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膜孔隙率的常用測試方法

來源：時間：2023-03-16 13:36:16 瀏覽：6671次

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，孔隙的體積占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，這里的“孔隙”準確的說應該指“通孔孔隙”。通常研究人員希望采用此參數來評價膜的過濾性能、滲透性能和分離能力。但由于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并被普遍應用的“孔隙率”這個參數中的“孔隙”，并非指的是“通孔孔隙”，所以，這種定義的孔隙率，與膜的過濾性能、滲透性能、分離能力并不構成正相關性。也就是說，孔隙率大的，過濾性能并不一定好；滲透率為零，孔隙率不一定為零。

對于泡壓法原理的膜孔徑分析儀，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信息。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于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）的前后重量變化，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干膜重量獲得；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（干法、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，無法表征200nm以上孔的信息，對于大量濾膜不適用。

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數據；該方法的缺點是將汞壓入微孔需要的壓力較大，該方法更適合于分析剛性材料，對于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。

以上四種孔隙率的常用測試方法，所獲得孔隙率數據中的“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，這個“孔隙率”就無法達到研究人員所希望的評價過濾性能、滲透性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；那么，我們并不能依據該孔隙率數據對該兩種膜的過濾性能做出比較。這點在研究和應用中是需要注意的。

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