渗透与膜分离技术_论文

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1、渗透与膜分离技术摘要：解释溶液的渗透现象及渗透圧力，综述了膜分离技术的发展历史、技术特点、工艺原理与流程、应用领域、行业应用。膜分离技术作为一种能耗低、设备简单、操作方便和分离性能好的分离技术，正H益受到广泛的关注。关键词：渗透压力膜分离技术行业应用工艺流程问题与措施引言目前膜分离技术被公认为20世纪末至21世纪中期最有发展前途的高科技之一扩散定理、膜的渗析现象、渗透压原理、膜电势等一系列研究为膜技术的发展打下了坚实的理论基础。膜分离技术是一种新型高效的分离技术，是对非均相休系中不同组分进行分离、纯化与浓缩的一门新兴的边缘

2、交叉学科。它具有过程不发生相变及副反应、无二次污染、分离效率高、过滤过程简单、易于控制、操作条件温和、能耗低、节能等优点，且有分离、浓缩、纯化和精制的功能，是缓解资源短缺、能源危机和治理环境污染的重要措施，因而得到世界各国普遍重视，并在海水淡化、印染、环保、食品、医药、生物、化工、冶金、能源、石油、水处理、电子、仿生等领域得到了广泛应用，产生了巨大的经济效益和社会效益，已成为当今分离科学屮最重要的手段之一。1渗透1・1渗透现象若用一种只允许溶剂（如水）分子透过而溶质（如蔗糖）分子不能透过的半透膜把溶液和纯溶剂隔开，由于膜两

3、侧单位体积内溶剂分了数不等，因此在单位时间内由纯溶剂进入溶液中的溶剂分了数要比出溶液进入纯溶剂的多，其结果溶液一侧的液面升高一这称为渗透现象。溶液液面升高后，静水压增大，驱使溶液屮的溶剂分子加速通过半透膜，当静水压增大到一定值后，单位时间内从膜两侧透过的溶剂分子数相等，溶液液面停止升高，达到动态渗透平衡。半透膜的存在和膜两侧单位体积内溶剂分子数不相等是产生渗透现象的两个必要条件。净渗透的方向总是溶剂分子从纯溶剂一方往溶液-方；若半透膜隔开的是浓度不等的两个非电解质溶液，净渗透方向则是溶剂分子从稀溶液一方往浓溶液一方进行，从

4、而缩小膜两边的浓度差。1.2渗透压力为了使渗透现象不发生，必须在溶液面上施加一超额的压力。国家标准规定:为维持只允许溶剂通过的膜所隔开的溶液与溶剂之间的渗透平衡而需要的超额压力等于溶液的渗透压力。其单位为Pa或kPa。若半透膜隔开的是浓度不等的两个非电解质溶液，为了防止渗透现象发生,在浓溶液液面上施加的超额压力，并不等于任一溶液的渗透压力，它仅仅是两溶液渗透压力Z差。若选用一种髙强度且耐高压的半透膜把纯溶剂和溶液隔开，此时如在溶液上施加的外压大于渗透压力，则溶液屮将有更多的溶剂分子通过半透膜进入溶剂一侧。这种使渗透现象逆向

5、进行的过程称为反向渗透。2膜分离技术2.1膜分离过程与膜分离技术2.1.1膜分离技术膜分离技术是指在分子水平上不同粒径分子的混合物在通过半透膜时，实现选择性分离的技术。半透膜又称分离膜或滤膜，膜壁布满小孔，根据孔径大小可以分为：微滤膜（MF）、超滤膜（UF）、纳滤膜（NF）、反渗透膜（R0）等，膜分离都采用错流过滤方式。根据材料的不同，可分为无机膜和有机膜一无机膜主要是陶瓷膜和金属膜，其过滤精度较低，选择性较小；有机膜是由高分子材料做成的，如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚储飒、聚氟聚合物等等。2.1.2膜分离过程的特点及分离

6、原理膜分离过程是以选择性透过膜为分离介质当膜两侧存在某种推动力（如压力差、浓度差、电位差、温度差等）时，原料侧组分选择性地透过膜，以达到分离、提纯的冃的。不同的膜过程使用不同的膜，推动力也不同。H前已经工业化应用的膜分离过程有微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）、反渗透（R0）、渗析（D）、电渗析（ED）、气体分离（GS）、渗透汽化（PV）、乳化液膜（ELM）、膜生物反应器（MBR）等。典型膜分离过程的特点及分离原理⑵过程透过组分截留组分推动力传递机理膜类型微滤MF溶液、气体0.02-10um粒子用力差约lOOkPa筛

7、分多孔膜超滤UF小分子溶液10-200A大分子溶质压力差100-1000kPa筛分非对称膜纳滤NF溶剂、低价小分子溶质lnm以上溶压力差溶解扩散非对称膜或复质500-1500kPaDonnan效应合膜反渗透R0溶剂，可被电渗析截留组分1-10A小分子溶质压力差1000-10000kPa优先吸附毛细管流动，溶解扩散非对称膜或复合膜渗析I）小分子溶质或较小的溶质>0.02um截留浓度差筛分微孔膜内的受阻扩散非对称膜或离子交换膜电渗析ED小离了组分血液渗析中>0.005um截留同名离子、大离子和水电位差Donnan排斥机理离子交

8、换膜气体分离GS气体、较小组分或膜中易溶组分气休、较小组分或膜屮易溶组分压力差1000-10000kPa,浓度差（分丿衣差）溶解-扩散分子筛分努森扩散均质膜、复合膜、非对称膜、多孔膜渗透气化PVAP挥发性液体混介物分离膜内易溶解组分或易挥发组分分压并浓度差溶解-扩散均质膜、复合膜、非对称膜乳化液膜（倣t