北京大学李克安教授化学课件8.pptx

几种膜分离方法
以压力差为动力的液相用膜分离方法(有三种):
反渗透:分离溶剂分子与溶质分子的方法
新型膜分离技术,近二十年来取得很大进展:1953—1960发明,首次用于海水淡化,与蒸馏法相比显示出它的优越性。
已用于世界上最大的海水淡化厂,沙特的捷达厂,56800m3/d
,渗透压
一种只能通过溶剂,而不能通过溶质的膜即为理想的半透膜。
在一种容器中间设置半透膜,一边加入溶液,一边加入溶剂,此时溶剂自发的穿过半透膜向溶液扩散,这叫作渗透,这个过程使得溶液液面升高,当高压(H)达到一定程度,抵消了溶剂向溶液流动的趋势,即达到平衡。H称为溶液的渗透压π。若在溶液液面加一个大于π的压力P时,溶液中的溶剂将向相反的方向流动,即从溶液中向溶剂中流动,这就是“反渗透”(reverse Osmosis)。
基于此原理建立浓缩和纯化的方法,叫反渗透工艺。
渗透压的大小取决于溶液的种类,浓度和温度。一种溶液的渗透压可根据范托夫公式计算:
(atm)
i——范托夫系数,电解质完全离解时,其值等于1mol物质解离的
阴阳离子总数(mol);
Ci——溶液中溶质的摩尔浓度
T——绝对温度
如: NaCl溶液在25℃时的渗透压:
这是一种近似的计算方法,一般溶液中不是一种溶质,渗透压力计算有其它方法,也可以从手册上查出。
反渗透是渗透的一种反向迁移,在压力推动下,借助半透膜的截留作用,迫使溶液中的溶剂与溶质分开。溶液浓度越高,π值越大,反渗透过程中施加压力,必须远大于π值,一般为几倍到近十倍。

这是反渗透膜的心脏部分
现在成熟的得到工业化应用的是乙酸纤维膜和芳香聚酰***膜。
乙酸纤维素膜是一种由纤维素与乙酸酐(40%)乙酰化而得到的膜材料
制法:
(1)将含有一定乙酰值的乙酸纤维按比例加溶剂和添加剂充分混
合配成浇注液(纤维素,***,Mg(ClO4)2,甲酰***等)
(2)倒入模具,压模,贴在板上
(3)蒸发:溶剂蒸发
(4)冷浸:水种冷浸1 h,凝胶成型
(5)热处理:热水中处理1 h,备用。
芳香聚酰***膜:
由间苯基二乙***与***化异苯二酰***缩聚而成
溶于DMF中:聚合物 15%
DMF 80%
LiNO3 %
溶解过滤:浇注成膜,105°C下蒸发。脱盐可达99%。
复合膜:
二层膜中间夹一层多孔支撑层。
最大优点:抗压密性较高和透水率较大,脱盐率一般比非复合膜高50-100%。
三乙酸纤维复合膜:
70kg压力下,脱盐率>99%,透水率大
聚脲薄膜复合体:70kg/m2 1000 h运转, 脱盐率>99%
透水率高达 - cm3/cm2•h
最新的聚酰***薄膜复合体PEC-100,脱盐率~%。
:
透水率:也叫水通量。即单位时间内,单位膜面积通过水量以FW表示。它与膜的物理特性及化学条件有关。
在固定条件下:
为两侧压力差;为两侧溶液渗透压差,可忽略。A为水渗透系数。
(压力差)
(简化式, 一般高压下)
如乙酸纤维素膜
芳香聚酰***:透水率:
透盐率: ,盐透过膜的速度,不会一点不通过,通过的愈少愈好。
脱盐率常用
:
是溶质与溶剂分离
常用的氢键理论:也叫孔穴式,或有序式扩散。
对乙酸纤维素膜的模型:认为当水进入膜的非结晶部位后,由于和羟基的氧原子生成氢键作用成结合水,结合水把孔径占满使不与膜生成氢键的溶质不能通过,而能与膜生成氢键的水可以有序扩散通过。
也有认为水合离子大不能通过膜的水合孔,而达到分离。
:
(1)海水淡化,脱盐率99%
透水率:
一年后下降50%
装置:板框式
进一步改进成管式组件:
(2)浓缩:糖汁脱水
除1000吨水经费(英磅)
合计 229
(3)电镀废液回收重金属
对高价重金属有良好去除效果
超过滤
:反渗透,超过滤,微孔过滤。
这三种方法可形象的用筛分理论描述,即膜表面有无数微孔,截留住分子直径大于孔径的溶质和颗粒从而达到分离的目的。
截留的分子大小不同,有不同三种方法:溶液中不同物质可分为
溶剂反渗透
小分子超过滤
大分子微孔过滤
微粒过滤
通常截留分子量500以上物质即可用超过滤。