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膜孔隙率的常用测试方法简介

 发布时间:2015-06-26 点击量:3864

膜孔隙率的常用测试方法简介


在薄膜、中空纤维膜等膜材料的应用与研究中,孔隙率是一项常用的重要指标。孔隙率一般被定义为多孔膜中,孔隙的体积占膜的表观体积的百分数,即:εV / V膜外观

孔隙是流体的输送通道,这里的“孔隙"准确的说应该指“通孔孔隙"。通常研究人员希望采用此参数来评价膜的过滤性能、渗透性能和分离能力。但由于定义


以及测试方法限制等原因,造成目前大家经常看到的和并被普遍应用的“孔隙率"这个参数中的“孔隙",并非指的是“通孔孔隙",所以,这种定义的孔隙率,与膜的过滤性能、渗透性能、分离能力并不构成正相关性。也就是说,孔隙率大的,过滤性能并不一定好;渗透率为零,孔隙率不一定为零。

对于泡压法原理的膜孔径分析仪,如果膜上的孔非理想的圆柱形孔,其实是不能用来分析孔隙率的,因为该原理的仪器测试出来的孔径分布是通孔孔喉的尺寸信息。用通孔孔喉尺寸计算得到孔面积,从而依据εV / V膜外观 = S / S膜外观 来计算出的孔隙率,这个值在实际中会远小于目前常用方法所得到的孔隙率。只有当该膜的孔为理想的圆柱孔时,即孔喉和孔口的尺寸相同且无其它凸凹、缝隙结构时,由通孔孔喉尺寸得到的孔隙率才与目前常用方法得到的孔隙率接近(这种情况在实际中几乎不存在)。


下面列举几个常用测试方法:

方法一:称重法(湿法、浸液法)

原理:根据膜浸湿某种合适液体(如水等)的前后重量变化,来确定该膜的孔隙体积V;该膜的骨架体积V膜骨架可以通过膜原材料密度和干膜重量获得;则该膜的孔隙率:

εV / V膜外观 V / ( V+V膜骨架  

方法二:密度法(干法、体积法)

原理:见如下公式推导,所以,只需要膜原材料的密度ρ膜材料和膜的表观密度ρ膜表观,就可计算得到孔隙率ε其中表观密度ρ膜表观可由外观体积和质量获得。

εV / V膜外观 V膜外观-V膜骨架 ) / V膜外观=(ρ膜表观ρ膜材料 ρ膜表观 

方法三:气体吸附法

原理:根据低温氮吸附获得孔体积,从而得到孔隙率。该方法只能获得200nm以下尺寸孔结构的孔体积,无法表征200nm以上孔的信息,对于大量滤膜不适用。

方法四:压汞法

原理:根据压汞法原理,利用压力将汞压入膜的各种结构的“孔隙"中,根据注入汞的压力、体积来获得膜的孔隙体积及尺寸数据;该方法的缺点是将汞压入微孔需要的压力较大,该方法更适合于分析刚性材料,对于大多数膜材料为弹性材料,在注入汞的过程中容易发生变形或“塌陷",从而产生较大误差。

以上四种孔隙率的常用测试方法,所获得孔隙率数据中的“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",那么,这个“孔隙率"就无法达到研究人员所希望的评价过滤性能、渗透性能和分离能力的目的。举例说明:A膜通孔为零,表面“凸凹、闭孔、盲孔"等结构形成的孔隙率为40%;B膜孔隙率为20%且有通孔;那么,我们并不能依据该孔隙率数据对该两种膜的过滤性能做出比较。这点在研究和应用中是需要注意的。

3H-2000PB 泡压法膜孔径分析仪

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