膜复习题解

一、什么是膜分离，简述膜材料能够选择渗透的原因。

借助膜的选择渗透作用，对混合物中的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法。

原因1. 膜中分布有微细孔穴，不同孔穴有选择渗透性；2. 膜中存在固定基团电荷，电荷的吸附、排斥产生选择渗透性；3. 被分离物在膜中的溶解、扩散作用产生选择渗透性。

二、简述膜分离过程的特点。

（1）能耗少。

在浓缩、分离过程中不发生相变（2）利于热敏物质分离。

（3）节省原材料。

膜分离过程中不需要从外界加入其它物质。

（4）便于回收。

膜分离过程中，分离和浓缩同时进行。

（5）无二次污染。

膜分离过程中不会产生新的污染。

（6）工艺适用性强。

分离装置简单，占地面积小，处理规模可大可小，操作维护方便，易于自控。

(7) 分离范围广。

从有机物到无机物，从病毒、细菌到微粒分离范围广，还适用许多特殊溶液体系的分离，如溶液中大分子与无机盐的分离，共沸点物或近沸点物系等。

三、膜分离组件有哪几种主要类型，简述其主要结构和优缺点。

1.板框式膜器使用的是平板膜，其结构与板框式压滤机类似，由导流板、膜和多孔支撑板交替重叠组成。

优点：膜的组装方便、清洗更换容易，不易堵塞。

缺点：对密封要求高、结构不紧凑。

2.卷式由平板膜制成，在两片膜中夹入一层多孔支撑材料，将两片膜的三边密封，再在膜上铺上一层隔网，将该多层材料卷绕在多孔管上，整个组件装入圆筒形压力容器中，使用时料液沿隔网流动，与膜接触，透过膜的透过液沿膜袋内的多孔支撑材料流向中心管，然后导出。

优点：结构紧凑、单位体积膜面积很大、透水量大、设备费用低；缺点：浓差极化不易控制，易堵塞，不易清洗，换膜困难。

3.管式由管式膜组装而成膜器与列管式换热器结构类似。

根据膜的位置分为内压式和外压式，外压式需耐高压的外壳，应用较少。

4.中空纤维式由中空纤维膜浇铸后，组装而成。

优点：设备紧凑、单位体积的膜表面积大、不需要支撑材料缺点：中空纤维内径小，阻力大，易堵塞，对料液的预处理要求高。

四、简述反渗透过程的优先吸附-毛细孔流理论和溶解扩散模型（1）当水溶液与亲水膜接触时，膜表面的水被吸附、溶质被排斥，因而在膜表面形成一层纯水层，这层水在外加压力作用下进入膜表面的毛细孔，并通过毛细孔而流出。

（2）膜是非多孔性的（无孔膜），溶剂与溶质透过膜的过程分为以下三步①渗透物在膜的料液侧表面处吸附和溶解；②渗透物在化学位差的推动下，以分子扩散通过；③渗透物在膜的透过侧表面解析。

五、什么是浓差极化，分析减小浓差极化的主要途径。

在反渗透等过程中，大部分溶质被截流，溶质将在膜表面附近积累，在膜表面形成一层有浓度梯度的浓度边界层，这种溶质在膜表面的浓度高于溶液主体的浓度的现象称为浓差极化。

浓差极化对反渗透过程是不利的，但他又是不可避免的，减小浓差极化的主要途径有：①提高料液流速。

流速增加，浓度边界层减薄，传质系数增大，可使浓差极化减小。

但是流速大能耗大。

②在料液流道内设置湍流促进器。

在同样流速下提高传质系数。

③提高温度。

可使溶质的扩散系数增大。

六、分析超滤膜组件污染后的主要清洗再生技术1. 物理清洗法(1) 手工擦洗法：仅适用于可拆式板框超滤组件(2) 海绵球擦洗法：专用于内压管式超滤清洗(3) 等压水力冲洗法：各种超滤组件(4) 热水冲洗法：各种超滤组件(5) 水-气混合清洗法：各种超滤组件2. 化学清洗法(1) 酸溶液清洗法：盐酸、柠檬酸、草酸(2) 碱溶液清洗法：氢氧化钠、氢氧化钾(3) 氧化性清洗剂：1 ％~3％ H 2O 2、500~1000 mg / L NaCIO(4) 加酶洗涤剂：胃蛋白酶、胰蛋白酶七、简述膜的渗透性能与截留效应的测定渗透通量：在一定流速、温度、压力下，单位时间内通过单位膜面积的溶液体积流量V J At= J-纯水通量，L/m 2·h ；V-透过液的体积，L ；A-膜的有效面积，m 2；t-测试时间，h 。

膜的截留率是指溶液经超滤处理后，被膜截留的溶质量占溶液中该溶质总量的百分率。

121100%C C R C -=⨯ R-截留率，%；C 1-原液中的溶质浓度，mg/L ；C 2-透过液中的溶质浓度，mg/L八、简述纳滤膜的制备方法1．转化法（1）超滤膜转化法：纳滤膜的表层较超滤膜致密，调节制膜工艺，先制得较小孔径的超滤膜，然后进行热处理、荷电化后处理使膜表面致密化，而得到具有纳米级表层孔的纳滤膜。

（2）反渗透膜转化法：纳滤膜的表层较反渗透膜疏松，在反渗透膜制膜工艺基础上，调整有利于膜表面疏松化的工艺条件，如铸膜液中添加剂的选择，各成分的比例及浓度等，使表层疏松化制得纳滤膜。

2．共混法将两种或两种以上的高聚物进行液相共混，在相转化成膜时，由于它们之间以及铸膜液中溶剂与添加剂的相容性差异，影响膜表面孔径大小及分布。

通过合理调节铸膜液中各组分的相容性差异及工艺条件对相容性的影响，制备具有纳米级表层孔径的合金纳滤膜。

3．复合法在微孔基膜上复合上一层具有纳米级孔径的超薄表层，超薄表层的制备及复合（1）涂敷法：将铸膜液直接刮到基膜上，或借助外力将铸膜液轻轻压入基膜的大孔中，再利用相转化法成膜（2）界面聚合法：用微孔基膜吸收溶有单体或预聚体的水溶液，沥干多余铸膜液后，再与溶有另一单体或预聚体的油相（如环己烷）接触一定时间，反应物就在两相界面处反应成膜。

（3）化学蒸气沉淀法：先将一化合物（如硅烷）在高温下变成能与基膜（如微孔Al2O3基膜）反应的化学蒸气，再与基膜反应使孔径缩小成纳米级而形成纳滤膜。

九、简述拉伸法制聚烯烃微滤膜的方法。

a. 低温度高应力成型（低熔融温度喷丝头拉伸）b. 退火（略低于熔点温度下热处理）c. 拉伸（使层状结构变形，形成相互交织的缝状空隙）十、简述核孔滤膜的制备方法。

带电粒子射向薄膜，使所经路径周围的分子电离、激发，大分子断裂生成自由基，形成一个狭窄的辐射损伤区，有较高的化学反应能力，能够优先被化学蚀刻剂所溶解，形成圆锥形孔洞。

十一、简述泡点法测定微孔滤膜孔径的原理及方法。

原理：当气体通过充满了液体的膜孔时，若气体的压力与膜孔内液体的界面张力相等，则孔内的液体逸出，即得泡点压力与膜的孔径之间关系：D= 4σk cosθ/pD-膜孔直径，μm；σ-液体表面张力，N/m；p-气体压力，Pa；k-孔形修正因子；θ-液体与孔壁间的接触角，(º)。

测定步骤a 将样品平行于液面浸入蒸馏水中，使其完全湿润b 将滤膜置于测试池上，压上光滑的多孔板c 在多孔板上加入3-5mm深的水d 开通气源，使压力缓慢上升，当滤膜表面出现第—个气泡并连续出泡时的气体压力值，带入公式可求出样品最大孔径值。

e 气泡出现最多时的压力值，带入公式可求出样品最小孔径。

f 由最大孔径与最小孔径即可算出平均孔径。

十二、简述反渗透、纳滤、超滤、微滤、透析等过程的截流机理、推动力及截留物质的粒径。

膜材料及膜过程推动力截留机理截留物粒径微滤压力差0.01~ 0.2 MPa 筛分0.5~10 μm 超滤压力差0.1~ 0.5 MPa 筛分10~100 nm 纳滤压力差0.5~ 1 MPa 筛分1~ 10 nm 反渗透压力差 1 ~ 10 MPa 优先吸附、溶解扩散、氢键0.1~ 1 nm 透析浓度差筛分微孔膜内的受阻传递十三、按离子交换膜中的主体成分可将其分为哪几类膜，各有何特点。

按离子交换膜中的主体成分可将其分为均相膜、异相膜均相膜主体组分中各成分以分子状态均匀分布，不存在相界面异相膜通过粘结剂把粉状树脂制成片状膜，树脂与粘结剂等组分间存在相界面十四、什么是阳离子交换膜和阴离子交换膜，离子交换膜实质是什么。

阳离子交换膜：含有酸性活性基团，可解离出阳离子，对阳离子具有选择透过性的膜阴离子交换膜：含有碱性活性基团，可解离出阴离子，对阴离子具有选择透过性的膜在电渗析中使用的离子交换膜，实际上并不是起离子交换作用，而是起离子选择透过作用，更确切地应称为离子选择性透过膜。

十五、按离子交换膜中的主体成分可将其分为哪几类膜，各有何特点。

按膜中主体组分离子交换膜可分为均相膜、异相膜均相膜：主体组分中各成分以分子状态均匀分布，不存在相界面异相膜：通过粘结剂把粉状树脂制成片状膜，树脂与粘结剂等组分间存在相界面十六、什么是电渗析，并说明它的应用领域；简述一种异相离子交换膜的制备。

电渗析——在直流电场作用下，溶液中的离子选择性地通过离子交换膜的过程。

主要用于溶液中电解质的分离。

1. 聚乙烯110—120℃10-15 MPa2. 聚异丁烯双辊混炼机——拉片——加网热压3. 硬脂酸钙45min4. 离子交换树脂粉十七、简述电渗析工作原理及伴随过程在淡化室中通入含盐水，接上电源，溶液中带正电荷的阳离子，在电场的作用下，向阴极方向移动到阳膜，受到膜上带负电荷的基团的异性相吸引的作用而穿过膜，进入右侧的浓缩室。

带负电荷的阴离子，向阳极方向移动到阴膜，受到膜上带正电荷的基团的异性相吸引的作用而穿过膜，进入左侧的浓缩室。

淡化室盐水中的氯化钠被除去，得到淡水，氯化钠在浓缩室中浓集。

1．同名离子迁移同名离子指与膜的固定活性基所带电荷相同的离子。

根据唐南平衡理论，离子交换膜的选择透过性不可能达到100％，再加上膜外溶液浓度过高的影响，在阳膜中也会进入个别阴离子，阴膜中也会进入个别阳离子，从而发生同名离子迁移。

2．电解质的浓差扩散也称为渗析，指电解质离子透过膜的现象。

由于膜两侧溶液浓度不同，受浓度差的推动作用，电解质由浓水室向淡水室扩散，其扩散速度随两室浓度差的提高而增加。

3．水的渗透淡水室的水，由于渗透压的作用向浓缩室渗透，渗透量随浓度差的提高而增加。

4．水的电渗透反离子和同名离子，实际上都是水合离子，由于离子的水合作用，在反离子和同名离子迁移的同时，将携带一定数量的水分子迁移。

5．压差渗漏溶液透过膜的现象。

当膜的两侧存在压差时，溶液由压力大的一侧向压力小的一侧渗漏。

因此在操作中，应使膜两侧压力趋向平衡，以减小压差渗漏损失。

6．水的解离（极化）在一定电压作用下，溶液中离子未能及时补充到膜表面时，膜表面的水分子解离成H+和OH—的现象。

当中性的水解离成H+和OH—以后，它们会透过膜发生迁移，从而扰乱浓、淡水流的中性性质。

这是电渗析装置的非正常运行方式，应尽力避免。

十七，相转化法制膜工艺1 高分子材料溶于溶剂中，并加入添加剂，配成铸膜液2制膜液通过流涎法制成平板型，圆管型，或用纺丝法制成中空纤维型。

3使膜中的溶液部分蒸发。

4将膜浸渍在对高分子是非溶剂的液体中（最常用的是水），液相的膜在液体中便凝胶固化。

5进行热处理，对非醋酸纤维素膜，如芳香聚苯酰胺膜，一般不需要热处理。

6膜的预压处理。