压力差以及温度梯度等作为动力，将气体混合物以及无机物的溶液等分离。膜分离在进行分离的时候往往会进行反渗透、超滤、微滤以及电渗析等诸多过程。
图
多孔膜分离性能
在进行分离膜高分子材料选择的时候具有多样性，譬如天然高分子材料、聚烯烃类材料等，膜本身的形式也是比较多的，目前比较常见的就是平膜以及空中纤维等。通过高分子分离膜的进一步推广不仅能够获得较大的巨大经济效益，还能够带来较大的社会效益，譬如通过离子交换膜电解食盐能够有效的降低污染，达到节约能源的日的，在进行海水淡化的时候还能够有效的减少其能源的消托等等。
02
膜分离技术及其特点
膜分离技术是指在某种推力（压力差、浓度差、电位差等）作用下，利用天然或人工制备的、具有选择透过性的薄膜对双组分或多组分液体或气体进行分离、分级、提纯或富集。膜分离技术是当代新型高效的分离技术，也是21世纪*具有发展前途的高新技术之一。
膜分离过程作为一项高效分离、浓缩、提纯及净化技术，它具有传统分离方法（蒸发、萃取或离子交换等）不可比拟的优势，因而在海水淡化、环境保护、石油化工、节能技术、清洁生产、医药、食品、电子等领域得到广泛应用，并将成为解决人类能源、资源贾园和环境危机的重要手段"，有力地促进社会、经济及科技的发展。
膜分离技术具有以下特点：
1
可常温下进行
2
分离过程中不发生相变化，能耗低
3
适用于膜分离过程的对象非常广泛，大到肉眼看得见的颗粒，小到离子和气体分子
4
膜分离过程操作容易、装置简单、易于自动控制和不污染环境等优点
03
高分子分离膜材料的分类
天然高分子材料类
天然高分子材料类主要包括改性纤维素及其衍生物类、壳聚糖类，此外，海藻酸钠类也是天然分离膜原料。
纤维素是一类资源丰富的天然高分子化合物，主要取源手植物细胞材料，为可再生资源。如下图所示,纤维素高分子中椅形环状的葡萄糖单元结构含有3个羟基基团，羟基之间形成分子间氢键,因而纤维素的线型链结构排列比较规则，结晶度较高，结构稳定，高度亲水而不溶于水。纤维素及其衍生物成膜性能好，成膜后其有选择性高、亲水性强、透水量大等优点,广泛用于微滤和超滤,也可以用于反渗透、气体分离和透析等。
聚烯烃类材料
聚烯烃类材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚丙烯酰胺等。这类材料是大工业产品，材料易得，加工容易；除了少数几种之外，一般疏水性强，耐热性差，主要用于制备微滤膜、超滤膜、密度膜等。
聚酰胺类材料
聚酰胺类高分子是指含酰胺链段（－ＣＯＮＨ－）的一系列聚合物，其突出特点是机械强度高、化学稳定性好，特别是高温性能优良，适合制作需要高机械强度场合的分离膜，由于聚酰胺类膜对蛋白质溶质有强烈的吸附作用，容易由蛋白质吸附造成的膜污染，降低膜通量的恢复和膜质量。
聚砜类材料
聚砜类膜材料具有良好的耐氯、耐酸碱的化学性能以及化学稳定性、机械强度、耐热性，*高使用温度达120℃，ｐＨ值适应范围1～13。由聚砜制成的膜具有膜薄、内层孔隙率高且微孔规则等特点，适合制作超滤膜、微滤膜和气体分离膜，并用于制作复合膜的底膜。
含氟高分子材料
含氟高分子材料包括聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯等，其突出特点是耐腐蚀性能，适合用于电解等高腐蚀场合的膜材料。聚偏氟乙烯是偏氟乙烯的均聚物，其中－Ｃ－Ｆ－键能较高，具有良好的化学稳定性、机械强度，作为膜材料具有很好的耐温、耐腐蚀，耐溶剂性，多用于制备超滤膜。
芳香杂环
芳香杂环类膜材料虽然品种繁多，但工业化的主要有聚苯并咪唑类和聚吡嗪酰胺类。下图为聚苯并咪唑类的制备方法：
其他
有机硅聚合物类具有耐热、抗氧化、耐酸碱等性质，是一种新型分离膜制各材料；高分子电解质类主要是全氟取代的磺酸树脂和全氟羧酸树脂，是制备离子交换分离膜的主要材料，适合在高腐蚀环境下使用，特别是氯碱工业中的膜法工艺路线。
04
高分子分离膜的结构与性能
#01
化学组成
化学元素及化学基团是物质组成的基础，决定了物质的基本性质，如氧化还原性、酸碱性、极性、溶解性和物理形态等。化学组成还决定了分离膜材料的化学稳定性，亲水性或亲油性，以及对被分离材料的溶解性等，直接影响膜的透过性、溶胀性、毛细作用等性质。
在分子结构中增强极性基团，如羟基、羧基、磺酸基，膜的亲水性会改善；以氧原子、硫原子等引入到聚合物主链中,或将极性较大的基团，如三氟甲基接枝在聚合物主链上，聚合物的柔性会增加，分子量增大，在气体分离膜应用过程��有利于气体的透过。的各种性质，包括立体效应和化学效应的产生。
#02
高分子链段
构成高分子分离膜材料的单体和链段的结构，对聚合物的结晶性、溶解性、溶胀性等性质起主要作用，也在一定程度上影响分离膜的力学性能和热学性能。对于均聚物，单位的结构*重要，其次包括聚合度、分子量、分子量分布、分支度、交联度等。对共聚物链段结构,如嵌段共聚、无规共聚、接枝共聚等因素直接影响分离膜的各种性质，包括立体效应和化学效应的产生。
#03
高分子立体构象
聚合物分子的微观结构，多与分子间的作用力相关，如范德华力、氢键力、静电力。这直接影响膜制备的粘度、溶解度，也与成膜后的力学性能和选择性密切关系。聚合物分子间作用力的增加则倾向于形成结晶度高的分离膜。
#04
聚集态和超分子
聚合物高分子的排列方式和结晶度，以及晶胞的尺寸、膜的孔径和分布等因素，与膜材料的使用范围、透过性能、选择性等密切相关。高分子材料的聚集态结构和超分子结构与分离膜的制备条件和方法以及后处理工艺等更是相互联系。
05
高分子分离膜的应用与展望
高分子分离膜广泛应用于海水淡化、食品浓缩、废水处理、富氧空气制备、医用超纯水制造、人工肾及人工肺装置、**的缓释等方面。
图为人工肾血液透析器结构示意图
图为氧化石墨烯/聚乙烯醇复合纤维膜（Go/PVA EFMs），用来进行海水淡化
随着膜分离技术的不断发展, 如新型膜材质的开发 、膜分离不同操作工艺的优化和组合等, 膜分离技术将会在化学工业 、食品加工 、废水处理、医药技术等方面的重要分离过程行业得到更成功的工业化应用 。