文档介绍：第四章 反渗透过程
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反渗透(Reverse Osmosis)是最早工业化的膜分离过程之一，在压力的推动下，液体混合物中的溶剂(如水)和溶质以不同的速率透过膜，在膜的透过侧得到比较纯净的溶剂，而在膜的进料侧得到浓缩
1. 当膜两侧的静压差等于渗透压差时，膜两侧的化学位相等，则系统处于平衡状态，如图4-2(a)、(c)。
2. 当膜两侧的静压差小于渗透压差时，稀溶液一侧的化学位高，则溶剂将从稀溶液侧透过膜进入浓溶液侧，即发生渗透，如图4-2(b)。
3. 当膜两侧的静压差大于渗透压差时，如图4-2(d)，浓溶液的化学位高， 则溶剂将从浓溶液侧透过膜进入稀溶液侧，这就发生反渗透。
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从上面的说明可知反渗透过程必须满足二个条件：
一是有选择透过性的膜；
二是操作压力差必须高于溶液的渗透压差。
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描述反渗透过程的机理模型
反渗透过程主要应用于从海水或苦咸水中脱盐制淡水， 理想的脱盐反渗透膜应该是不妨碍水的透过，而溶解的盐完全不能透过。但实际上，水和盐均能透过膜，只不过是透过的速度不同而已。
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有许多模型来描述反渗透过程，主要可以分三类：
微孔类模型
溶解—扩散理论
孔隙开闭学说
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微孔类模型
氢键理论
筛分效应学说
优先选择吸附—毛细孔流机制
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氢键理论
氢键理论亦称孔穴式与有序式扩散(hole-type and alignment - type diffusion)，该理论主要用于描述醋酸纤维膜的反渗透过程，认为当水进入醋酸纤维膜的非结晶部分后，同羧基上的氧原子形成氢键，成为结合水， 这种结合水的结合强度取决于膜内的孔径，孔径越小结合越牢。
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筛分效应学说
该学说认为反渗透也和一般的过滤一样， 主要是靠筛分效应把盐同水分开的，即由于膜内孔径比水分子大，但比水合后的离子小，从而水分子可以透过膜， 而盐不能，使盐水得以分离。图4-4为实验值(·)与该理论值(线)的比较， 这说明该学说还是能较好地描述反渗透过程。一般认为在反渗透过程中筛分效应起一定程度的作用。
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优先选择吸附—毛细孔流机制
优先选择吸附—毛细孔流机制(Preferential Sorption—Capillary flow mechamism)是由Souirajan提出的，根据Gibbs吸附方程， 认为由于膜的化学性质( 亲水性)使之对溶液中的溶质具有排斥作用，结果使靠近膜表面的溶质的浓度梯度急剧下降，而在膜的表面上吸附了一层纯水层，如图4-5(a)所示， 这一纯水层在压力的作用下，不断从膜的毛细孔中渗出，如图4-5(b)所示。
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若纯水层的厚度为δw，则根据该机制， 膜孔径的大小最好为纯水层厚度δw的2倍，称之临界直径。如果孔径大于2δw，则在微孔的中心将出现一个直径为(孔径-2δw)的溶液流，使溶质也从孔中透过膜，导致脱盐率下降；反之， 如果孔径小于2δw，虽选择性好，但膜的渗透性能下降。
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纯水层的厚度与界面性质有较大关系，大约一到两个分子层的厚度，可用下式计算。
(4-5)
式中:δw—纯水层的厚度
a'—溶液中盐的活度系数
σ0—溶液的表面张力
mo—溶液的重量摩尔浓度
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溶解—扩散理论
溶解-扩散理论(Solution-diffusionmodel)，首先是由Lonsdale、Merten和Riley提出的，是目前被普遍接受的。该理论与上面讨论的微孔类模型不同，认为膜是一种完全致密的界面，水和溶质通过膜是分两步完成的， 第一步是水和溶质被吸附溶解于膜表面，第二步是水和溶质在膜中扩散传递，最终透过膜。
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在溶解—扩散过程中，扩散是控制步骤，假设它服从Fick定律， 则可推导出 透水率 Fw为:
(4-6)
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式中：Fw—透水速率，克/厘米2·秒；
Dw—水在膜中的扩散系数，厘米2/秒；
Cw—水在膜中的浓度，克/厘米3；
Vw—水的偏摩尔体积，厘米3/摩尔；
Δp—膜两侧的压力差，大气压；
Δл—膜两侧溶液的渗透压差，大气压；
R—气体常数，厘米3·大气压/摩尔·K；
T—开氏温度，K