水处理工程膜技术9

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1、第九章膜技术概述电渗析反渗透超滤第一节概述膜分离法:在某种推动力的作用下，利用某种隔膜特定的透过性能，使溶质或溶剂分离的方法称为膜分离。分离溶质时一般叫渗析；分离溶剂时一般叫渗透。常用膜分离方法:电渗析、反渗透、超滤各种膜分离法的特征和它们之间的区别（按推动力区别）见下表。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、电渗析原理与过程在直流电场作用下，利用阴、阳离子交换膜对溶液中的阴、阳离子

2、的选择透过性，分离溶质和水。阴膜只让阴离子通过；阳膜只让阳离子通过。电渗析分离原理图电极两侧会发生氧化还原反应阴极还原反应2H++2e→H2↑阴极室溶液呈碱性阳极氧化反应4OH-→O2+2H2O+4e阴极室溶液呈酸性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,阴通过阳次要过程电渗析分离原理图+—+++++—————浓淡浓淡浓淡阳阴阳阴阳阴阳浓水淡水＋—原水极水极室极室阳极阴极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

3、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浓室淡室膜极化示意图二、离子交换膜离子交换树脂：树脂与离子之间发生交换反应离子交换膜：对溶液中的离子具有选择透过的特性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

4、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

5、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胺基、伯胺基、仲胺基、叔胺基特种膜：包括两极膜、两性膜、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2.离子交换膜的性能交换容量：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

6、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式中ti0是i离子在理想膜中的迁移数，ti0=1,ti取膜两侧溶液平均浓度下的迁移数，ti可通过测定膜电位，由下式估算得到式中

7、Em即为实际测定的膜电位。而Em0是在测定Em的条件下理想膜的膜电位。为什么会产生膜电位？浓侧富集了高电位的阳离子，淡侧富集了低电位的阴离子+—+阳极阳膜阴极浓侧淡侧膜电位示意图3.离子交换膜的选择性透过机理主要是一种聚电解质，在高分子骨架上带有若干可交换活性基团。双电层理论固定基团解离离子磺酸性阳膜固定基团解离离子季铵型阴膜Na+Na+Cl-热运动解离到溶液中去外电场作用下双电层离子交换膜中活性基团越多，双电层越厚，固定基团对反离子的吸引力和对同粒子的排斥力就越大，膜的选择性越好。三、电渗析器的构造离子交换膜：组装前膜预处理，操作溶液

8、浸泡24-48小时，停运时充满溶液隔板：膜的支撑体，保持膜间距，水流通道，水流方式不同：有回路隔板无回路隔板作用不同：浓、淡室隔板、极框、和导向隔板电极：要求耐腐蚀、导电性能好夹紧装置：把极区和膜堆组成不漏