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反滲透膜的原理

2011-07-18

  一、RO反滲透膜的原理:

  RO反滲透工作原理為: 在外力的作用下, 借助半透膜的截留作用,迫使溶液中的溶質與溶劑分開,從而達到濃縮、提純或分離的目的,可以從水中除去90% 以上的溶解性鹽類和99% 以上的膠體微生物及有機物等。

  

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  現在學術界對于反滲透分離機理的解釋主要流行以下三種理論:

  1、溶解-擴散模型

  Lonsdale等人提出解釋反滲透現象的溶解-擴散模型。他將反滲透的活性表面皮層看作為致密無孔的膜,并假設溶質和溶劑都能溶于均質的非多孔膜表面層內,各自在濃度或壓力造成的化學勢推動下擴散通過膜。溶解度的差異及溶質和溶劑在膜相中擴散性的差異影響著他們通過膜的能量大小。其具體過程分為:第一步,溶質和溶劑在膜的料液側表面外吸附和溶解;第二步,溶質和溶劑之間沒有相互作用,他們在各自化學位差的推動下以分子擴散方式通過反滲透膜的活性層;第三步,溶質和溶劑在膜的透過液側表面解吸。

  在以上溶質和溶劑透過膜的過程中,一般假設第一步、第三步進行的很快,此時透過速率取決于第二步,即溶質和溶劑在化學位差的推動下以分子擴散方式通過膜。由于

  膜的選擇性,使氣體混合物或液體混合物得以分離。而物質的滲透能力,不僅取決于擴散系數,并且決定于其在膜中的溶解度。

  2、 優先吸附-毛細孔流理論

  當液體中溶有不同種類物質時,其表面張力將發生不同的變化。例如水中溶有醇、酸、醛、脂等有機物質,可使其表面張力減小,但溶入某些無機鹽類,反而使其表面張力稍有增加,這是因為溶質的分散是不均勻的,即溶質在溶液表面層中的濃度和溶液內部濃度不同,這就是溶液的表面吸附現象。當水溶液與高分子多孔膜接觸時,若膜的化學性質使膜對溶質負吸附,對水是優先的正吸附,則在膜與溶液界面上將形成一層被膜吸附的一定厚度的純水層。它在外壓作用下,將通過膜表面的毛細孔,從而可獲取純水。

  3、 氫鍵理論

  在醋酸纖維素中,由于氫鍵和范德華力的作用,膜中存在晶相區域和非晶相區域兩部分。大分子之間存在牢固結合并平行排列的為晶相區域,而大分子之間完全無序的為非晶相區域,水和溶質不能進入晶相區域。在接近醋酸纖維素分子的地方,水與醋酸纖維素羰基上的氧原子會形成氫鍵并構成所謂的結合水。當醋酸纖維素吸附了第一層水分子后,會引起水分子熵值的極大下降,形成類似于冰的結構。在非晶相區域較大的孔空間里,結合水的占有率很低,在孔的中央存在普通結構的水,不能與醋酸纖維素膜形成氫鍵的離子或分子則進入結合水,并以有序擴散方式遷移,通過不斷的改變和醋酸纖維素形成氫鍵的位置來通過膜。

  在壓力作用下,溶液中的水分子和醋酸纖維素的活化點--羰基上的氧原子形成氫鍵,而原來水分子形成的氫鍵被斷開,水分子解離出來并隨之移到下一個活化點并形成新的氫鍵,于是通過一連串的氫鍵形成與斷開,使水分子離開膜表面的致密活性層而進入膜的多孔層。由于多孔層含有大量的毛細管水,水分子能夠暢通流出膜外。

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