分離技術—膜的傳遞模型周民杰整理課件分離技術—膜的傳遞模型周民杰整理課件1膜傳遞模型

Modelsofthemembranetransports

整理課件膜傳遞模型

Modelsofthemembr2膜的功能整理課件膜的功能整理課件3TheBasicFormsofTransportSimplediffusion（被動傳遞）Facilitateddiffusion（被動傳遞）Activetransport（主動傳遞）Grouptranslocation（分子輸送反應）Cytosis（細胞吞吐）整理課件TheBasicFormsofTransportSi4膜內傳遞的三種典型方式整理課件膜內傳遞的三種典型方式整理課件5膜分離過程的推動力與傳質整理課件膜分離過程的推動力與傳質整理課件6膜的促進傳遞機理整理課件膜的促進傳遞機理整理課件7流動及固定載體促進傳遞整理課件流動及固定載體促進傳遞整理課件8尿素透過固定化尿酶膜整理課件尿素透過固定化尿酶膜整理課件9氯離子傳遞分離膜整理課件氯離子傳遞分離膜整理課件10光敏促進傳遞分離整理課件光敏促進傳遞分離整理課件11Activetransport整理課件Activetransport整理課件12膜傳遞模型的分類不可逆熱力學為基礎的模型（IrrersibleThermodynamicsModels）引進耗散函數(shù)Фi（表示自由能的減少速率）

不考慮膜結構及性質（黑箱、灰箱）Kedem-KathalskySpiegler-Kedem與膜結構和性質有關的傳遞模型整理課件膜傳遞模型的分類不可逆熱力學為基礎的模型整理課件13非平衡熱力學模型整理課件非平衡熱力學模型整理課件14穩(wěn)態(tài)體系的耗散函數(shù)積分方程?m為整個膜的耗散函數(shù)ΔX為膜厚Δμ為化學位整理課件穩(wěn)態(tài)體系的耗散函數(shù)積分方程?m為整個膜的耗散函數(shù)整理課件15單溶質的稀水溶液體系假定為稀溶液，引進Gibbs-Duhem方程，用相關變量替代溶質與溶劑的化學位，可得：下標w與s分別代表溶劑與溶質整理課件單溶質的稀水溶液體系假定為稀溶液，引進Gibbs-Duhem16線性定律整理課件線性定律整理課件17Kedem-Katchalsky模型式中，Lp為水力滲透系數(shù)（過濾系數(shù)）；σ為反射系數(shù)，其范圍在此期0與1之間;ω為溶質滲透系數(shù)。整理課件Kedem-Katchalsky模型整理課件18Kedem-Katchalsky模型整理課件Kedem-Katchalsky模型整理課件19應用條件對小流量和低濃度，模型的誤差較?。粚Υ罅髁亢透邼舛?，維象系數(shù)與濃度有關；Lp、σ、ω對濃度影響不敏感。整理課件應用條件對小流量和低濃度，模型的誤差較小；整理課件20LP的估算值膜過程LP/L（m2h.atm）反滲透、納濾＜50超濾50～500微濾＞500整理課件LP的估算值膜過程LP/L（m2h.atm）21Spiegler-Kedem模型把線性定律用于膜的局部區(qū)域（微分形式）整理課件Spiegler-Kedem模型把線性定律用于膜的局部區(qū)域22Spiegler-Kedem模型整理課件Spiegler-Kedem模型整理課件23Spiegler-Kedem模型假定：,整理課件Spiegler-Kedem模型假定：24Spiegler-Kedemmodel近似取

整理課件Spiegler-Kedemmodel近似取整理課件25CoefficientsofSpiegler-Kedemmodel

整理課件CoefficientsofSpiegler-Kedem26以傳遞機理為基礎的模型孔流模型表面力-孔流動模型整理課件以傳遞機理為基礎的模型孔流模型整理課件27孔流作用的影響當料液濃度小于0.05時，孔流量占總流量的2%；當料液濃度為0.1左右，孔流量占總流量的8％；當料液濃度為0.5時，孔流作用增至20％。整理課件孔流作用的影響當料液濃度小于0.05時，孔流量占總流量的2%28孔流模型整理課件孔流模型整理課件29優(yōu)先吸附－毛細孔流動機理1960年Sourirajan教授提出整理課件優(yōu)先吸附－毛細孔流動機理1960年Sourirajan教30

表面力-孔流動模型

整理課件

表面力-孔流動模型

整理課件31與膜結構和性質有關的傳遞模型幾何

孔徑、孔徑分布、孔隙率、曲折因子膜特性物理

溶質與溶劑的溶解度、溶脹比傳遞

溶質與溶劑的擴散系數(shù)已知以上性質，可以用模型預測或估算通量和分離因子整理課件與膜結構和性質有關的傳遞模型幾何孔徑、孔徑分布、孔隙率32典型的傳遞模型溶解-擴散模型（Lonsdals,1965）溶解-擴散不完全模型（Sherwood）整理課件典型的傳遞模型溶解-擴散模型（Lonsdals,1965）33膜傳遞機理和模型研究較多的過程為反滲透、超濾，但某些結論也適用于其他膜過程。問題：模型很多，但許多觀點尚未論證及公認；基于某些假定的傳統(tǒng)機理，其應用有局限性。整理課件膜傳遞機理和模型研究較多的過程為反滲透、超濾，但某些結論也適34溶解－擴散模型假定：溶質和溶液溶解在膜表皮層；從膜上游側擴散傳遞到膜下游側；從膜下游側解吸CibCirC'imCilCipC"im整理課件溶解－擴散模型假定：CibCirC'imCilCip35Solution-diffusionmodel式中,為溶劑的滲透參數(shù)；

ΔP為膜兩側壓力差；Ki為平衡分配系數(shù)；Cr，Cp分別為膜上游溶液中溶質的濃度和透過產(chǎn)品中溶質的濃度。整理課件Solution-diffusionmodel整理課件36溶解－擴散不完全模型Sherwood等認為，膜內存在微孔，有一部分組分不是以溶解－擴散滲透通過膜，而是通過微孔透過膜。式中，K1、K2、K3分別為與溶質擴散和孔內流動有關的常數(shù)整理課件溶解－擴散不完全模型Sherwood等認為，膜內存在微孔，37膜的臨界孔徑和水層厚度整理課件膜的臨界孔徑和水層厚度整理課件38Kimura-Sourirajanmodel式中，A為水的滲透系數(shù)；ΔP、Δπ分別為膜兩側的壓力差和溶液滲透壓差；為溶質的滲透系數(shù),其與溶質性質、膜材料性質以及膜表面平均孔徑有關。其中DAm為溶質在膜中的擴散系數(shù)；CR、CP分別為膜兩側溶液濃度，若過程中有濃差極化現(xiàn)象存在，則為緊靠膜表面的溶液濃度；xAR、xAP分別為膜兩側溶液中溶質的摩爾分數(shù)。整理課件Kimura-Sourirajanmodel式中，A為水的39K-K模型和溶解擴散不完全模型關系整理課件K-K模型和溶解擴散不完全模型關系整理課件40Transportthroughmembranes:AunifiedapproachThefluxofcomponentiv-thediffusionalflow;u-theconvectiveflow.Themainterminanydiscretionoftransportthroughporousmembranes;Fornonporous,onlydiffusionalflowcontributestotransport.整理課件Transportthroughmembranes:A41ConvectiveflowanddiffusionalflowPoiieuilleequantionSolution–diffusionmodelNOTE:

Ingoingfromporoustononporousmembranes,anintermediateregionexistswherebothcontributionshavetobetakenintoaccount.整理課件Convectiveflowanddiffusiona42Transportinidealandinteractivesystems

P=SDPermeability（P）=Solubility（S）xDiffusitive（D）整理課件Transportinidealandinterac43Time-legmethodforgaspermeationIfthediffusioncoefficientfollowsalinearfunctionofconcentration整理課件Time-legmethodforgaspermea44Time-legmethodforgaspermeation在t=0時，滲透通量為零，在t時刻氣體滲透通過膜的量為Qt,當t趨向無窮大時，可得:將Qt對t作圖，可得一曲線，當t很大時為直線，其斜率為（D/δ）（C1-C2）,t的截矩為：通常C2≈C0=0，則延滯時間:整理課件Time-legmethodforgaspermea45Time-legmeasurementofgaspermeation整理課件Time-legmeasurementofgaspe46Determinationofthesolubilitycoefficient

對t的關系呈直線，從其斜率可得擴散系數(shù):整理課件Determinationofthesolubilit47DiffusioncoefficientforshorttimesOr整理課件Diffusioncoefficientforshor48Diffusioncoefficientforlongtimes

Or整理課件Diffusioncoefficientforlong49InteractivesystemsFornon-idealsystems,themaindifferencewithidealsystemsis:ThesolubilitycannolongerbedescribedbyHenry’slaw;Thediffusioncoefficientisnotaconstant.整理課件InteractivesystemsFornon-ide50Permeabilitiesofvariouscomponentsinpolydimethylsiloxaneat40°CComponentPermeability（Barrer）nitrogen280oxygen600Methane940Carbondioxide3200Ethanol53000Methylenechloride1930001,2-dichloroethane248000Carbontetrachloride290000Chloroform3290001,1,2-trichloroethane530000Trichoroethylene740000Toluene1106000整理課件Permeabilitiesofvariouscomp51Interact