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第四章 膜分离8 4.1 各种膜分离法及其原理 4.2 膜材料及其特性 4.3 膜组件 4.4 操作特性 4.5 影响膜分离速度的主要因素 4.6 膜分离过程 4.7 膜的污染与清洗 4.8 应用 膜分离的概念：利用膜的选择性（孔径大小），以膜的两侧存在的能量差作为推动力，由于溶液中各组分透过膜的迁移率不同而实现分离的一种技术。 膜的概念 在一种流体相间有一层薄的凝聚相物质，把流体相分隔开来成为两部分，这一薄层物质称为膜。 膜本身是均一的一相或由两相以上凝聚物构成的复合体 被膜分开的流体相物质是液体或气体 膜的厚度应在0.5mm以下，否则不能称其为膜 膜分离 优点: 1)、能耗低。膜分离不涉及相变，对能量要求低，与蒸馏、结晶和蒸发相比有较大的差异； 2)、分离条件温和，对于热敏感物质的分离很重要； 3)、操作方便，结构紧凑、维修成本低、易于自动化。 缺点 1)、膜面易发生污染，膜分离性能降低，故需采用与工艺相适应的膜面清洗方法； 2)、稳定性、耐药性、耐热性、耐溶剂能力有限，故使用范围有限； 3)、单独的膜分离技术功能有限，需与其他分离技术连用。 膜分离技术的类型 以推动力的过程分类 以浓度差为推动力的过程：A、透析技术(Dialysis, DS) 以电场力为推动力的过程：A、电透析，B、离子交换电透析 以静压力差为推动力的过程：A、微滤(microfiltration)，B、超滤(untrafiltration)，C、反渗透(reverse osmosis) 以蒸气压差为推动力的过程：A、膜蒸馏，B、渗透蒸馏 膜分离技术的类型 以分离应用领域过程分类 微滤 (micro-filtration, MF) 超滤 (untra-filtration, UF) 反渗透 (reverse osmosis, RO) 透析 (Dialysis, DS) 电透析 (electro-dialysis, ED) 纳米膜分离 (Selective, RO) 亲和过滤 (affinity filtration, AF) 渗透气化 (pervaporation, PV) 膜分离技术的类型 膜分离法与物质大小的关系。 4.1 各种膜分离法及其原理 4.1.1 反渗透 4.1.2 超滤和微滤 4.1.3 透析 4.1.4 电渗析 4.1.5 渗透气化 4.1.1 反渗透 (RO) 渗透现象 当B侧与A侧之间的压差等于渗透压时，膜两侧的化学势相等，达到平衡 4.1.1 反渗透(RO) 渗透压差 条件：极稀溶液。 v1为溶剂水的摩尔体积(m3/mol)；aA和aB分别为A、B两侧溶剂的活度； 当A为纯水，aA=1 为B的渗透压 如果溶液B为稀溶液 4.1.1 反渗透(RO) 根据不可逆过程热力学原理，非离子型溶剂的摩尔通量N1和化学位梯度成正比 在膜厚度 方向上化学位的变化速率为 4.1.1 反渗透(RO) 溶剂的质量通量J1 溶剂的体积通量（稀溶液） 4.1.1 反渗透(RO) 浓差是溶质传质的主要推动力 溶质的摩尔通量N2 与 成正比 4.1.1 反渗透(RO) 溶质的质量通量 4.1.1 反渗透(RO) 透过液溶质浓度(c2p)方程： ?? 为膜两侧的渗透压差; ?c2 为溶质在膜两侧浓度差； ?p 为膜两侧压力差 J2 溶质的质量通量 JV 溶剂的体积通量 LP 溶剂的透过系数 ω 溶质的透过系数 意义： A、膜的选择性。 B、压力的选择性。压力越高，透过液中溶质的浓度越低。因此，提高反渗透的压力有利于实现溶质的高度浓缩，或提高海水淡化质量。 4.1.1 反渗透(RO) 以上表达式较适用于无机盐的反渗透过程，对于有机溶质，可以用下面的表达式 理想反射，膜对溶质的截留作用最强，与溶解-扩散模型推导结果一致 溶剂透过通量不受渗透压影响，与压差成正比 4.1.1 反渗透(RO) 应用： A、海水淡化， B、超纯水制备， C、抗生素和氨