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第三章 膜分离技术 第一节 膜分离技术概论 通透量理论：一种基于粒子悬浊液在毛细管内流动的毛细管理论。 水通量（Jw）和截留率（R） W—透水量，A—膜的有效面积，τ—时间 c1—料液中溶质浓度， c2—透过液中溶质浓度 膜科学技术的发展概况 膜分离过程原理 膜上游 透膜 膜下游 膜分离过程原理：以选择性透膜为分离介质，通过在膜两边施加一个推动力（如浓度差、压力差或电压差等）时，使原料侧组分选择性地透过膜，以达到分离提纯的目的。通常膜原料侧称为膜上游，透过侧称为膜下游.分离过程是靠在外力的推动下各种物质穿过一个有限制作用的界面时在速度上的差别来进行的。 。 膜分离机理和传递理论 截流机理(筛孔效应) 溶解-扩散理论(渗透和渗透压) Donnan效应（电效应） 优先吸附--毛细孔流理论 氢键理论 截流机理和筛孔效应 机械截留（筛孔效应） 物理作用或吸附截留 架桥作用 网络内部截流 溶解-扩散理论 理论要点如下: (1)膜表面无孔，是“完整的膜”。 (2)水和溶质通过膜分两步进行： 第一步，水和溶质溶解于膜表面。第二步，在化学势差的推动下和 溶质扩散通过膜。 (3)在溶解扩散过程中，扩散是控制步骤，并服从Filk定律。 具体过程包括： ①溶质和溶剂在膜的料液侧表面吸附和溶解。 ②溶质和溶剂之间没有相互作用，它们在各自化学势差的推动下仅以分子扩散方式通过反渗透膜的活性层。 ③溶质和溶剂在膜的透过液侧表面解吸。 ＤＯＮＮＡＮ效应(电效应) Donnan 效应: 电解质离子与荷电膜之间存在相同电荷排斥而相反电荷吸引的作用。 纳滤膜与电解质离子间形成静电作用，电解质盐离子的电荷强度不同，造成膜对离子的截留率有差异，在含有不同价态离子的多元体系中，由于道南（ＤＯＮＮＡＮ）效应，使得膜对不同离子的选择性不一样，不同的离子通过膜的比例也不相同。 ： Donnan平衡:当把荷电膜置于盐溶液中会发生动力学平衡。膜相中的反离子浓度比主体溶液中的离子浓度高而同性离子的浓度低，从而在主体溶液中产生道南能位势，该能位势阻止了反离子从膜相向主体溶液的扩散和同性离子从主体溶液向膜的扩散。  优先吸附--毛细孔流理论基本论点 (1)由于膜的化学性质对溶质具有排斥作用，根据Gibbs吸附方程，溶质是负吸附，水是优先吸附。因此，在膜与溶液界面附近，溶液浓度剧烈下降，在膜的表面形成一层极薄的纯水层，纯水层的厚度与膜的表面性质密切相关。 (2)膜表面存在着毛细小孔 ,当毛细孔的直径为纯水层厚度t的2倍时（称临界孔径），可以得到最大的透水率和脱盐率。不同材料的膜有不同的临界孔径。研制最佳的膜是在膜的表面形成尽可能多的孔径为2t的毛细孔。孔径小于2t，膜的透水率降低；孔径大于2t时，由于部分含盐溶液也会通过膜孔而使脱盐率下降。 优先吸附--毛细孔流动模型 氢键理论 氢键理论也称孔穴有序扩散模型。 基本要点: (1)膜内大分子之间存在着两种区域晶相区和非晶相区。 (2)水和溶质不能进入晶相区。 (3)在膜内存在着两种状态的水，即结合水和游离水。结合水是当水进入非晶相区后与膜内羧基上的氧原子发生氢键而形成的。这种结合引起水分子熵值极大下降，这种水具有整齐的类冰状结构。离开膜基团较远的水称为游离水，性质与一般水相同。结合水的强度，取决于膜的孔径，孔径愈小，结合愈牢。 氢键理论 (4)膜内存在两种扩散方式。不与膜形成氢键的水分子和盐，可以通过孔的中央部位自膜的一侧向另一侧扩散，这种扩散称为孔穴型扩散。与膜以氢键结合的水分子，在压力作用下，能够由一个氢键位置转移到另一个氢键位置，通过一连串氢键断裂与形成，使水分子通过膜的表面致密层，进入疏松的支撑层。在支撑层中有大量毛细孔水，水分子能畅通流出。水分子的这种迁移称为氢键有序扩散。 氢键理论指出反渗透膜材料必须是亲水性的，水在膜中的迁移主要是扩散。 膜材料 膜应该满足的特性: 膜应具有较大的透过速度和较高的选择性； 机械强度好； 耐热、耐化学试剂、不被细菌侵袭； 可以高温灭菌； 价廉等。 膜的分类 1. 按膜的材料分类 天然高分子材料