半透膜

半透膜是一种只让某些分子和离子扩散进出的薄膜，一般来说，半透膜只允许离子和 小分子 物质通过，而 生物大分子 物质不能自由通过半透膜，原因是半透膜的孔隙的大小比离子和小分子大，但比生物大分子例如 蛋白质 、淀粉等小，如 羊皮纸 、 玻璃纸 等都属于半透膜。

发展历史

1748年的一天， 法国 物理学家诺勒为了改进酒的制作水平，设计了这样一个试验：在一个 玻璃 圆筒中装满 乙醇 ，用猪 膀胱 封住，然后把圆筒全部浸在水中。当他正要做下一步的工作时，突然发现，猪膀胱开始向外膨胀，随即发现水通过膀胱渗透进了圆筒，最后膀胱竟然被撑破。这是现代科学试验中最早发现膜及膜的穿透作用的记录。

1830年，法国生理学家杜特罗夏做了膜内外 渗透压 试验，他用一个钟罩形的玻璃容器，下面用 羊皮纸 密封，从上面插进一支长 玻璃管 ，容器中分别放入各种不同浓度、不同物质的溶液，然后把它浸入水槽中。于是观察到玻璃管内液面上升，发现其升高值与溶液的浓度成正比。他解释说，这个压力是由于外面的水通过羊皮纸向溶液方向逸出而产生的，并命名这种现象为“渗透”。直到1854年 英国 科学家格雷厄姆在试验中发现，放置在半透膜一侧的 晶体 会比 胶体 更快的扩散到另一侧，并应用到 超纯水机 设计里，并提出了 透析 的概念。这时人们才对半透膜产生了兴趣，并由 德国 生物化学家特劳白·莫里 茨 在1864年制造出了人类历史上第一张人造膜——亚铁 化铜膜。

1960年，对于膜发展技术的历史来说具有跨时代的意义。这一年人类终于实现了从苦咸水中制取淡水的梦想，工作于 加州大学洛杉矶分校 的科学家研制出了世界第一张 非对称 醋酸纤维素 反渗透膜，这种膜与以前的均质醋酸纤维素反渗透膜具有同样高的脱盐率，不同之处是在形态结构上是非对称的，而且水的渗透量增加了近十倍。这种 逆渗透 膜的成功研制，使反渗透过程从实验室走向了工业应用。与此同时，这种用相转化法制造非对称分离膜的新工艺引起了学术、技术和工业界的广泛重视。

特点

半透膜透过物质具有选择性的薄膜。一般只允透过 溶剂 或溶剂和 小分子 溶质 而不允许过大分子溶质。如 玻璃纸 只允许水透过 蔗糖 溶液中，而蔗糖分子不能透过；动物的 膀胱 允许水透过，而不允许 乙醇 分子过；灼热的钯或铂允许氢透过，而氩[yà]分子不能透过。半透膜可用多种 高分子材料 制成，用以分离不同分子量的物质，定 渗透压 和 气体分压 等。半透膜主要应于膜分离技术中的 逆渗透 和 超滤 。应用反渗透过程时称为反渗透膜，它是具有水性 基团 的薄膜，膜不仅具有筛滤作还有对水分子的优先 吸附 作用。常于反渗透的膜有 醋酸纤维素 膜、芳香聚胺膜、 聚苯并咪唑 膜等。半透膜可以制板状、管状和中空纤维状，也应用于扩渗析。膜的表皮层微孔孔径为0.6~0.9nm，临界孔径为1.3nm。孔径较大的半透膜应用于超过滤，称为超过滤膜，它在0.07~0.7MPa（0.7~7kgf/cm2）压力下工作，用于分离直径10nm以内的分子和微粒，其透过性能属筛分原理。在 污水处理 中用到的膜过程有电渗析、 逆渗透 和 超滤 ，其所用的均为半透膜。半透膜应用在工业 废水 治理，有的已有生产规模，有的还在实验室研究阶段。

常见半透膜

醋酸纤维素 膜

此膜的制造方法为用 溶剂 溶解醋酸纤维素，加以发孔剂，制成膜后，蒸去溶剂，并经一定的 热处理 而成。所用溶剂为丙酮[tóng]，也有用 1,4-二恶烷 的，发孔剂有Mg(ClO4)2、ZnCl2及HSPO4等。制成的膜有平板式、管式， 尾旋 卷式和中空纤维式之分。下面介绍复合型醋酸纤维素膜。

复合型醋酸纤维素膜的结构由表层和多孔层（底层）两部分组成。表层（厚0.1～0.3微米）具有相当细密的微孔结构（孔径<50埃），这就是半透膜，底层是一种海绵状多孔结构，厚度为表层的200-500倍，孔较大（孔径约400埃），且具有弹性，起着支撑表层的作用。 逆渗透 运行时，溶液必须与表层接触，不能倒置。 食用醋酸 纤维膜适用于pH范围为3-7的溶液（长期使用范围pH为4.5左右）。

聚酴[tú]胺膜

在1970年以前制成的主要是脂肪族聚酰[xiān]胺膜，例如 聚己二酰己二胺 、尼龙-6等，这些膜的透水性很差。后来，制成了 芳香族聚酰胺 膜，它的透水性、除盐率、机械强度和 化学 稳定性等都较好。它能在pH为4~10的范围内使用（长期使用范围为pH5～9）。芳香聚酰胺膜主要是制成中空纤维。这类膜的铸膜液通常是由芳香聚酰胺、 溶剂 和盐类添加剂（作为 助溶剂 ）三种组分组成。中空纤维膜系由溶液纺丝制取：将一定浓度的芳香聚酰胺纺丝液，在一定温度（如80~140℃)下通过 环形 中孔喷丝嘴喷出，经 烘焙 ，蒸发和浸洗等步骤而制成。

制备方法

胶棉半透膜

1.在100mL 烧杯 中里加入10mL 硝酸 （14.1g/mL），配成混合溶液，冷却到约20℃。把一小块 脱脂棉 浸入混合溶液中8~10min取出后充分洗净，凉干，得到纤维素硝酸酯。

2.在试剂瓶中取 乙醚 、 乙醇 各10mL，再加入1g上述干燥的纤维素硝酸酯，不断振荡，放置1~2天，就生成透明的胶棉液。

3.取3mL上述自制或市售5%的胶棉液，加入干燥的150mL 锥形瓶 中，将锥形瓶横斜不断转动使瓶的内壁和瓶口都均匀沾上胶棉液。倒出多余的胶棉液，然后倒置约1min使乙醚、乙醇不断蒸发，直到干燥。逐步剥离瓶口的薄膜，沿瓶壁薄膜夹缝注入 蒸馏水 ，使得薄膜逐步跟瓶壁分离，轻轻取出，浸入蒸馏水中备用。

羊皮纸 半透膜

把定量滤纸放入盛有2:1的水- 硫酸 的 烧杯 中，用 玻璃棒 轻轻揿[qìn]压，使它浸没均匀（玻棒和滤纸都不能带水）。浸泡60~90s后取出，立即用蒸馏水洗净，再放入1:1一水合氨的 水溶液 （即 氨水 ）中，中和残留的酸，取出在空气中晾干。

注意：

1、制作胶棉半透膜的 锥形瓶 一定要干燥，否则难以成膜。

2、胶棉半透膜容易破裂，实验前请保存在蒸馏水里。

3、自制羊皮纸时，一定要控制硫酸的浓度和浸泡时间，还要注意在浸泡中滤纸不能重叠。