膜分离复习题.doc

膜的定义：膜还没有一个精确完整的定义。一种通用的广义上的定义是“膜”是两相之间的不连续区间。该定义重点强调“膜”是有一定三维结构的隔层，以与区别通常所说的“相界面”， 即两互不相溶液体之间的相界面，一种气体和一种液体之间的相界面或一种气体和一种固体之间的相界面。按照这个定义，膜可分为固相、液相和气相。 膜分离过程的推动力有两类：①借助外界能量，物质发生由低位向高位的流动；②以化学位差为推动力，物质发生由高位向低位的流动。 膜分离技术的特点: （a）膜分离过程不发生相变，因此能量转化的效率高。例如在现在的各种海水淡化方法中反渗透法能耗最低； （b）膜分离过程在常温下进行，因而特别适于对热敏性物料，如果汁、酶、药物等的分离、分级和浓缩； （c）装置简单，操作简单，控制、维修容易，且分离效率高。与其它水处理方法相比，具有占地面积小、适用范围广、处理效率高等特点； （d）由于目前膜的成本较高，所以膜分离法投资较高，有些膜对酸或碱的耐受能力较差。所以目前膜分离法在水处理中一般用于回收废水中的有用成分或水的回用处理。 渗析：把水溶液中溶质透过半透膜而溶质被截留的现象称为渗析。 半透膜：起渗析作用的薄膜，对溶质具有选择性。 半透膜的发展： 动物的膀胱膜、肠膜、羊皮纸； 离子交换膜：阳离子交换膜、阴离子交换膜 扩散渗析的原理： 利用离子交换膜的选择透过性，以浓度差为推动力来实现酸与盐或者碱与酸的分离。 优点：能耗小，设备结构简单，操作方便，不需要对膜进行酸碱再生，分离过程中不需要加入其它化学药剂。 缺点:渗析速度慢，分离效率低。 1．电渗析的基本原理 电渗析是在直流电场的作用下，以电位差为推动力，利用阴、阳离子交换膜对溶液中阴、阳离子的选择透过性(即阳膜只允许阳离子通过，阴膜只允许阴离子通过），而使溶液中的溶质与水分离的一种物理化学过程。从而实现溶液的浓缩、淡化、精制和提纯的一种膜过程。 离子交换膜具有与离子交换树脂相同的组成，含有活性基团和??使离子透过的细孔。常用的离子交换膜按其选择透过性可分为阳膜、阴膜、复合膜等数种。 离子交换膜是一种由高分子材料制成的具有离子交换基团的薄膜，其所以具有选择透过性主要是由于膜上孔隙和膜上离子基团的作用。 膜上孔隙的作用是，在膜的高分子键之间有一足够大的孔隙，以容纳离子的进出和通过。是离子通过膜的大门和通道。 膜上离子基团的作用是，在膜的高分子链上，连接着一些可以发生解离作用的活性基团。在水溶液中，膜上的活性基因会发生解离作用，解离所产生的离子(或称反离子）进入溶液。于是，在膜上就留下了带有一定电荷的固定基团。存在于膜微孔中的带一定电荷的固定基团，好比在一条狭长的通道中设立的一个个关卡或“警卫”，以鉴别和选择通过的离子 反渗透是一项高新膜分离技术，其孔径很小，大都≤10×10 –10（10A），它能去除滤液中的离子范围和分子量很小的有机物，如细菌、病毒、热源等。它已广泛用于海水或苦咸水淡化、电子、医药用纯水、饮用蒸馏水、太空水的生产，还应用于生物、医学工程。 特点 常温条件下，可以对溶质和水进行分离或浓缩，因而能耗低； 杂质去除范围广，可去除无机盐和各类有机物杂质； 较高的水回用率； ?分离装置简单，容易操作和维修。 一种只能透过溶剂而不能透过溶质的膜称为半透膜。当把溶剂和溶液(或把两种不同浓度的溶液)分别置于此膜的两侧时，纯溶剂将自然穿过半透膜而自发地向溶液(或从低浓度溶液向高浓度溶液)一侧流动，这种现象叫做渗透。此H称为该溶液的渗透压Π。若在溶液的液面上再施加一个大于Π 的压力P时，溶剂将与原来的渗透方向相反，开始从溶液向溶剂一侧流动，这就是所谓的反渗透。 对反渗透膜的性能要求 选择性好，单位膜面积上透水量大，脱盐率高； 机械强度好，能抗压、抗拉、耐磨； 热和化学的稳定性好，能耐酸、碱腐蚀和微生物侵蚀，耐水解、辐射和氧化； 结构均匀一致，尽可能地薄，寿命长，成本低。 1、超过滤与反渗透的异同 超过滤简称超滤，它同反渗透一样，都是利用膜来分离废水中溶解的物质。 两种方法的共同点在于： 两种过程的动力同是溶液的压力，在溶液的压力下，溶剂的分子通过薄膜，而溶解的物质被阻滞在膜表面上。 超滤又称为超过滤，通过膜表面的微孔结构（孔径为10?到200?）对物质进行选择性分离。当液体混合物在一定压力下流经膜表面时，小分子溶质透过膜（称为超滤液），而大分子物质则被截留，使原液中大分子浓度逐渐提高（称为浓缩液），从而实现大、小分子的分离、浓缩、净化的目的。 超滤截留大分子物质的机理是： 膜表面的孔径机械筛分作用； 膜孔阻塞、阻滞作用； 膜表面及膜孔对杂质的吸附