第3章-传递模型.ppt

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分离技术——传递模型 浙江大学材料与化工学院 陈欢林教授、张林博士 chenhl@zju.edu.cn linzhang@zju.edu.cn 膜传递模型 Models of the membrane transports 膜的功能 The Basic Forms of Transport Simple diffusion(被动传递) Facilitated diffusion (被动传递) Active transport(主动传递) Group translocation (分子输送反应) Cytosis (细胞吞吐) 膜内传递的三种典型方式 膜分离过程的推动力与传质 膜的促进传递机理 流动及固定载体促进传递 尿素透过固定化尿酶膜 氯离子传递分离膜 光敏促进传递分离 Active transport 膜传递模型的分类 不可逆热力学为基础的模型 (Irrersible Thermodynamics Models) 引进耗散函数Фi(表示自由能的减少速率) 不考虑膜结构及性质(黑箱、灰箱) Kedem-Kathalsky Spiegler- Kedem 与膜结构和性质有关的传递模型 非平衡热力学模型 稳态体系的耗散函数积分方程 或 ?m 为整个膜的耗散函数 单溶质的稀水溶液体系 假定为稀溶液,引进Gibbs-Duhem 方程,用相关变量替代溶质与溶剂的化学位,可得: 线性定律 Kedem-Katchalsky 模型 式中,Lp 为 水力渗透系数(过滤系数); σ为反射系数,其范围在此期0与1之间; ω为溶质渗透系数。 Kedem-Katchalsky 模型 应用条件 对小流量和低浓度,模型的误差较小; 对大流量和高浓度,维象系数与浓度有关; Lp 、σ、ω对浓度影响不敏感。 LP的估算值 Spiegler-Kedem 模型 把线性定律用于膜的局部区域(微分形式) Spiegler-Kedem 模型 Spiegler-Kedem 模型 假定: , Spiegler-Kedem model 近似取 Coefficients of Spiegler-Kedem model 摩擦模型(Friction model) This considers that passage through the porous membrane occurs both by viscous flow and diffusion. Frictional force and Coefficient Proportionality factor is called the friction coefficient Coefficients of the Frictional model Phenomenological equations of the friction model Each force is linearly related to the fluxes Coefficient of Steric hindrance (位阻现象模型) Kedem-Katchalsky model JV、JS 分别为溶剂与溶质的通量; LP为水力渗透系数; Pm为溶质渗透系数; σ为反射系数; ΔP、Δπ分别为膜两侧的压差及溶质的渗透压差。 Coefficient of Steric hindrance (位阻现象模型) 式中,τ为膜的曲折因子; q为溶质与膜孔半径之比,rp/rm; Ak为膜表面空隙率; L为膜的厚度; Dw为溶质在水中的扩散系数; Km 为溶质扩散渗透率。 式中的 可分别用下列方程计算 SD ---diffusion steric; SF ---filtration steric. 与膜性质有关的传递模型 与膜结构和性质有关的传递模型 几何 孔径、孔径分布、孔隙率、曲折因子 膜特性 物理 溶质与溶剂的溶解度、溶胀比 传递 溶质与溶剂的扩散系数 已知以上性质,可以用模型预测或估算通量和分离因子 典型的传递模型 溶解-扩散模型

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