膜科学与技术5教学教材.ppt

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1、膜科学与技术57.2.1以不可逆热力学为基础的模型缺点：由于不考虑膜结构而对研制新膜缺乏指导作用。优点：可以清楚地显示并定量描述不同的推动力和通量之间的耦合。上述耦合作用在具体的膜过程中可表现为（1）不同组分透过膜时互相影响，即一种组分的透过会引起其它组分的透过；（2）不同性质的推动力会导致同一种通量。这类模型有K-K模型，S-K模型，网络热力学模型，扩展的非平衡热力学模型。仅供学习参考，请勿侵权2线性非平衡热力学基本理论基础：局域平衡理论考察一个宏观体系熵的变化（1）dS=deS+diS其中，deS为外界供给的熵，diS为体系内部所增长的熵。（2）diS0仅供学习参考，请

2、勿侵权3（3）熵源强度定义=diS/(dVdt)0（4）耗散函数定义=T（5）由熵平衡方程得到=JiXi其中，Ji为热力学流（单位时间单位面积流过的量），Xi为热力学力。仅供学习参考，请勿侵权4（6）线性定律Ji=LikXk（k=1,2,…n)说明：上式可由经验定律（或个别的现象定律，如Fick扩散定律，牛顿粘滞定律，热传导定律）归纳而得；另外，上式也有其数学基础，即，傅立叶定律，把Ji展开成Xk在“0”点的级数，取一级近似。该式的适用范围是，热力学力很弱，偏离平衡态小。一般传输过程适合，化学反应过程不适合。仅供学习参考，请勿侵权5（7）Onsager互易关系L

3、ij=Lji说明：上式可严格证明。其意义是可减少实验量。应用条件是，力流的乘积具有耗散函数的量纲，且线性定律满足。仅供学习参考，请勿侵权6水和一个溶质构成的稀溶液透过膜的过程由非平衡热力学理论可得到如下方程(称为K-K方程）：Jv=Lp(DP-D)（7-1）Js=(cs)ln(1-)Jv+D（7-2）式中，Jv为包括溶剂和溶质的总体积通量（m3/s），Js为溶质的摩尔通量（mol/s），Lp为水渗透率（m3/sPa），为溶质渗透率（mol/sPa），(cs)ln为溶质在膜内的对数平均摩尔浓度（mol/m3），P、分别是膜两侧的压差和渗透压差（Pa），为

4、截留系数（反射系数），该系数实际上就反映了水和溶质在膜内传递时的耦合效应（也称伴生效应）。仅供学习参考，请勿侵权7电渗透过程多孔膜将两盐水溶液分开，其推动力有电位差（E）和压差（P），相应的通量是电流（I）和体积通量（J）。由非平衡热力学理论可得到如下方程I=L11E+L12P（7-3）J=L21E+L22P（7-4）从以上两式可明显地看出电位差和压差均可引起电流，同时电位差和压差也都可以引起体积通量。仅供学习参考，请勿侵权87.2.2以一定分离机理为基础的模型特点（1）模型内的参数物理意义明确。（2）参数不一定都能确知。这类模型有摩擦模型，溶解-扩散模型，非理想

5、溶解扩散模型，大孔模型，细孔模型，优先吸附-毛细孔流模型。仅供学习参考，请勿侵权9膜内物质传递分离机理注意（1）不同的膜过程机理可能不同。（2）膜分离机理至今还是个不完全确知的问题。仅供学习参考，请勿侵权10筛分机理把膜看作一个筛子，溶液组分的分子若比筛孔小就能通过，否则被截留。（MF,UF,GS)仅供学习参考，请勿侵权11溶解—扩散机理（Lonsdaleetal.,1965）该模型认为膜是均一无孔的，溶剂和溶质首先溶于膜表层，然后通过扩散传递到膜下游。注意：溶解-扩散成立的条件仅供学习参考，请勿侵权12氢键理论Reid,Breton1959年针对处理水溶液的RO膜提出。要点

6、如下：（1）膜材料极易被水湿润，水通过氢键附着在膜上形成吸附膜；（2）吸附膜阻塞膜孔，因而阻止了溶质离子的进入；（3）因为水在移动过程中保持连续，所以水移动所需的能量极小，而溶质分子在穿过膜时，需挤开水分子，所以溶质分子移动就需要很大的能量。仅供学习参考，请勿侵权13优先吸附-毛细管流动机理（Sourirajan,1970，基于反渗透过程。）要点：（1）水溶液与高分子膜接触，膜对溶质负吸附，对水优先吸附；（2）膜与界面的溶质浓度急剧下降，在界面上形成一层被膜吸附的纯水层。（3）这一纯水层的厚度t可由Gibbs吸附公式计算出，纯水层的厚度与溶液性质及膜面化学性质有关。（4）在外

7、界压力下，如果使该纯水层通过膜面的毛细孔，就可能从水溶液中获得纯水。（5）膜表面毛细孔有效直径为纯水层厚度t的2倍时，对一个毛细孔而言能得到最大流量的纯水，此时该毛细孔径称为“临界孔径”。（6）所谓研制最佳性能的膜就是使孔径为2t的毛细孔尽可能多的出现。当毛细孔径大于临界孔径，溶液就会从细孔的中心部位通过而产生溶质的泄露。仅供学习参考，请勿侵权14优先吸附-毛细管流动机理图优先吸附-毛细管流动机理评述与氢键理论、溶解扩散理论的关系“纯水层”与“膜表面细孔”是否存在？仅供学习参考，请勿侵权15促进传递（f