膜是一种二维材料，即相对于长和宽，其厚度几乎可以忽略。膜广泛存在于自然界，起着分隔、分离和选择性透过等重要功能。随着科学的发展，越来越多的人工合成膜被研究制造出来，并应用于工农业生产和科学研究。普通合成膜材料，如在农业上广泛应用的塑料膜等，有很多重要的有用性质和用途，但是其功能主要在隔离和保护方面，我们称其为普通膜材料，属于常规材料科学研究范围。本章将要介绍的高分子功能膜属于特殊性质膜，主要表现在对某些物质有一定选择透过性。我们经常可以观察到这样一种现象，充满氢气的气球，一段时间后会由于发生气体逸出，体积会变小，显示构成气球的橡胶膜在一定程度上允许氢气透过。然而，当在同样条件下充人氮气，气球内气体逸出的速度相对要慢得多，这说明构成气球的橡胶膜对不同气体的透过有区分效应，是一种气体选择性透过膜。本章将要介绍的功能膜就是这样一种具有选择性透过能力的膜型材料，通常称做分离膜，属于功能高分子材料范畴。此外，具有其他性质的膜，如Langmu-Blogett膜和自组装(SelLAssembled)膜，

　　 高分子功能膜是一种重要的功能材料，已经在许多领域获得应用，或者具有巨大潜在应用前景。比如在电场力作用下的电透析装置，在压力作用下的超滤、微滤和反渗透装置，在浓度梯度力作用下的渗透过滤装置，以及膜修饰电极、非线性光电材料、膜缓释装置等都是功能膜材料的主要应用领域。这些研究成果被广泛用于工业、农业、医药、环保等领域。对于节约能源，提高效率，净化环境做出了重大贡献。

　　 膜科学是一门新兴学科，研究的内容包括膜的化学组成、形态结构、构效关系、膜的形成方法、加工技术工艺、膜分离机制以及应用开发等诸多方面。同时膜科学也是一种交叉学科，采用了大量化学、物理、力学、电学、光学和医学等领域的研究成果，这些成果给膜科学的发展提供了强大的推动力。本章将从理论和应用两个方面对膜科学的主要内容加以概括性介绍。本章将要讲述的内容涉及这类功能高分子膜材料的合成和制备、性质测定与实际应用等方面。

　　 分离膜是最重要的功能膜材料。用于混合物分离目的的合成膜材料的发展可以追溯1846年，那时Sch。nbein用硝酸纤维素制作了有实用意义的气体分离膜。其后的近一个世纪中，合成分离膜获得了持续发展。但是几乎所有膜科学方面的研究工作，包括膜动力学和膜形态学研究都是以类似的改性纤维素为基本材料。直到20世纪20年代，人工合成聚合物的出现，才为膜科学的发展提供了丰富的物质基础。与此同时，聚合物分子结构与膜的形成和功能之间关系的研究也取得了重大进展，在70年代左右形成了比较完善的膜科学。随着近几十年膜科学研究的成果积累，目前分离膜的制备材料早巳突破了改性纤维素的范围，包括了天然的、合成的和半合成膜等数大类，几百种材料。功能膜的分析研究方法也有了重大突破，膜材料的应用领域获得了极大扩展。高分子功能膜材料已经成为功能高分子材料化学的一个重要研究领域。

对于膜科学发展有重要意义的重大事件有以下几件。1935年Teorell发明了有离子选择性透过能力的离子交换膜，并在1949年由Juda和McRac完成实用化过程 ，离子交换膜在氯碱工业的升级改造中起到了决定性作用。能够使固液分离的微滤膜1927年在德国发明，1950年在美国实现工业化生产。至此，膜分离成为一项重要的化21232艺。1960年以来，膜科学进入了黄金发展时期，在这一时期中，各种各样的膜材料大量涌现，人们对膜科学的认识不断加深，研究手段不断提高，更重要的是膜材料大面积进入实用化、工业化。大量的技术突破，使膜材料生产和应用得到了空前的发展。

我国在1958年开始研究离子交换膜和电渗析膜，1966年开始研究反渗透膜。同时，在微滤膜、超滤膜、液体膜、气体分离膜、密度膜等领域相继开展研究工作。但是，从总体上来讲，发展比较缓慢。从80年代以来我国以苦咸水淡化为标志的膜分离技术研究进入了一个快速发展时期。各种分离膜被广泛应用到海水和苦咸水淡化、纯净水制备、食品加工、药品制造、工业废水处理、合成氨和石油化工尾气中回收氢气等领域。迄今为止，我国从事膜分离过程和膜材料制备研究的科研机构已经有几十家，并建立了国家液体膜工程研究中心和膜技术国家工程研究中心。从事膜分离设备和膜材料生产的企业已经超过百家，并引进了数条膜材料生产线，我国的膜工业已经初步形成。

高分子功能膜的分类

　　 高分子功能膜材料有很多种，分类的方法也多种多样，缺乏统一的规律。产生多种多样的分类方式是基于研究目的、观察角度不同，因而需要不同的归类标准。从目前的资料来看，功能膜主要有以下几种分类方式。①根据构成膜的材料种类划分有以无机碳材料或陶瓷材料为主的无机膜，以合成高分子材料为主的有机合成膜，天然高分子材料为主的天然有机膜和液体高分子材料在支撑材料上形成的液体膜等。②根据使用功能划分，包括用于混合物分离的分离膜，用于药物定量释放的缓释膜，起分隔作用的保护膜。③根据被分离物质性质不同，有气体分离膜、液体分离膜、固体分离膜、离子分离膜、微生物分离膜等。④根据被分离物质的粒度大小分成反渗透膜(Reverse osmosis RO or Hyperfiltration HF)、纳滤(Nanofiltration NF)膜、超滤(Ultrafiltration UF)膜、微滤(Microfiltrtion MF)膜。⑤根据膜的形成过程划分有沉积膜(Deposited film)、相变形成膜(Phase-inversion mem-brance)、熔融拉伸膜(Melt-extruded film)、溶剂注膜(Solvent-east film)、烧结膜(Sin-teredfilm)、界面膜(Interface film)和动态形成膜(Dynamically formed membrance)。⑥根据膜结构和形态不同还可以分成密度膜(Dense membrance)、乳化膜(Emulsion-typemembrance)和多孔膜(Porousmembrance)。下面根据后三种分类方法对几种功能膜的分类依据加以介绍。

　　 (1)微滤(MicrofiltrtionMF)膜 微滤膜属于多孔膜，主要应用于压力驱动分离过程，膜孔径的范围在o．1～10 pm之间，孔积率约70％左右，孔密度约为109个／cm ，操作压力在69～207 kPa之间。在工业上用于含水溶液的消毒脱菌和脱除各种溶液中的悬浮微粒，适用于浓度约为10％的溶液处理。其分离机理为机械滤除，透过选择性主要依据膜孔径的尺寸和颗粒的大小。制备方法有相转变法(Phase-inversion process)、裂变碎片辐照(1rradiated bYfissionfragment)密度膜法、烧结(Sintered process)法和熔融拉伸(Melt-extruded)法等。

　　 (2)超滤(UltrafiltrationUF)膜 与微滤膜一样，也属于多孔膜，应用于压力驱动。