膜分離過(guò)程：借助于膜而實(shí)現(xiàn)分離的過(guò)程。膜:兩相之間的一個(gè)不連續(xù)區(qū)間，用以區(qū)別相界面。一、膜和膜分離的概念

第十章膜分離過(guò)程

反滲透對(duì)溶液施加超過(guò)滲透壓的壓強(qiáng)，使溶劑分子通過(guò)半透膜而與溶液分離。超濾用孔徑為10-2~10-3mm的膜在壓差下過(guò)濾溶液，使大分子或細(xì)微粒與溶液分離。微濾與超濾相似，但孔徑更大，大致為0.1~10mm。電滲析以電位差為推動(dòng)力，利用離子交換膜的選擇透過(guò)性，從溶液中脫除或富集電解質(zhì)。5.滲透氣化溶液與某種特殊的膜接觸后，各組分在通過(guò)膜的同時(shí)發(fā)生氣化，且各組分的透過(guò)速率不同。二、幾種重要的膜分離過(guò)程（1）化學(xué)穩(wěn)定性；（2）耐熱性；（3）機(jī)械強(qiáng)度；（4）耐生物降解的性能。三、膜性能的表示第一節(jié)超濾與微濾一、微濾和超濾的過(guò)程特征和膜（一）過(guò)程原理微濾可用于處理含細(xì)小粒子的溶液。超濾可分離的粒子則更小，實(shí)際上已是大分子。三種以壓差為推動(dòng)力的膜分離過(guò)程的應(yīng)用范圍微濾和超濾與常規(guī)過(guò)濾的區(qū)別1.微濾和超濾通常采用切向過(guò)濾或稱為錯(cuò)流過(guò)濾，待過(guò)濾的料液沿膜的切向流過(guò)，利用料液帶走膜表面上的粒子，膜表面上的粒子層很薄，大大減小了過(guò)濾阻力。2.作為推動(dòng)力的壓強(qiáng)差比常規(guī)過(guò)濾大，一般不用真空過(guò)濾。3.過(guò)濾過(guò)程中膜逐漸被堵塞，導(dǎo)致濾液流量下降，到一定程度時(shí)必須停下來(lái)對(duì)膜進(jìn)行清洗。4.一般情況下濾液流量較小，必須使料液循環(huán)通過(guò)膜，更確切地說(shuō)，它們是增濃過(guò)程。常規(guī)過(guò)濾切向過(guò)濾膜過(guò)程的流動(dòng)特征：切向流動(dòng)（二）常見(jiàn)的微濾和超濾膜

微孔膜均質(zhì)膜不對(duì)稱膜復(fù)合膜（三）膜的性能測(cè)定1.溶質(zhì)截留率：即被分離的粒子或大分子被截留的百分?jǐn)?shù)；2.濾液通量：?jiǎn)挝荒っ娣e上的濾液體積流量。試驗(yàn)指標(biāo)：（1）表面孔徑或切割相對(duì)分子質(zhì)量測(cè)定（2）孔徑分布測(cè)定（3）水通量測(cè)定（一）通量——壓差曲線虛線把曲線分為：壓差控制區(qū)J與Dp成正比擴(kuò)散控制區(qū)J近似為常數(shù)二、預(yù)測(cè)濾液通量的數(shù)學(xué)模型（二）濃差極化現(xiàn)象當(dāng)溶液流動(dòng)到達(dá)膜表面后，溶劑分子可以通過(guò)膜，溶質(zhì)分子被截留，從而使溶質(zhì)分子在膜表面積累，形成高濃度區(qū)。在濃度差推動(dòng)下，溶質(zhì)分子必然向溶液主體作反向擴(kuò)散。同時(shí)，如果膜的截留率未達(dá)到百分之百，也會(huì)有少量溶質(zhì)分子通過(guò)膜進(jìn)入濾液。達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，在膜表面附近的薄層中存在著一定的濃度梯度，由主體流動(dòng)帶到界面上的溶質(zhì)量等于反向擴(kuò)散的溶質(zhì)量與通過(guò)膜的溶質(zhì)量之和。這一現(xiàn)象稱為濃差極化，膜表面附近的濃度邊界層稱濃差極化層。(一)幾種膜組件結(jié)構(gòu)1.管式膜組件三、微濾和超濾設(shè)備板式膜原理

2.平板式膜分離設(shè)備3.中空纖維膜組件4.螺旋式膜分離設(shè)備1．單級(jí)間歇操作(二)超濾與微濾的操作方式2.單級(jí)連續(xù)操作3.多級(jí)連續(xù)操作一、反滲透的原理（一）滲透壓與反滲透現(xiàn)象

用半透膜將純?nèi)軇┡c溶液隔開(kāi)，溶劑分子會(huì)從純?nèi)軇﹤?cè)經(jīng)半透膜滲透到溶液側(cè)，這種現(xiàn)象稱為滲透。

用半透膜將純?nèi)軇ㄋ┡c溶液隔開(kāi)，在溶液側(cè)施加大于滲透壓的壓強(qiáng)，則溶劑分子將從溶液側(cè)向溶劑側(cè)滲透，這一現(xiàn)象就是反滲透。

平衡時(shí)膜兩側(cè)的壓差稱為滲透壓。第二節(jié)反滲透反滲透的原理(1)滲透(2)反滲透1．回收率滲透液流量與進(jìn)料流量之比，即濃縮比。2．溫度溫度升高時(shí)液體的粘度下降，但滲透壓增加。3．壓密效應(yīng)多數(shù)反滲透組件的壓差限度為8MPa，某些墊套式組件可在20MPa下使用。4．膜的耐氯性5.抗氧化性6.有機(jī)溶劑用有機(jī)溶劑浸泡后，有些膜的水通量增大，有些膜的水通量減小，但截留率總是大為降低。（三）影響反滲透操作的因素（一）基本原理在直流電場(chǎng)作用下，電解質(zhì)溶液中的離子選擇性地通過(guò)離子交換膜，從而實(shí)現(xiàn)分離。它是一種特殊的膜分離操作。所以只允許一種電荷的離子通過(guò)，而將另一種離子截留，稱為離子交換膜。分陰膜、陽(yáng)膜兩種。一、電滲析過(guò)程的原理第三節(jié)電滲析在常規(guī)電滲析器內(nèi)，兩種膜成對(duì)交替平行排列，料液均勻分布于各室。在電場(chǎng)作用下，形成交替的濃縮室和淡化室。+CACA-I濃液稀液電滲析過(guò)程示意圖陽(yáng)極：

H2OH++OH-2OH--2e[O]+H2O

Cl--e[Cl]H++Cl-HCl陰極：

H2OH++OH-2H++2eH2

Na++OH-NaOH陽(yáng)極室中溶液呈酸性，陰極室中溶液呈堿性。若溶液中存在Ca+、Mg+等離子，還會(huì)生成沉淀。因此，引入極水以保護(hù)電極。（二）電極反應(yīng)（1）能耗低于有相變的過(guò)程，比離子交換也低得多；（2）裝置使用靈活，維修方便，在單臺(tái)設(shè)備上容易調(diào)節(jié)產(chǎn)水量和脫鹽率；（3）裝置使用壽命長(zhǎng)，唯一易損壞的部件是電極，但選擇好的材料后也可以用相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間；（4）整個(gè)過(guò)程無(wú)污染物排放，為清潔生產(chǎn)過(guò)程；（5）用于水的脫鹽時(shí)，原水的回收率高，可以節(jié)約水源，減少動(dòng)力消耗，節(jié)省預(yù)處理費(fèi)用。（三）電滲析過(guò)程的特點(diǎn)1.非均相離子交換膜膜電阻較大，選擇透過(guò)性較差，但制作容易，機(jī)械強(qiáng)度較高，價(jià)格較便宜。2.均相離子交換膜化學(xué)結(jié)構(gòu)均勻，孔隙小，膜電阻小，不易滲漏，電化學(xué)性能優(yōu)良。但制作復(fù)雜，機(jī)械強(qiáng)度較低。3.半均相離子交換膜性能介于均相離子交換膜和非均相離子交換膜之間。對(duì)膜的要求：（1）選擇透過(guò)性好；（2）膜電阻低，化學(xué)穩(wěn)定；（3）機(jī)械強(qiáng)度高，孔隙度適當(dāng)。（四）離子交換膜1．法拉第定律（1）電流通過(guò)電解質(zhì)溶液時(shí)，在電極上參與反應(yīng)的物質(zhì)量正比于電流和通電時(shí)間，即正比于通過(guò)溶液的電量；（2）每通過(guò)96500C的電量，在任一電極上發(fā)生得（失）1mol電子的反應(yīng)，參與此反應(yīng)的物質(zhì)的量亦為1mol。2．離子的遷移離子i在電場(chǎng)力推動(dòng)下的遷移速度：ui=-KidE/dx當(dāng)dE/dx=1V/cm時(shí)，某離子在一定溶劑中的遷移速度稱為該離子的淌度。

mi=Ki/Zi

三、電滲析的基本概念如果膜的選擇性為100%，那么通過(guò)膜的電流全由反離子承擔(dān)，從而P=1。如果膜無(wú)選擇性，那么反離子在膜內(nèi)的遷移數(shù)等于它在溶液中的遷移數(shù)，從而P=0。影響膜電阻的因素：（1）膜內(nèi)固定基團(tuán)的濃度和性質(zhì)。固定基團(tuán)濃度越高，電阻就越小。（2）膜外溶液濃度越高，擴(kuò)散入膜的離子濃度就越高，因而使電阻降低。（3）均相膜的電阻小于非均相膜。（4）溫度升高時(shí)，電阻也減少。3．膜的選擇性和電阻（一）電滲析器的構(gòu)造四、電滲析裝置電滲析器1.單級(jí)間歇操作電滲析的操作方式2.單級(jí)連續(xù)操作3.多級(jí)連續(xù)操作當(dāng)液體混合物與滲透汽化膜接觸時(shí)，混合物中的組分在通過(guò)膜的同時(shí)發(fā)生汽化，滲透物的組成不同于料液，從而實(shí)現(xiàn)分離。推動(dòng)力：化學(xué)勢(shì)差，具體表現(xiàn)為分壓差。可以加一惰性挾帶劑，也可以抽真空。一般采用抽真空法。的優(yōu)點(diǎn)：能耗低，是唯一可能代替蒸餾的分離操作。一、