第九章 膜 法技术新途径

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1、第九章膜法第一节概论第一节电渗析第一节反渗析第一节超滤第一节概述膜分离法是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。常用的膜分离方法有电渗析、反渗透、超滤，其次是自然渗析和液膜技术膜分离技术有以下共同特点：①膜分离过程不发生相变，因此能量转化的效率高。例如在现在的各种海水淡化方法中，反渗透法能耗最低。②膜分离过程在常温下进行，因而特别适于对热敏性物料，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，易控制、维修，且分离效率高。作为一种新型的水处理方法，与常规水处理方法相比，具有占地面积小、适用范围广、处理效率高等特点。Return第二节电渗析电渗析的原理与过

2、程交换离子膜电渗析器的构造电渗析的操作控制电渗析除盐的设计计算电渗析法在废水处理中的应用电渗析原理和工作过程1.原理C——阳膜A——阴膜阳极：Cl-→Cl2↑+2e阴极：2H++2e→H2↑（氧化反应）：H2O→H++OH-（还原反应）：4OH-→O2↑+2H2O+4e图9-1电渗析工作原理图2.工作过程主要过程离子电迁移和电极反应：当原水进入这些小室时，在直流电场的作用下，溶液中的离子作定向迁移。阳离子向阴极迁移，阴离子向阳极迁移。次要过程（1）反离子的迁移有少量与离子交换膜解离离子电荷相反的离子透过膜，即阴离子透过阳膜，阳离子透过阴膜。（2）电解质浓差扩散由于膜两侧溶液浓度不同，在浓度

3、差作用下，电解质由浓室向淡室扩散，扩散速度随浓度差的增高而增长。Return（3）水的渗透由于浓、淡水室存在浓度差，又是由半透膜隔开，在水的渗透压作用下，水由淡水室向浓水室渗透。（4）水的电渗透溶液中离子实际上都是以水合离子形式存在，在其电迁移过程中必然携带一定数量的水分子迁移，这就是水的电渗透。（5）水的压渗当浓室和淡室存在着压力差时，溶液由压力高的一侧向压力低的一侧渗漏。（6）水的电离在不利的操作条件下，由于电流密度与液体流速不匹配，电解质离子未能及时地补充到膜的表面，而造成膜淡水侧发生电离，生成H+和OH-离子，以补充淡水侧离子不足。离子交换膜离子交换膜的分类离子交换膜性能离子交换膜

4、选择透过性机理离子交换膜的分类（1）按膜体结构分类a．异相膜b．半均相膜c．均相膜（2）按活性基团分类a．阳离子交换膜b.阴离子交换膜c．特种膜（3）按材料性质分类a.有机离子交换膜b.无机离子交换膜Return离子交换膜的性能1.交换容量膜的交换容量是表示在一定量的膜样品中所含活性基团数，通常以单位面积、单位体积或单位干重膜所含的可交换离子的毫克当量数表示。一般膜的交换容量约为1～3毫克当量/克（干膜）。2.含水量它表示湿膜中所含水的百分数（可以单位重量干膜或湿膜计）。离子交换膜的含水量一般为30％～50％。3.破裂强度破裂强度是衡量膜的机械强度的重要指标之一。表示膜在实际应用时所能承受

5、的垂直方向最大压力。4.厚度膜厚度与膜电阻和机械强度有关。一般异相膜的厚度约1mm，均相膜的厚度约0.2～0.6mm，最薄的为0.015mm。5.导电性完全干燥的膜几乎是不导电的，含水的膜才能导电。膜的导电性可用电阻率、电导率或面电阻来表示，面电阻表示单位膜面积的电阻（Ω·cm-2）。6.选择透过性离子选择透过性的优劣往往用离子在膜中的迁移数和膜的选择透过度来表示。阳膜对阳离子的选择透过性阴膜对阴离子的选择透过性Return离子交换膜的选择性透过机理1.双电层理论在固定基团和进入溶液中的解离离子之间，由于存在着静电引力，固定基团力图将解离离子吸引到近旁，但热运动又使解离离子均匀分布到整个溶

6、液中去，这种互相矛盾着的力的作用结果，在膜-溶液界面上形成带相反电荷的双电层。此时这些带电的定基团会对膜外溶液中带相反电荷的离子因异性相吸使之向膜运动，并在外加电场力的作用下继续运动直至穿过膜，而溶液中与固定基团电荷相同的离子则因同性相斥而不能靠近和穿过膜，从而实现了离子的选择性透过。2.Donnan膜平衡理论Donnan膜平衡理论是解释离子交换树脂与电解质溶液间的平衡问题的。对离子交换膜来说。它只是离子交换树脂的一种特殊应用。当离子交换膜浸入电解质溶液时，电解质溶液中的离子和膜内的离子会发生交换作用，最终达到动态平衡。Return电渗析器的构造1.构造膜堆：一对阴阳膜和一对浓淡水隔板交替

7、排列，组成最基本的脱盐单元，称为膜对。一对电极之间若干膜对组成膜堆。极区：电极、极框、电极托板、橡胶垫板。紧固装置：压杆、螺杆紧固。配套设备：整流器、水泵、转子流量计等。(1)离子交换膜有关膜的内容前面已有介绍，这里只强调组装前对膜的处理。首先将膜放在操作溶液中浸泡24～48小时，使之与膜外溶液平衡，然后剪裁打孔。膜的尺寸大小比隔板周边小1mm，应比隔板水孔大1mm。电渗析停运时，应在电渗析器中充满溶液，以防膜发霉变质，