文档介绍：第九章膜分离
概述
电渗析
反渗透
超滤
第一节概述
膜分离法: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
常用膜分离方法:电渗析、反渗透、超滤
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,同膜的传质过程的物理化学条件,以及膜与分离物之间的作用有关。
各种膜分离法的特征和它们之间的区别
①膜分离过程不发生相变,因此能量转化高.
②膜分离过程在常温下进行,特别适用于对热敏性物料,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,以控制、维修,且分离效率高
第二节电渗析
一、电渗析原理与过程
原理:阴阳离子交换膜对溶液中阴阳离子的选择透过性,而使溶液中的溶质与水分离的一种物理化学过程。
阴膜只让阴离子穿过;阳膜只让阳离子穿过
电极两侧会发生氧化还原反应
阴极还原反应 2H++2 e→H2↑阴极室溶液呈碱性
阳极氧化反应 4OH-→O2+2H2O+4e 阳极室溶液呈酸性
电渗析分离原理图
①反离子的迁移
交换膜不可能100%的选择性,有少量与离子交换膜解离离子电荷相反离子透过膜,阳通过阴,阴通过阳
次要过程
②电解质浓差扩散
膜两侧溶液浓度不同,在浓度差作用下,电解质由浓室向淡室扩散
③水的渗透
水的渗透压作用,水由淡水室向浓水室渗透
④水的电渗透
水合离子,其迁移过程必然携带一定数量的水分子迁移
⑤水的压渗--两侧压力差造成
⑥水的电离
电流密度与液体流速不匹配,电解质离子未能及时补充到膜的表面,而造成膜的淡水侧发生水的电离。
主要过程对电渗析有利,次要过程不利;设计中设法消除不利影响
二、离子交换膜
离子交换膜—非离子交换树脂(与离子发生反应)
离子交换膜:母体+活性基团
并非与水中离子发生交换反应,而是让离子选择性透过
1、离子交换膜的分类
(1)按膜体结构分类
异相膜-将离子交换树脂磨成粉末,加入粘合剂(如聚苯乙烯等)滚压在纤维网上,也有直接滚压成膜。
优点:制造容易,机械强度高;缺点:选择性差/膜电阻大,使用中容易污染
半均相膜:成膜材料与活性基团混合得十分均匀,但它们之间没有化学结构,
均相膜:它是将制造离子交换树脂的母体材料制成连续的膜状物,作为底膜,在上面嵌接上具有交换能力的活性基团。膜中材料与活性基团发生化学结合,组成均匀,具有优良电化学性能和物理性能。
(2)按活性基团分类
阳离子交换膜--带有阳离子交换基团,它能选择性透过阳离子而不让阴离子透过。分强酸性和弱酸性阳膜
活性基团:-SO3H、-PO3H2-、-OPO3H、-COOH、-C6H4OH等
阴离子交换膜—膜体中含有带正电荷的碱性活性基团,它能选择性透过阴离子而不让阳离子透过。分强碱性和弱碱性
季***基、伯***基、仲***基、叔***基
特种膜:包括两极膜、***膜、表面涂层膜具有特殊性能的离子交换膜。
(3)按材料性质分
有机离子交换膜
各种高分子合成的膜
无机离子交换膜
无机材料制成,热稳定性好、抗氧化、耐辐照及成本低廉,磷酸锆、矾酸铝
交换容量:一定量的膜样品中所含活性基团数
含水率:表示湿膜中所含水的百分数;
破裂强度:衡量膜的机械强度的指标,表示膜在实际使用时所能承受的垂直方向的最大压力。
厚度:与膜电阻和机械强度有关
导电性:依靠其中含有的电解质溶液而导电
离子在膜中的迁移数大于在溶液中的迁移数!
如:在NaCl稀溶液:
而在阳膜中:
选择透过性与膜电位: 膜对离子选择透过性的优劣,用离子在膜中的迁移数和膜的选择透过度来表示。
在直流电场中,电解质溶液中阳阴离子定向迁移共同传递电量,而在膜中只允许一种离子透过来传递电量。通常把某种离子传递的电量与总电量之比称为该离子的迁移数(ti)
膜的选择透过度Pi定义为i离子在膜中迁移数的增加值与该离子在理想膜中的迁移数的增加值之比