第十一章 膜分离技术基础详解
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第九章膜分离第一节概述膜分离法是利用特殊的薄膜对液体中的某些成分进行选择性透过的方法的统称。
溶剂透过膜的过程称为渗透,溶质透过膜的过程称为渗析。
常用的膜分离方法有电渗析、反渗透、超滤,其次是自然渗析和液膜技术。
近年来,膜分离技术发展很快,在水和废水处理、化工、医疗、轻工、生化等领域得到大量应用。
膜分离的作用机理往往用膜孔径的大小为模型来解释,实质上,它是由分离物质间的作用引起的,同膜传质过程的物理化学条件,以及膜与分离物质间的作用有关。
根据膜的种类、功能和过程推动力的不同,各种膜分离法的特征和它们之间的区别如表9-1所示。
①膜分离过程不发生相变,因此能量转化的效率高。
例如在现在的各种海水淡化方法中,反渗透法能耗最低。
②膜分离过程在常温下进行,因而特别适于对热敏性物料,如对果汁、酶、药物等的分离、分级和浓缩。
③装置简单,操作容易,易控制、维修,且分离效率高。
作为一种新型的水处理方法,与常规水处理方法相比,具有占地面积小、适用范围广、处理效率高等特点。
第二节电渗析一、电渗析原理与过程电渗析是在直流电场的作用下,利用阴、阳离子交换膜对溶液中阴、阳离子的选择透过性(即阳膜只允许阳离子通过,阳膜只允许阴离子通过),而使溶液中的溶质与水分离的一种物理化学过程。
电渗析系统由一系列阴、阳膜交替排列于两电极之间组成许多由膜隔开的小水室,如图9-1所示。
当原水进入这些小室时,在直流电场的作用下,溶液中的离子作定向迁移。
阳离子向阴极迁移,阴离子向阳极迁移。
但由于离子交换膜具有选择透过性,结果使一些小室离子浓度降低而成为淡水室,与淡水室相邻的小室则因富集了大量离子而成为浓水室。
从淡水室和浓水室分别得到淡水和浓水。
原水中的离子得到了分离和浓缩,水便得到了净化。
在电渗析过程中,除了上述离子电迁移和电极反应两主要过程以外,同时还发生一系列次要过程,如下所述。
(1)反离子的迁移因为离子交换膜的选择性不可能达到100%,所以也有少量与离干交换膜解离离子电荷相反的离子透过膜,即阴离子透过阳膜,阳离子透过阴膜。