第3节 扩散渗析

主讲人：冷文鹏 PPT制作：冷文鹏、蒋宗宏
资料收集：焦鸿翔、刘舒怡
目标定位
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01
PART
扩散渗析法简介
扩散渗析法定义
渗析法 ，是指利用油或其
他液体从润滑脂中析出的 现象分离物质的一种方法。 在工业以及科研当中是一 种常用的提取方法。
扩散渗析的原理
1.离子交换膜两侧溶 液的浓度差
细胞的质壁分 离现象与复原 细胞中氧气和 二氧化碳的自 由扩散现象
• 可以简单快速测试离子交换膜的渗析系数 和分离因子，便于对扩散渗析过程进行理 论研究
板框式扩散渗析组件
螺旋卷式扩散渗析组件
目的
为了克服板 框式扩散渗 析组件体积 庞大、不方 便运输、传 质不充分等 缺点而应运 而生的。
特点
主要特点是 结构紧凑装 填密度高、 传质效率高、 单位膜面积 处理量大、 易于与其它 设备集成等。
用电渗析法进行海水淡化
用电渗析法进行海水淡化
01 海水 02 海水泵 03 无阀滤池 04 海水池
05 水泵
06 纤维布 过滤池
07 电渗析器 10 成品水池 11 脱硼装置
12 饮用水
阳离子交换膜的应用
阴离子交换膜的应用
扩散渗析组件
第一种是实验室研究所用的静态扩 散渗析池
第二种是板框式扩散渗析组件
第三种是螺旋卷式扩散渗析组件
实验室研究所用的静态扩散渗析池
结构 方向 用途
• 通常由有机玻璃制备，分为两个隔室 (一个渗析室，一个扩散室)，两个隔 室之间用离子交换膜隔开
• 该装置主要是用于实验室研究
在电场作用下进 行渗析时，溶液 中的带电的溶质 粒子通过膜而迁 移的现象称为电
渗析。
用于酸碱回收、 电镀废液处理 以及从工业废 水中回收有用 物质

扩散渗析的工作原理和应用扩散渗析是一种在化学工程中常用的分离技术，通过利用物质在不同相中的扩散性质，实现两个相之间的物质传递。

它的工作原理可以用扩散速率方程和质量守恒方程来描述，其应用广泛，包括离子交换、分离纯化、生物技术等领域。

J=-D*(∂C/∂x)其中，J表示溶质的扩散通量，D是溶质在溶剂中的扩散系数，∂C/∂x表示溶液浓度梯度。

这个方程表示在溶解性和扩散性质相同的条件下，高浓度部分的溶质会自发地从高浓度区域向低浓度区域扩散。

在扩散渗析过程中，通常会有两个相，比如气-液、液-液或固-液。

通过不同相中的溶液与溶剂之间的自发扩散，可以实现物质的分离和传递。

扩散渗析的核心目标是在不同相中实现溶质的传递，使得溶质在两相中的浓度平衡，达到最终的分离目的。

1.离子交换：扩散渗析可以应用于离子交换过程中，用来分离目标离子。

通过合适的选择离子交换树脂和溶液条件，可以实现目标离子的富集和提取。

这在纯化水和工业废水处理中都非常常见。

2.萃取分离：扩散渗析也可以用于物理萃取分离过程中。

在两个不同液相之间，通过扩散渗析实现溶质的传递，并且可以基于差异性实现目标组分的分离纯化。

3.生物技术：扩散渗析在生物技术中也有广泛应用。

例如，在蛋白质纯化中，可以通过选择性吸附或吸附-解吸的方式实现目标蛋白质的纯化。

通过使用合适的吸附剂和调节相间的质量传递，可以实现蛋白质的富集和分离。

4.膜分离：扩散渗析也可以应用于膜分离过程中。

在膜分离中，通过选择合适的膜材料和膜结构，可以实现目标组分的选择性传输。

扩散渗析是膜分离过程中的一种重要手段，可以实现溶质在膜内部的传递，从而实现物质的分离。

总之，扩散渗析是一种重要的分离技术，通过利用物质在不同相中的扩散性质，实现两个相之间的物质传递。

其工作原理涉及质量守恒和扩散速率方程，应用广泛，包括离子交换、分离纯化、生物技术等领域。

在不同的应用中，我们可以根据具体情况选择适合的操作条件和方法，以实现目标物质的富集和分离。

pH of the cathode electrolyte solution of electrodialysis was 2.50, the flow rate of electrodialysis was 0.06 L/h, and the cell voltage of
electrodialysis was 10V. Under the conditions, the results of experiments on HCl pickling wastewater demonstrated that the HCl recovery
环境保护与循环经济
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限公司，精度为±0.01；PL203 型分析天平，北京赛多 利斯仪器系统有限公司，精度为±0.01 g；LZB-2F 玻 璃转子流量计，余姚市银环流量仪表有限公司，精度 为±0.01 mL/min；722E 型可见分光光度计，上海光谱 仪器有限公司，精度为±0.001；DF120 型均相阴离子 交换膜，山东天维膜技术有限公司。膜的性能指标见 表 1。
表 1 阴离子交换膜性能指标
型号
含水 交换容量/ 膜面电阻/ 离子迁 膜厚/ 爆破强 率（/ %）［mo·l kg-（1 干）］（Ω·cm-2） 移数 mm 度/MPa
DF120 42
1.82
2.7（25℃） 0.981 0.25 >0.9
2.2 试验装置 扩散渗析和电渗析器均用有机玻璃制成，有效容
回收 HCl 浓度 /（mol·L-1） HCl 回收率 /（%）
出水中 Fe2+ 浓度 /（mg·L-1） 铁回收率 /（%）
100
500
100
0.3 ■
▲ ▲▲ ▲
▲

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中空纤维式
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三、应用 1.苦咸水、海水淡化： 世界上最大的海水反渗透淡化装置为20万吨/ 日，能耗比电渗析低，为1.45 kwh/t， 电渗 析为5kwh/t
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2.饮用水处理新工艺: MF---UF---NF 家用净水器（活性炭－MF） 3.纯水制备: UF-RO
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4.废水深度处理： •二级生物处理出水--MF--RO •美国加州21世纪水处理回用厂，就是将二 级生物处理出水，经一定的预处理后经反 渗透处理后回灌地下水。 •膜-生物反应器
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膜 对
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隔板甲和隔板乙连接的配水孔与流水道的布 水槽位置不同。
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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
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基本组装方式
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四、电流效率与极限电流密度 1．电流效率 η＝实际去除的盐量m1/理论去除量m2 ×100％ m1＝q(C1-C2) t MB /1000 q：一个淡室的出水量, L/s C1，C2：进出水含盐量, mmol/L t：通电时间, s MB：物质的摩尔质量, g/mol 依据法拉第定律：m2=I t MB/F F：法拉第常数；I：电流强度，A
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处理生活污水出水水质
50 Concentration (mg/L) 40 30 20 10 0 COD BOD SS NH3-N E.Coli Membrane effluent Standard
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5.工业废水处理： •回收有用物质：涂料、羊毛脂、染料、 纸浆等——UF •处理重金属废水，回收重金属：如处理 镀镍废水，镍回收率可达99％——RO