一、膜技術(shù)簡(jiǎn)介
聚四氟乙烯(PTFE)是美國(guó)科學(xué)家R．J．Nunkett于1938年在一次實(shí)驗(yàn)中偶然發(fā)現(xiàn)的，1941年由DuPont公司正式生產(chǎn)投放市場(chǎng)。PTFE是以四氟乙烯(TFE)為單體聚合而成的高結(jié)晶聚合物，是一種類似于聚乙烯(PE)的白色蠟狀熱塑性塑料，其密度為2.2g/cm3，吸水率小于0.01%。
PTFE分子具有螺旋構(gòu)象，分子中的氟原子取代PE中的氫原子包裹在易受化學(xué)侵蝕的碳鏈骨架外，形成緊密的完全“氟代”保護(hù)層，另外C--F鍵鍵能極高，性能穩(wěn)定，因而其具有其它材料無(wú)可比擬的化學(xué)穩(wěn)定性和抗腐蝕性，PTFE還具有優(yōu)良的介電性能及電絕緣性，體積電阻可達(dá)1018Ω·cm，介電損耗小，擊穿電壓高、耐電弧性好；因PTFE分子中沒有氫鍵，結(jié)構(gòu)對(duì)稱，所以其結(jié)晶度很高(一般為55％---75％，有時(shí)高達(dá)94％)，耐熱性能極好，熔融溫度為324℃，分解溫度為415℃，使用溫度可達(dá)250℃，脆化溫度190℃，熱變形溫度0.46MPa條件下，為120℃，PTFE力學(xué)性能良好，其拉伸強(qiáng)度為21--28MPa，彎曲強(qiáng)度11～14MPa。
另外氟原子極大的電負(fù)性以及TFE單體的完美對(duì)稱性使得PTFE分子間的吸引力和表面能較低，從而又具有極低的表面摩擦系數(shù)，對(duì)鋼的動(dòng)靜摩擦系數(shù)均為0.04，比尼龍、聚甲醛、聚酯塑料的摩擦系數(shù)都要小。
PTFE微孔膜具有微細(xì)纖維連接島狀“結(jié)”的特殊結(jié)構(gòu)，因此它不僅具有PTFE材料的普遍性能，還具有高透光率、防水、防風(fēng)、透濕、透氣等特性。自上世紀(jì)60年代Du Pont公司首先用單向拉伸法制得以來(lái)，PTFE微孔膜因其優(yōu)異的性能，在化工、機(jī)械、電子、醫(yī)藥、軍工、航天、環(huán)保、食品、建筑等眾多領(lǐng)域都具有極其廣泛的應(yīng)用，尤其在氨氣回收、SO2等酸性氣體脫除、CO2脫除、氫氣回收、天然氣凈化等領(lǐng)域備受關(guān)注。
膜吸收基本原理：
是將膜和普通吸收相結(jié)合而出現(xiàn)的一種新型吸收過(guò)程。該技術(shù)主要采用的是微孔膜。膜吸收法中的氣體和吸收液不直接接觸，二者分別在膜兩側(cè)流動(dòng)，微孔膜本身沒有選擇性，只是起到隔離氣體與吸收液的作用，微孔膜上的微孔足夠大，理論上可以允許膜一側(cè)被分離的氣體的分子不需要很高的壓力就可以穿過(guò)微孔膜到另一側(cè)，該過(guò)程主要依靠膜另一側(cè)吸收液的選擇性吸收達(dá)到分離混合氣體中某一組分的目的。
圖1膜吸收原理圖
圖1為膜吸收原理圖，膜接觸器氣體吸收技術(shù)充分的結(jié)合了膜反應(yīng)器的緊湊性以及吸收法高效性的優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)氣體分離的方法主要是，利用填充塔、鼓泡塔、噴霧塔等設(shè)備使氣液直接接觸達(dá)到吸收分離的效果，由于氣液兩相相互作用的結(jié)果，容易導(dǎo)致液泛、起泡、載液不足等現(xiàn)象的發(fā)生，嚴(yán)重影響吸收效率。在氣液膜接觸分離過(guò)程中，通常利用比表面積較大的疏水性膜將氣、液兩相分隔，利用疏水性孔結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)氣液兩相間的傳遞，當(dāng)壓力差維持在一定范圍內(nèi)時(shí)，氣液兩相界面固定，不發(fā)生兩相間的混合，形成穩(wěn)定的傳質(zhì)界面。
膜吸附基本原理：
膜吸附是膜技術(shù)與吸附技術(shù)相結(jié)合的集成技術(shù)，膜吸附采用具有一定孔徑的膜作為介質(zhì)，嵌入/連接功能顆?；蚺浠霉δ茴w?；蚺浠c目標(biāo)分子之間的相互作用進(jìn)行分離純化，當(dāng)料液以一定流速流過(guò)膜時(shí)，目標(biāo)分子與膜介質(zhì)表面或膜孔內(nèi)功能顆?；蚧鶊F(tuán)特異性結(jié)合，而其余料液則透過(guò)膜孔流出，待處理結(jié)束后再通過(guò)洗脫液將目標(biāo)分子洗脫下來(lái)。
圖2膜吸附原理圖
膜吸附技術(shù)中的每一片膜都相當(dāng)于一個(gè)短而粗的吸附床層，膜厚相當(dāng)于床層高度，當(dāng)床層體積一定時(shí)，這種結(jié)構(gòu)有利于在相同壓降下獲得更高的流速，從而提高了分離速度和處理量；由于在膜多孔基質(zhì)上的功能顆?；蚺浠c液流之間擴(kuò)散路徑極短，傳質(zhì)極快，膜吸附的分離時(shí)間顯著縮短，分離效率提高；由于膜的孔隙率大，孔表面積很大，所以膜的厚度很薄就能滿足分離要求，并且壓力降較低；由于膜的元件都是標(biāo)準(zhǔn)的，膜色譜易于放大，便于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模連續(xù)分離和自動(dòng)操作。與普通的膜技術(shù)相比，膜吸附不單是利用膜孔的大小，更主要是利用吸附功能膜的特異性和選擇性，所以不受溶質(zhì)分子量大小的限制。原則上講，只要選擇合適的膜，采用有效的活化手段，嵌入/鍵合上能與溶質(zhì)產(chǎn)生親和相互作用的功能顆粒/配位基，它就可以從復(fù)雜體系中分離和制取出任何一種目標(biāo)物。
二、微孔膜應(yīng)用：
化工領(lǐng)域：傳統(tǒng)空氣過(guò)濾器的濾料使用壽命短，過(guò)濾效率低，壓力損失高，已不能滿足除塵要求。表面光滑、耐高溫、耐化學(xué)腐蝕的PTFE微孔薄開始應(yīng)用于袋式除塵器的濾料，效果很好。與常用織物或普通菲織造濾料相比，PTFE微孔膜濾料有表面過(guò)濾、過(guò)濾效率高、低壓力損失的特點(diǎn)。
建筑領(lǐng)域：PTFE膜材強(qiáng)度高，彈性模量較低，有利于形成復(fù)雜曲面；使用溫度范圍廣且耐老化，表面能低，自清潔性好；透聲性能優(yōu)異，透光率高達(dá)13％，熱能反射率達(dá)73％，熱吸收量很少，并具有獨(dú)特的光學(xué)性能。PTFE微孔膜的諸多優(yōu)異性能使其成為首選材料國(guó)家體育場(chǎng)“鳥巢”也是膜結(jié)構(gòu)，分為上弦的EPFE防水膜和下弦的PTFE吸聲膜兩部分．共使用PTFE微孔膜約5．3萬(wàn)平方米。這層PTFE微孔膜不僅有效弱化了陽(yáng)光下鋼結(jié)構(gòu)形成的巨大陰影。使“鳥巢”的整體美學(xué)效果趨于完美，而且很好地改善和調(diào)控了“鳥巢”內(nèi)的聲學(xué)效果。
醫(yī)學(xué)領(lǐng)域：近年來(lái)，PTFE以其良好的生物相容性、柔韌性及理化穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為生物功能材料的重要組成部分，例如人體病理組織和器官的代用品，人造血管，人造皮膚，人造氣管和心臟瓣膜等。而經(jīng)機(jī)械拉伸制備的PTEF微孔膜已在臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域廣泛用作促進(jìn)人體病理和創(chuàng)傷組織或器官恢復(fù)(促進(jìn)骨折愈合，燙(燒)傷治療)的功能膜等。
三、發(fā)展趨勢(shì)
PTFE微孔膜的制備及應(yīng)用涉及化學(xué)、物理、材料、工程等眾多學(xué)科。雖然近年來(lái)人們對(duì)PTFE微孔膜進(jìn)行了諸多研究，但無(wú)論是基礎(chǔ)研究還是應(yīng)用研究都還存在許多問(wèn)題尚待深入研究和解決，尤其是國(guó)內(nèi)關(guān)予PTFE微孔膜的研究。今后在基礎(chǔ)研究方面，如PTFE微孑L膜制備工藝及成形原理，微孔膜厚度、孔徑、孔隙的控制及其與性能之間的關(guān)系等方面的研究應(yīng)該繼續(xù)深入開展，提高其力學(xué)性能，改變表面特性仍將是今后的研究熱點(diǎn)之一：另外，國(guó)內(nèi)PTFE微孔膜的制備工藝與工業(yè)化生產(chǎn)還有一定的差距，要向大規(guī)模工業(yè)化過(guò)渡及完全投入，實(shí)際應(yīng)用還需要同行的共同努力。