鄒立寅

上海同濟(jì)科藍(lán)環(huán)保設(shè)備工程有限公司，上海 202100

隨著新型膜工藝的不斷開發(fā)，高效、環(huán)保的膜材料已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，膜分離技術(shù)也因此被認(rèn)為是“20世紀(jì)到21 世紀(jì)中期最有發(fā)展前途的高新技術(shù)之一”。目前，常用的膜材料為單一材料，比如有機(jī)膜材料和無機(jī)膜材料。其中，有機(jī)膜材料密度低、成膜性好、價格低廉，但是機(jī)械強(qiáng)度較差，在高溫、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和高濃度有機(jī)溶劑條件下，易發(fā)生膜孔堵塞，從而縮減膜的使用壽命。因此，在許多條件苛刻的環(huán)境中有機(jī)膜材料并不適用。相反，無機(jī)膜材料的機(jī)械強(qiáng)度高，耐溶劑、耐高溫的能力強(qiáng)，具有較高的膜滲透通量和分離效率，但其成膜性差，質(zhì)脆，且制作成本較高。為了克服單一材料在制作、性能以及應(yīng)用方面的不足，有機(jī)/無機(jī)雜化膜作為一種復(fù)合的膜材料開始成為新的研究熱點。

制備有機(jī)/無機(jī)膜雜化膜常用的有機(jī)材料有：纖維素類、聚砜（PSF）、聚 偏 氟 乙 烯（PVDF）、聚醚砜（PES）、聚氨酯（PU）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚乙烯醇（PVA）、殼聚糖（CS）等，無機(jī)材料有陶瓷粉體（如氧化鋯）、活性炭等一般粒子以及納米氧化硅、納米氧化鋁和納米氧化鈦等納米粒子。

1 有機(jī)/無機(jī)雜化膜的分類

有機(jī)/無機(jī)雜化膜的分類方式很多，比如可以按照雜化組分的性質(zhì)、雜化組分?jǐn)?shù)目、雜化體系的相分離狀態(tài)、膜負(fù)載情況以及有機(jī)相和無機(jī)相的相互作用等來劃分。按照有機(jī)相和無機(jī)相的相互作用可將雜化膜分為兩類：

1）有機(jī)/無機(jī)組分之間以次價鍵結(jié)合。即雜化膜中有機(jī)相和無機(jī)相以氫鍵或范德華力等次價鍵為結(jié)合方式。這類雜化膜大多為無機(jī)粒子填充型雜化膜，無機(jī)粒子作為增強(qiáng)相，均勻的分散在有機(jī)膜之中。研究表明在有機(jī)材料中摻入少量無機(jī)填料將有利于抑制大孔生長，增加膜表面的孔隙率以及孔間的貫通性，從而提高滲透通量，為膜的再生和循環(huán)利用提供可能。此類雜化膜制備簡單，反應(yīng)條件溫和，常用的方法是共混法；

2）有機(jī)/無機(jī)組分以化學(xué)鍵結(jié)合。即雜化膜中有機(jī)相和無機(jī)相以共價鍵、離子共價鍵等化學(xué)鍵為結(jié)合方式。這類雜化膜一般將無機(jī)前驅(qū)體或者官能化的納米無機(jī)粒子與有機(jī)相通過共價鍵或者離子共價鍵結(jié)合，得到均相雜化膜或者復(fù)合雜化膜。此類雜化膜中無機(jī)粒子均勻分散，與有機(jī)組分結(jié)合緊密，相容性較高。

2 有機(jī)/無機(jī)雜化膜的制備方法

在物化性質(zhì)方面，有機(jī)材料和無機(jī)材料差異懸殊，兩者的相界面之間存在較大自由能，因此，制備均質(zhì)化的有機(jī)/無機(jī)雜化膜并不能用傳統(tǒng)的方法來實現(xiàn)。目前，常用的制備方法主要有：共混法、溶膠-凝膠法（Sol-Gel）、原位聚合法（In-Situ）、分子自組裝法（SA）、插層法（Intercalation）、直接分散法、熱噴射涂膜法等。其中，前三類是比較常用的方法。

1）共混法

共混法是制備雜化膜最簡單最常用的方法，一般直接將細(xì)微無機(jī)粒子加入高分子鑄膜液中，通過攪拌、超聲等方法使其分散。但是，簡單的機(jī)械分散方法效果并不理想，無機(jī)顆粒在鑄膜液中容易團(tuán)聚，影響了雜化膜材料的均勻化。因此，一般共混前要對無機(jī)顆粒采取表面處理或改性，從而防止無機(jī)顆粒的團(tuán)聚現(xiàn)象。

2）溶膠-凝膠法

溶膠-凝膠法是以金屬有機(jī)化合物(一般為金屬醇鹽) 和部分無機(jī)鹽為先驅(qū)體，首先將先驅(qū)體溶于水或有機(jī)溶劑中制成均勻溶液，其次，通過水解縮合反應(yīng)生成溶膠粒子，溶膠粒子聚集、成長形成凝膠，最后經(jīng)干燥凝膠化作用成膜。此方法反應(yīng)條件溫和、工藝簡單，所得材料結(jié)構(gòu)可控，但缺點是無機(jī)源（正硅酸乙酯和鈦酸丁酯）單一、有毒性且價格較高。

3）原位聚合法

原位聚合法的一般過程是將納米粒子與有機(jī)單體均勻混合，然后在適當(dāng)?shù)臈l件下引發(fā)單體聚合。其中，聚合方式主要包括懸浮聚合、分散聚合以及乳液聚合(如物皂乳液聚合、種子聚合) 等。原位生成法中雖然沒有發(fā)生共價鍵交聯(lián)，但是由于納米粒子在有機(jī)相中的分散性較好，因此也可以制得均勻的有機(jī)/無機(jī)雜化膜 。

3 有機(jī)/無機(jī)雜化膜的特征

有機(jī)/無機(jī)雜化膜是在有機(jī)基體中引入無機(jī)組分的一種新型膜，此類膜不僅兼具了有機(jī)膜和無機(jī)膜的許多優(yōu)點，而且又具有一些新的性能。有機(jī)/無機(jī)雜化膜可增強(qiáng)膜的機(jī)械強(qiáng)度，提高膜的熱穩(wěn)定性、耐溶劑性、選擇性和滲透性，調(diào)整親-疏水平衡，改善和修飾膜的孔結(jié)構(gòu)和分布等等。其中，良好的抗污染性能和分離性能使得有機(jī)/無機(jī)雜化膜在應(yīng)用上具有更強(qiáng)的競爭力。

4 結(jié)論

目前，新型的有機(jī)/無機(jī)雜化膜已經(jīng)在氣體分離、反滲透、滲透蒸發(fā)、金屬離子分離等領(lǐng)域得到了應(yīng)用。但是，其機(jī)理方面的研究仍然不足，有機(jī)組分和無機(jī)組分之間的結(jié)合力有待提高，無機(jī)粒子的團(tuán)聚現(xiàn)象、從膜表面脫落現(xiàn)象也需要改進(jìn)，同時還要盡量提高雜化膜的使用壽命。相信隨著研究地不斷深入，這些不足和缺陷都將被解決，更多物化性質(zhì)穩(wěn)定、分離性能好、抗污染能力強(qiáng)的有機(jī)/無機(jī)雜化膜將會被研制成功并在更多的領(lǐng)域中得到應(yīng)用。

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