膜的孔隙结构

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1、一、定义 在某种推动力的作用下，利用某种隔膜特定的透过性能，使溶质或溶剂分离的方法称为膜分离。 分离溶质时一般叫渗析；分离溶剂时一般叫渗透。二、分类与特点根据推动力的不同，膜分离有下列几种：浓度差：扩散渗析电位差：电渗析压力差：反渗透(RO, reverse osmosis)： MWvlOO, 0.2-0.3nm, 2 一 3 A0纳滤(NF, nanofiltration)： MW: 100-1000, 0.5-5 nm超滤(UF, ultrafiltration)： MW: 1000百万,5 nm-0.2ym微滤(MF, microfiltration)： 0.2-1 pm(1A0=10-

2、8 cm, 1p =10-4cm, 1nm=10-7cm)膜分离的特点： 可在一般温度下操作，没有相变； 浓缩分离同时进行； 不需投加其他物质，不改变分离物质的性质； 适应性强，运行稳定。第 2 节 电渗析一、 原理 在直流电场作用下，利用阴、阳离子交换膜对溶液中的阴、阳离子的选择透过性，分离 溶质和水。阴膜只让阴离子通过；阳膜只让阳离子通过。阴极：还原反应：2H+ +2e - H2 f阴极室溶液呈碱性，结垢 阳极：氧化反应： 4OH - O2f+2H2O +4e或2Cl-Cl2f +2e阳极室溶液呈酸性，腐蚀 特点：只能将电解质从溶液中分离出去。不能去除有机物等。二、离子交换膜离子交换树脂：

3、树脂与离子之间发生交换反应 离子交换膜：对溶液中的离子具有选择透过的特性按其结构分为：异相膜、均相膜。 异相膜：离子交换树脂磨成粉末，加入粘合剂，滚压在纤维网上。 均相膜：离子及交换树脂的母体材料制成连续的膜状物，作为底膜，然后在上面嵌接上活 性基团。按离子选择性分：阳离子交换膜（一般为聚苯乙烯磺酸型）：RSO3H，在水中电离后，呈负电性 阴离子交换膜（聚苯乙烯季胺型）：RCH2 N （CH3）3OH,电离后，呈正电性 离子交换膜选择透过性主要是由于：1）膜的孔隙结构；2）活性交换基团的作用。离子交换膜是电渗析的关键部分，良好的电渗析应： 1）高的离子选择性；2）渗水性差3）导电性好；4化学稳

4、定性和机械强度三、关键设备 如图电渗析可分为三部分：极区、膜堆和紧固部分 极区：常用的电极有不锈钢、石墨等 膜对：一对阴、阳膜和一对浓、淡水隔板交替排列，组成的最基本脱盐单元 膜堆：若干膜对的集合体一级：一对正、负极之间的膜堆 一段：具有同一水流方向的并联膜堆 增加段数：加长水的流程长度，增加脱盐效率。 增加膜对数：提高水处理量增加级数：降低两个电极之间的电压 四、电流效率与极限电流密度 1电流效率n =实际去除的盐量ml/理论去除量m2 100% ml = q（C-C） t M /10001 2 Bq： 一个淡室的出水量,L/sC, C2：进出水含盐量,mmol/Lt：通电时间,sMB：物质

5、的摩尔质量 B依据法拉第定律：m2=I t MB/FF：法拉第常数I：电流强度，A2.极限电流密度如果电流密度过大一一发生浓差极化现象电流传导靠Na+和Cl-电流总量=。卜电量+Na+电量C卜电迁移数（总电量中所占比例）=0.5Na+电迁移数（总电量中所占比例）=0.5 但在阴膜中，由于钠离子不能通过，氯离子的迁 移数为1,为此补充此差需要动用边界层中的氯离子， 致使边界层与主流层之间存在浓度差。当电流密度i过大时，Ct于0,水分子开始电离，参加迁移，此时发生浓差极化现象极限电流密度极限电流密度的确定：电压-电流法极化与结垢： 极化现象主要发生在阳膜的淡室一侧，沉淀主要发生在阴膜浓室一侧。防止

6、措施：1）极限电流法，在极限电流的7090下运行；2）倒换电极；3）定期酸洗五、应用1）海水或苦咸水（小于 10 克/L）淡化；2）自来水脱 盐制取 初级纯 水；3）电渗析与离子交换组合制 取高纯水；4）废液的处理回收（可以与 电极反应联合进行） 如酸洗废水回收硫酸和 铁，芒硝回收硫酸和碱酸洗废液稀硫酸废弃液 再生硫酸第 3节 扩散渗析高浓度溶液中的溶质透过隔膜向低浓度溶液中迁移的过程，浓度差为推动力。 采用离子交换膜：阴膜。主要用于回收酸，碱。但不能将它们浓缩。其特点是不消耗能 量。回收硫酸时，只有原废水硫酸浓度大于10时，才有实用价值。殘液FeSO,第 4 节 反渗透一、渗透压和反渗透原理渗透压：当用一张半透膜将纯水和盐水分开，纯水会透过半透膜向盐水扩散，使盐水侧溶液水面升高 直到动态平衡。渗透的推动力就是渗透压，这是正渗透。任何溶液都存在渗透压n，只是一般没表现出来。n = i R T Ci ：范特霍尔系数C ：溶液的浓度当在盐水侧施加压力Pn,反渗透。一般压力在几十公斤。图22-17渗透与反渗透现象无锡瑞英丰水处理设备有限公司，纯水设备、纯化水设备、