常见的第五章-膜分离(修订).ppt

三、纳滤 *在反渗透基础上发展起来，截留分子量介于超滤和反渗透之间（1纳米以上） *复合膜 *分离机理（截留筛分和静电作用） 分离行为与其带电性能、溶质的带电状态、pH等有较大关系 * 阴离子 NO3-、Cl-、OH-、SO42-、CO32- 阳离子 H+、Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cu2+ 截留率递增 §5-3 反渗透膜分离过程 一、渗透与渗透压的概念 半透膜（不对称膜或复合摸） 盐水 纯水 纯水侧水的化学势为: ?o水 盐水侧的化学势为: ?水= ?o水 + ?RT lnXw 渗透系数 水的摩尔分数 ?o水 ?水 渗透 渗透：溶剂透过半透膜由低浓度端向高浓度端迁移的现象 h 对应的压力称为渗透压（?） 渗透压（?）：渗透达到平衡时，低浓度端高出高浓度端的 液柱高h对应的压力 渗透平衡 渗透压的数学表达式 按Van’t Hoff 方程： 对单一组分体系有： 溶质的浓度 对多组分体系有： 渗透系数?： 理想溶液的渗透压 稀溶液的渗透压 ?与溶质的离解状态有关 对于电解质溶液， ?1，其值为离解的各阴阳离子的总和 对于非电解质溶液， ?=1 可见：渗透压（?）与溶质的性质和浓度相关 二、反渗透与反渗透膜分离 盐水 纯水 半透膜（不对称膜或复合摸） 外压（P） P ? 纯水 反渗透 1。反渗透 在一个大于渗透压的外压存在下，溶剂分子透过半透膜由低浓度侧向高浓度侧迁移的现象 2。反渗透过程发生的必要条件： 有一张高透过性（溶剂分子）和高选择性的半透膜 有一大于渗透压的外压存在 3。反渗透膜分离 利用反渗透现象进行的分离溶质和溶剂的过程 三、反渗透膜分离的传质机理 1。氢键理论 （1）基本假设 膜表面有一层与膜紧密 结 合的结合水层 反渗透膜由致密活性层和 多孔层组成 活性层 多孔层 结合水层 （2）理论核心 溶液中的水与膜上的活性 基团通过一连串的氢键形 成与断裂通过致密层 水分子依靠毛细管作用通 过多孔层 （3）理论的指导意义 反渗透膜材料应具有很好的 亲水性和产生氢键的能力 膜越薄越好 2。溶解扩散理论 （1）基本假设 反渗透膜为致密无孔的完整膜（理想膜） （2）理论核心 溶剂和溶质首先吸附溶解在膜材料的表面上 溶剂和溶质依靠各自的化学位差在膜中扩散 溶剂和溶质分子在膜的透过侧解吸 控制步骤 按Fick定律有： 膜的透水率（Jw）为 ： 水在膜中的扩散系数 水在膜中的浓度 水的偏摩尔体积 膜两侧外压差 膜两侧渗透压差 膜的厚度 膜的水透过系数 膜的盐率（Js）为 ： 溶质在膜中的扩散系数 溶质在溶液和膜两相中的分配系数 膜两侧溶质的浓度差 膜的厚度 （3）理论的指导意义 膜材料对水具有很好的溶解和扩散能力，但对盐的 溶解能力和扩散能力差 膜越薄越好 3。优先吸附-毛细管流理论 （1）基本假设 膜表面具有适宜的化学性质和一定数目的适当孔径的毛细管 （2）理论核心 膜表面优先吸附水，对溶质有负吸收，膜表面形成纯水层。 纯水层厚度为： 纯水层的水顺膜表面毛 细管流出膜 纯水层 毛细管 溶液中溶质活度 界面张力 溶质的活度系数 溶液浓度 （3）理论的指导意义 指出了反渗透膜过程由两个因素控制 膜表面的优先吸附过程（平衡效应）： 与膜材料、溶剂及溶质的相互作用有关 溶剂及溶质通过膜孔的流动过程（动态效应）： 与膜结构、溶剂及溶质分子的空间位阻有关 指出了反渗透膜应该具有： 指出了反渗透膜的透过机理既与膜的性质（材料和 结构）也与溶剂及溶质的性质相关 膜孔大小应为纯水层厚度的2倍（膜的临界孔径） 膜材料为亲水性的 膜应该越薄越好 §5-4 液膜分离 一、概 述 1、液膜的概念 悬浮在液体中的很薄的一层乳状液微粒 2、液膜的优点 膜很薄，一般为1-10?m，只有固膜的1/10。 比表面积很大。 传质速度很快， 制备简单 分辨率高，能分离性质极为相似的组分。 3、液膜体系的组成 内相（I 相） 膜相（II 相) 外相（III 相） 内相（I 相） 膜相（II 相) 外相（III 相） 一般：内相与外相互溶；膜相与内外相均不互溶 （1）按形状分 4、液膜的分类 带支撑体液膜 特点： 稳定性差、制备麻烦 单滴型液膜 特点： 稳定性差、颗粒大 乳状液液膜 特点： 稳定性好、颗粒小、比表面积大、很薄、传质速度快 （应用最广泛的液膜） （2）按组成分： 水/油/水型 即：W/O/W型（油膜） 油/水/油型 即：O/W/O型（水膜） （3）按传质机理（膜相组成）分： 不含流动载体型液膜