反滲透原理及反滲透膜的特點(diǎn)

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反滲透原理及反滲透膜的特點(diǎn)

[db:作者] / 2023-02-08 00:00

反滲透原理及反滲透膜的特點(diǎn)

滲透是自然界一種常見的現(xiàn)象。人類很早以前就已經(jīng)自覺或不自覺地使用滲透或反滲透分離物質(zhì)。目前，反滲透技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為一種普遍使用的現(xiàn)代分離技術(shù)。在海水和苦咸水的脫鹽淡化、超純水制備、廢水處理等方面，反滲透技術(shù)有其他方法不可比擬的優(yōu)勢(shì)。滲透和反滲透的原理如圖10-27所示。如果用一張只能透過水而不能透過溶質(zhì)的半透膜將兩種不同濃度的水溶液隔開，水會(huì)自然地透過半透膜滲透從低濃度水溶液向高濃度水溶液一側(cè)遷移，這一現(xiàn)象稱滲透[圖10-27(a)]。這一過程的推動(dòng)力是低濃度溶液中水的化學(xué)位與高濃度溶液中水的化學(xué)位之差，表現(xiàn)為水的滲透壓。隨著水的滲透，高濃度水溶液一側(cè)的液面升高，壓力增大。當(dāng)液面升高至H時(shí)，滲透達(dá)到平衡，兩側(cè)的壓力差就稱為滲透壓[圖10-27(b)]。滲透過程達(dá)到平衡后，水不再有滲透，滲透通量為零。

如果在高濃度水溶液一側(cè)加壓，使高濃度水溶液側(cè)與低濃度水溶液側(cè)的壓差大于滲透壓，則高濃度水溶液中的水將通過半透膜流向低濃度水溶液側(cè)，這一過程就稱為反滲透[圖10-27(c)]。反滲透技術(shù)所分離的物質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量一般小于500，操作壓力為2～100MPa。

圖10-27 滲透與反滲透原理示意

用于實(shí)施反滲透操作的膜為反滲透膜。反滲透膜大部分為不對(duì)稱膜，孔徑小于0.5nm，可截留溶質(zhì)分子。膜材料的物理化學(xué)性能決定了由其制備的反滲透膜的大部分性能。幾十年來(lái)，醋酸纖維素在膜材料中占有十分重要的地位，主要原因是它資源無(wú)窮無(wú)盡，且無(wú)毒，耐氯，價(jià)格便宜，制膜工藝簡(jiǎn)單，便于工業(yè)化。此外制得的膜用途廣。水滲透率高，截留率也好。盡管有眾多優(yōu)點(diǎn)，但醋酸纖維膜抗氧化能力差，易水解，易壓密，抗微生物性能較弱等，限制了它的應(yīng)用范圍。人們?cè)_發(fā)出了多種膜材料，以適用于不同的目的。制備反滲透膜的材料主要有醋酸纖維素、芳香族聚酰胺、聚苯并咪唑、磺化聚苯醚、聚芳砜、聚醚酮、聚芳醚酮、聚四氟乙烯等，表10-8是幾種主要的膜材料及其結(jié)構(gòu)式。

表10-8 用于反滲透膜的主要高分子材料

目前，實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用的反滲透膜分為三類：高壓海水脫鹽用反滲透膜;低壓苦咸水脫鹽用反滲透膜;超低壓反滲透(LPRO)膜。用于海水脫鹽的反滲透膜主要有五種：三醋酸纖維素的細(xì)中空纖維膜、直鏈全芳族聚酰胺細(xì)中空纖維膜、交聯(lián)全芳族聚酰胺型薄層復(fù)合膜、芳香烷基聚醚脲型薄層復(fù)合膜及交鏈的聚醚薄層復(fù)合膜。反滲透膜的分離機(jī)理至今尚有許多爭(zhēng)論，主要有氫鍵理論、選擇吸附-毛細(xì)管流動(dòng)理論、溶解擴(kuò)散理論等。

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