文档介绍：第三章反渗透技术及应用
一、反渗透基本原理
在高于溶液渗透压的压力推动下,使溶剂渗透通过半透
膜,达到溶剂和溶质分离的过程。
在1~10 MPa
”
反渗透分离示意图
1 10 MPa压力作用下,溶液中的水透过膜,溶
液中有机物及无机盐全被截留住。“膜孔径”为 ~ 1
纳米。
水分子
离子
大分子
颗粒与胶体
二、反渗透机理
(1) 优先吸附—毛细孔流理论
当水溶液与亲水膜接触时,膜表面的水被吸附、溶
质被排斥,因而在膜表面形成一层纯水层,这层水在
外加压力作用下进入膜表面的毛细孔,并通过毛细孔
而流出。
(2) 溶解扩散模型
膜是非多孔性的,溶剂与溶质透过膜的过程分为以下三步
①渗透物在膜的料液侧表面处吸附和溶解;
②渗透物在化学位差的推动下,以分子扩散通过;
③渗透物在膜的透过侧表面解析。
(3)氢键理论
能和膜形成氢键的离子或分子与醋酸纤维素的氧原子形
成结合水,在压力作用下,结合水的氢键被断开,水分子
被解离出来并随之转移到下一个活化点形成新的氢键,通
过一连串的氢键形成与断开,水分子离开膜的表面致密层
进入膜的多孔层,多孔层含有大量的毛细管水,水分子畅
通地流到膜的另一侧。
三、影响反渗透膜渗透通量的因素
1. 浓差极化
在反渗透过程中,大部分溶质被截流,溶质将在膜
表面附近积累,在膜表面形成一层有浓度梯度的浓度
边界层。
溶质在膜表面的浓度高于溶液主体的浓度的现象称
为浓差极化。
浓差极化对反渗透过程是不利的,但他又是不可避
免的,重要的是要了解其产生的机理,以便采取措施。
减小浓差极化的主要途径:
①提高料液流速。流速增加,浓度边界
层减薄,传质系数增大,可使浓差极
化减小。但是流速大能耗大。
②在料液流道内设置湍流促进器。在同
样流速下提高传质系数。
③提高温度。可使溶质的扩散系数增大。
2. 影响渗透通量的主要因素
①操作压差压差是反渗透过程的推动力,压差越大渗透通
量越大,但压差增大浓差极化比增大,膜表面处溶液渗透
压增高,有效压差并不能按比例增大。
一般反渗透操作压差为 2~10MPa
②温度温度升高,纯水透过常数增大,浓差极化减小,
有效压差增大,渗透通量增大。但温度升高受膜的耐温性
限制。
③料液流速流速大,传质系数大,浓差极化小,渗透通
量大。
④料液浓缩程度也可表示为水的回收率。回收率高,但
是浓缩程度高,料液浓度高渗透压高,渗透通量小。料液
浓度高还会引起膜污染加剧。
⑤膜材料与结构是决定膜渗透通量的基本因素,研制性
能好的膜材料和制膜工艺,是反渗透研究的主要方向。
四、反渗透的应用
一、海水脱盐
反渗透装置已成功地应用于海水脱盐,
并达到饮用级的质量。但海水脱盐成本较
高,目前主要用于特别缺水的中东产油国。
目前,在天津、山东长岛以及浙江等地已
经建立了反渗透海水淡化示范工程,取得
了良好的效果。
二、苦咸水淡化
苦咸水通常是指含盐量在 1500 ~
5000mg/L的天然水、地表水和自流井水。
反渗透膜法处理苦咸水发展迅速,已用于
向居民区提供饮用水。1990年海水淡化为
总造水量的10%~20%,而苦咸水、废水处
理占80%以上。因此,研究、开发苦咸水
淡化用膜及其组件,特别是低压、高通量
膜的开发是反渗透的研究方向之一。