膜孔隙率的幾種測試方法

2021-03-04 09:36:01 字數 1515 閱讀 5812

在薄膜、中空纖維膜等膜材料的應用與研究中,孔隙率是一項常用的重要指標。孔隙率一般被定義為多孔膜中,孔隙的體積佔膜的表觀體積的百分數,即:ε=v 孔/v 膜外觀。

孔隙是流體的輸送通道,這裡的「孔隙」準確的說應該指「通孔孔隙」。通常研究人員希望採用此引數來評價膜的過濾效能、滲透效能和分離能力。但由於定義以及測試方法限制等原因,造成目前大家經常看到的和並被普遍應用的「孔隙率」這個引數中的「孔隙」,並非指的是「通孔孔隙」,所以,這種定義的孔隙率,與膜的過濾效能、滲透效能、分離能力並不構成正相關性。

也就是說,孔隙率大的,過濾效能並不一定好;滲透率為零,孔隙率不一定為零。

對於泡壓法原理的貝士德儀器膜孔徑分析儀,如果膜上的孔非理想的圓柱形孔,其實是不能用來分析孔隙率的,因為該原理的儀器測試出來的孔徑分布是通孔孔喉的尺寸資訊。用通孔孔喉尺寸計算得到孔面積,從而依據ε=v 孔/v 膜外觀=s 孔/s 膜外觀來計算出的孔隙率,這個值在實際中會遠小於目前常用方法所

得到的孔隙率。只有當該膜的孔為理想的圓柱孔時,即孔喉和孔口的尺寸相同且無其它凸凹、縫隙結構時,由通孔孔喉尺寸得到的孔隙率才與目前常用方法得到的孔隙率接近(這種情況在實際中幾乎不存在)。

下面列舉膜孔隙率的幾個常用測試方法:

方法一:稱重法(濕法、浸液法)

原理:根據膜浸濕某種合適液體(如水等)的前後重量變化,來確定該膜的孔隙體積v 孔;該膜的骨架

體積v 膜骨架可以通過膜原材料密度和乾膜重量獲得;則該膜的孔隙率:

ε=v 孔/v 膜外觀=v 孔/(v 孔+v 膜骨架)

方法二:密度法(乾法、體積法)

原理:見如下公式推導,所以,只需要膜原材料的密度ρ膜材料和膜的表觀密度ρ膜表觀,就可計算得到孔

隙率ε。其中表觀密度ρ膜表觀可由外觀體積和質量獲得。

ε=v 孔/v 膜外觀=(v 膜外觀-v 膜骨架)/v 膜外觀=(ρ膜表觀-ρ膜材料)/ρ膜表觀

方法三:氣體吸附法

原理:根據低溫氮吸附獲得孔體積,從而得到孔隙率。該方法只能獲得200nm 以下尺寸孔結構的孔體積,無法表徵200nm 以上孔的資訊,對於大量濾膜不適用。

方法四:壓汞法

原理:根據壓汞法原理,利用壓力將汞壓入膜的各種結構的「孔隙」中,根據注入汞的壓力、體積來獲得膜的孔隙體積及尺寸資料;該方法的缺點是將汞壓入微孔需要的壓力較大,該方法更適合於分析剛性材料,對於大多數膜材料為彈性材料,在注入汞的過程中容易發生變形或「塌陷」,從而產生較大誤差。

3h-2000pb 貝士德儀器泡壓法濾膜孔徑分析儀,其基本原理為氣液排驅技術(泡壓法):給膜兩側施加壓力差,克服膜孔道內的浸潤液的表面張力,驅動浸潤液通過孔道,依此獲得膜類材料的通孔孔喉的孔徑資料,同時該方法也是astm 薄膜測定的標準方法。

以上四種膜孔隙率的常用測試方法,所獲得孔隙率資料中的「孔隙」都不是「通孔孔隙」,更不是「通孔孔喉孔隙」;若不是「通孔孔隙」,那麼,這個「孔隙率」就無法達到研究人員所希望的評價過濾效能、滲透效能和分離能力的目的。舉例說明:a 膜通孔為零,表面「凸凹、閉孔、盲孔」等結構形成的孔隙率為40%;b 膜孔隙率為20%且有通孔;那麼,我們並不能依據該孔隙率資料對該兩種膜的過濾效能做出比較。

這點在研究和應用中是需要注意。

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