《渗析与电渗析》PPT课件

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1、第六章渗析与电渗析渗析电渗析渗析与电渗析的应用电渗析过程的研究方向6.1渗析引言渗析的原理渗析膜及其材质渗析过程的传质机理6.1.1引言渗析(Dialysis)过程是溶质分子借扩散作用透过膜，由浓溶液向稀溶液方向传递的过程，同时在反方向上还发生溶剂分子透过膜的扩散。渗析过程是最早被发现和利用的膜分离过程。但是由于浓度差是渗析过程唯一的推动力，所以渗析过程往往受体系本身条件的限制，处理速度较慢，选择性较差，难以对物系进行较完全的分离，使之在工业中的应用受到限制。渗析过程逐渐被超滤所代替，应用领域在不断缩小。渗

2、析过程在某些方面的应用中仍是一种有效的膜分离过程，原因在于它本身的一些特点:等温、等压的条件下操作，接近于生物体内的膜分离过程；设备和装置较其它膜分离过程简单；处理一些高浓度蛋白质溶液时(百分之几以上)，于浓差极化的原因，应用超滤过程较困难，此时应用渗析过程就比较适宜。渗析过程最典型、最多的应用是血液透析（人工肾），用于从肾衰竭或尿毒症患者的血液中脱除尿素、尿酸，肌肝酸和其它蛋白代谢物，缓解病情。据报道，目前全世界用于血液透析的总膜面积高达35×107m2，通过该过程净化的血液每年25亿升，在日本接受血液透

3、析的患者已超过8万人。6.1.2渗析的原理（溶剂+扩散物质）渗出液膜AB溶剂原液溶质6.1.3渗析膜及其材质用于扩散渗析的高分子膜主要可分为荷电膜和非荷电膜，它可以是多孔的也可以是均质的。评价膜的参数一般包括透过性(溶质和水的透过性)、机械强度、生物适应性、有无溶出物及灭菌难易等。对渗析膜的要求就是要有良好的生物相溶性、一定的机械强度、对某些物质的高渗透性、消毒方便等。6.1.4渗析过程的传质机理渗析过程的传质速率方程为:(6-1)式中:N-传质速率g/sK-总传质系数cm/sA-膜面积cm2ΔCLm-膜两

4、侧的对数平均浓度差g/m3总传质系数K，不仅与膜的性质有关，还与膜两侧流体的流动状态有关，一般认为在膜两侧流体的主体中，有传质阻力，溶质通过两侧流体的传质阻力集中于膜两侧的边界层中，渗析过程中膜两侧边界层浓度分布如图6-2。图6-2渗析膜两侧边界层浓度分布总传质系数K与物质在两层液膜及膜中的传质系数，K1，K2和Km有如下关系:(6-2)亦可写成阻力的形式，阻力R与在两液膜及膜中的传质阻力R1，R2，Rm的关系为:(6-3)不同的物质这三种阻力在总阻力中所占的百分比是不同的。Colton曾考察了血液透析系统

5、，得到的结果如图6-3所示，分子量较小的尿素(60.8，尿酸168.1)来说，渗析膜的阻力占总阻力的60%，对于分子量较大的VB12来说都高达90%。这样如果改进操作状态，减少两液膜的阻力，则有利于低分子物质的通过。图6-3溶质传质阻力的比例渗析器主要有板框式(Kill)、螺旋卷式(Koff)，和中空纤维式。图6-4螺旋卷式血液渗析器图6-5中空纤维式血液渗析器血液渗析(HD)过程通常不能有效地将中等分子量(500-20.000)的尿毒素脱除，如长期使用，会使这些有毒物质在血液中积累，因而又开发了另一种血液

6、过滤(HF)过程的人工肾，由于HF的透水量大，不具备再吸收功能，所以必须对血液进行补液，以保持体液量的衡定，图6-6为两种人工肾的示意图，两种人工肾的性能同肾小球的比较见表6-1。图6-6血液渗析与血液过滤的比较表6-1人体肾小球与人工肾大小和性能的比较人体肾小球中空丝型人工肾透析型过滤型总膜面积（m2）1.61—20.3—2.0膜厚（μm）约110—4020—80内径（μm）约10200—300200—260长度（mm）0.48150—300150—200根数（根））50×200万6000—1300060

7、00—13000起始容积（cm2）80—20080—150血流量（cm3/min）1200—1300100—200150—350过滤压力（mmHg）30—50100—200200—500过滤流速（cm3/min）110—1305—1060—100截留分子量漏少许白蛋白1万—2万2万—5万清除率（cm3/min）尿素（分子量=60）110—130130—18060—100维生素B12（分子量=1355）110—13020—6050—80旋复花粉（分子量=5000）110—1302—2530—50由于血液渗析与

8、血液过滤各有优缺点，可以将二者有机地结合起来，成为血液透析过滤(HDF)，这三种血液净化方法对血液中不同分子量溶质的透析效能见图6-7。图6-7各种血液净化法对不同分子量溶质的透析效能6.2电渗析引言电渗析的基本原理电渗析膜电渗析器6.2.1引言电渗析过程是一个电化学分离过程，在电渗析过程中，应用荷电膜，在电位差推动力的作用下，使溶液中的离子透过膜，而同溶剂和其它的不带电的组分分开。这种使离子在电场作用下，通过膜