第三章分离特性高分子-ok辨析.ppt

* 渗透和反渗透的原理如图所示。如果用一 张只能透过水而不能透过溶质的半透膜将两种不同 浓度的水溶液隔开，水会自然地透过半透膜渗透从 低浓度水溶液向高浓度水溶液一侧迁移，这一现象 称渗透（图a）。这一过程的推动力是低浓度溶 液中水的化学位与高浓度溶液中水的化学位之差， 表现为水的渗透压。随着水的渗透，高浓度水溶液 一侧的液面升高，压力增大。当液面升高至H时， 渗透达到平衡，两侧的压力差就称为渗透压（图b）。 渗透过程达到平衡后，水不再有渗透，渗透 通量为零。 * 渗透与反渗透原理示意图 * 如果在高浓度水溶液一侧加压，使高浓度水溶液 侧与低浓度水溶液侧的压差大于渗透压，则高浓度 水溶液中的水将通过半透膜流向低浓度水溶液侧， 这一过程就称为反渗透（图c）。 反渗透技术所分离的物质的分子量一般小于500， 操作压力为 2～100MPa。 用于实施反渗透操作的膜为反渗透膜。反渗透膜 大部分为不对称膜，孔径小于0.5nm，可截留溶质 分子。 * 制备反渗透膜的材料主要有醋酸纤维素、芳香 族聚酰胺、聚苯并咪唑、磺化聚苯醚、聚芳砜、聚 醚酮、聚芳醚酮、聚四氟乙烯等。 反渗透膜的分离机理至今尚有许多争论，主要有 氢键理论、选择吸附-毛细管流动理论、溶解扩散 理论等。 * 反渗透、超滤和微孔过滤都是以压力差为推动 力使溶剂通过膜的分离过程，它们组成了分离溶液 中的离子、分子到固体微粒的三级膜分离过程。一 般来说，分离溶液中分子量低于500的低分子物质， 应该采用反渗透膜；分离溶液中分子量大于500的大 分子或极细的胶体粒子可以选择超滤膜，而分离溶 液中的直径0.1～10μm的粒子应该选微孔膜。以上 关于反渗透膜、超滤膜和微孔膜之间的分界并不是 十分严格、明确的，它们之间可能存在一定的相互 重叠。 反渗透与超滤、微孔过滤的比较 * 微孔过滤、超滤和反渗透技术的原理和操作特点比较如表6-3所示。 表6-3 反渗透、超滤和微孔过滤技术的原理和操作特点比较 分离技术类型 反渗透 超滤 微孔过滤 膜的形式 表面致密的非对称膜、复合膜等 非对称膜，表面有微孔 微孔膜 膜材料 纤维素、聚酰胺等 聚丙烯腈、聚砜等 纤维素、PVC等 操作压力 /MPa 2～100 0.1～0.5 0.01～0.2 分离的物质 分子量小于500的小分子物质 分子量大于500的大分子和细小胶体微粒 0.1～10μm的粒子 分离机理 非简单筛分，膜的物化性能对分离起主要作用 筛分，膜的物化性能对分离起一定作用 筛分，膜的物理结构对分离起决定作用 水的渗透通量 /(m3.m-2.d-1) 0.1～2.5 0.5～5 20～200 * 3. 反渗透膜技术应用领域 反渗透膜最早应用于苦咸水淡化。随着膜技术的 发展，反渗透技术已扩展到化工、电子及医药等领 域。反渗透过程主要是从水溶液中分离出水，分离 过程无相变化，不消耗化学药品，这些基本特征决 定了它以下的应用范围。 （1）海水、苦咸水的淡化制取生活用水，硬水软化 制备锅炉用水，高纯水的制备。近年来，反渗透技 术在家用饮水机及直饮水给水系统中的应用更体现 了其优越性。 * （2）在医药、食品工业中用以浓缩药液、果汁、咖 啡浸液等。与常用的冷冻干燥和蒸发脱水浓缩等工 艺比较，反渗透法脱水浓缩成本较低，而且产品的 疗效、风味和营养等均不受影响。 （3）印染、食品、造纸等工业中用于处理污水，回 收利用废业中有用的物质等。 * 9.4 纳滤技术 1. 纳滤膜的特点 纳滤膜是八十年代在反渗透复合膜基础上开发 出来的，是超低压反渗透技术的延续和发展分支， 早期被称作低压反渗透膜或松散反渗透膜。目前， 纳滤膜已从反渗透技术中分离出来，成为独立的分 离技术。 * 纳滤膜主要用于截留粒径在0.1～1nm，分子量 为1000左右的物质，可以使一价盐和小分子物质透 过，具有较小的操作压（0.5～1MPa）。其被分离 物质的尺寸介于反渗透膜和超滤膜之间，但与上述 两种膜有所交叉。 目前关于纳滤膜的研究多集中在应用方面，而有 关纳滤膜的制备、性能表征、传质机理等的研究还 不够系统、全面。进一步改进纳滤膜的制作工艺， 研究膜材料改性，将可极大提高纳滤膜的分离效果 与清洗周期。 * 9.5 离子交换膜 1.离子交换膜的分类 （1）按可交换离子性质分类 与离子交换树脂类似，离子交换膜按其可交换 离子的性能可分为阳离子交换膜、阴离子交换膜和 双极离子交换膜。这三种膜的可交换离子分别对应 为阳离子、阴离子和阴阳离子。 * （2）按膜的结构和功能分类 按膜的结构与功能可