反渗透(RO)讲解复习课程
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一定亲水性，而对盐类有一定排斥性质。 • 在膜面上始终存在着一层纯水层，其厚度可为几个
水分子的大小。在压力下，就可连续地使纯水层流 经毛细孔。
优先吸附毛细孔流动模型
压力
主体溶液 界面
H2O Na+ClH2O Na+Cl-
H2O H2O H2O H2O
Na+ClNa+ClNa+Cl-
H2O
多孔膜
膜表面
反渗透原理图
反渗透所需具备的条件和特点
反渗透过程必须具备两个条件： • 1、必须有高选择性和高渗透性（一般指透水性）的选择
性半透膜 • 2、操作压力必须高于溶液渗透压。 反渗透是一种高效节能技术，其特点如下： • 1、RO过程可在常温下进行，无相变、能耗低，可用于热
敏物质的分离，浓缩； • 2、RO可以有效除去盐和有机小分子杂质
H2O H2O
Na+Cl- H2O Na+Cl- H2O
H2O H2O H2O H2O
H2O H2O H2O
Na+Cl- H2O Na+Cl- H2O Na+Cl- H2O H2O H2O
膜表面
临界孔径
(a)膜表面对水的优先吸附
水在膜表面处的流动
界面上的脱盐水
t
多孔膜
多孔膜
2t
界面上膜的临界孔径
如果毛细孔直径恰等于2倍纯水层的厚度，则可使纯水的透 过速度最大，而又不致令盐从毛细孔中漏出，即同时达到最 大程度的脱盐。
3、扩散—细孔流理论
• 此理论由Sherwood提出，介于溶解扩散理 论和优先吸附-毛细孔流动理论之间。
• 该理论假设膜表面存在细孔，溶质和溶剂 在细孔和溶解扩散的共同作用下透过膜； 膜的透过特性，既取决于细孔流，也取决 于溶质、溶剂在膜表面的扩散系数。
• 通过细孔的溶液量与整个膜的透水量之比 越小；溶剂比溶质在膜中的扩散系数越大， 则膜的选择性越好！
反渗透（RO）
（Reverse osmosis ）
1、RO的发展 2、反渗透的原理和相关概念 3、反渗透的分离机理 4、反渗透膜的性能要求和指标 5、反渗透膜的除盐分离特性
6、浓差极化危害及对策 7、RO应用
RO的发展
• 1953年，佛罗里达大学的Reid教授明确提 出了反渗透技术的概念。同年，在他的建 议下反渗透被列入美国国家计划。
稳定条件下的反渗透过程 反渗透过程中的浓度分布
Cw 微元薄层
Cb Ｊv
C Cp
膜
x
25℃时部分典型溶液的渗透压数据
组分 NaCl
浓度 mg/L mol/L 35000 0.60
渗透压 MPa psi 2.8 398
组分
浓度
渗透压
mg/L mol/L MPa psi
MgSO4 1000 0.00831 0.025 3.6
2. 优先吸附-毛细孔流动模型
• 优先被吸附的组分在膜面上形成一层吸附层，吸附 力弱的组分在膜上浓度急骤下降，在外压作用下， 优先被吸附的组分通过膜毛细孔而透过膜。
与膜表面化学性质和孔结构等多种因素有关。 • 由Sourirajan于1963年建立。 • 他认为用于水溶液中脱盐的反渗透膜是多孔的并有
5、自由体积理论（Yasuda安田）
• 该理论认为：膜的自由体积包括聚合物的 自由体积和水的自由体积。
• 聚合物的自由体积指无水溶胀的由无规则 高分子线团堆积而成的膜中，未被高分子 占据的空间。
• 水的自由体积指水溶胀的膜中，纯水所占 据的空间。
• 该理论假设：水可以在整个膜的自由体积 中迁移，而盐只能在水的自由体积中迁移， 从而使膜具有选择透过性。
反渗透的分离机理
1. 溶解扩散理论（Lonsdale和Riley） 该模型假设膜是完美无缺的理想无孔膜，高压侧浓溶
液中各组分先溶于膜中，再以分子扩散方式通过厚度为δ 的膜，最后在低压侧进入稀溶液。溶质和溶剂在扩散中服 从Fick定律。
该模型基本上可定量的描述水和盐透过膜的传递，但 推导中的一些假设并不符合真实情况，另外，传递过程中 水、盐和膜之间相互作用也没有考虑。
• 1960年L-S相转化法制成的首张相转化膜即 为反渗透膜
• 目前，RO技术已成为海水和苦咸水淡化中 最经济的技术。
反渗透的原理和相关概念
• 半透膜定义：能够让溶液中一种或几种组分通过而其他组分不能 通过的选择性膜 •渗透的定义：一种溶剂通过半透膜进入另一种溶液或者一种稀溶液 向一种浓溶液的自发流动。 •渗透平衡：渗透发生后，单位时间内从纯溶剂侧通过半透膜进入溶 液侧的溶剂分子数目多于从溶液侧通过半透膜进入溶剂侧的溶剂分 子数，使得溶液浓度降低。当两个方向通过半透膜的溶剂分子数目 相等时，即达到渗透平衡。 •渗透压定义： 如果在溶液侧加上一个外加的压力，恰好能阻止纯 溶剂侧的溶剂分子通过半透膜进入溶液侧，则此压力称为渗透压。 •渗透压是溶液的一个性质，与膜无关。
反渗透的特点
• 3、RO具有较高的脱盐率和较高的水回用率 • 4、膜分离装置简单，操作简便，便于实验自动化； • 5、RO分离过程要在高压下进行，因此需配备高
压泵和耐高压管路； • 6、RO分离装置对进水指标有较高要求wenku.baidu.com需对原
水进行预处理 • 7、分离过程易产生膜污染，为延长膜使用寿命和
提高分离效率，需定期对膜进行清洗。
海水 NaCl 苦咸水
32000 2000
20005000
--
0.034 2 --
2.4 340 0.16 22.8
4、氢键理论（ Reid）
该模型认为，膜的表层很致密，其上有大量的 活化点，键合一定数目的结合水，这种水已经失去 溶剂化能力，盐水中的盐不能溶于其中。进料液中 的水分子在压力下可与膜上的活化点形成氢键而缔 合，使该活化点上其他结合水缔解下来，并与膜内 部的活化点进一步缔合，使该点原有的结合水缔解 下来，此过程不断从膜面向内部进行，以这种顺序 扩散的方式，水分子从膜面进入膜内，最后从底层 解脱，成为产品水。而盐是通过高分子链间空穴， 以空穴型扩散，从膜面逐渐到产品水中的。
• 反渗透过程可以分为三类：
高压反渗透（5.6~10.5MPa）， 低压反渗透（1.0~4.2MPa）， 纳滤（0.3~1.0MPa）。
• 反渗透膜上的微孔孔径约为 0.5nm，而无 机盐离子的直径仅为0.1~0.3nm，水合离 子的直径为0.3~0.6nm，略小于孔径，无 法用分子筛分原理来解释RO分离现象。
水分子的大小。在压力下，就可连续地使纯水层流 经毛细孔。
优先吸附毛细孔流动模型
压力
主体溶液 界面
H2O Na+ClH2O Na+Cl-
H2O H2O H2O H2O
Na+ClNa+ClNa+Cl-
H2O
多孔膜
膜表面
反渗透原理图
反渗透所需具备的条件和特点
反渗透过程必须具备两个条件： • 1、必须有高选择性和高渗透性（一般指透水性）的选择
性半透膜 • 2、操作压力必须高于溶液渗透压。 反渗透是一种高效节能技术，其特点如下： • 1、RO过程可在常温下进行，无相变、能耗低，可用于热
敏物质的分离，浓缩； • 2、RO可以有效除去盐和有机小分子杂质
H2O H2O
Na+Cl- H2O Na+Cl- H2O
H2O H2O H2O H2O
H2O H2O H2O
Na+Cl- H2O Na+Cl- H2O Na+Cl- H2O H2O H2O
膜表面
临界孔径
(a)膜表面对水的优先吸附
水在膜表面处的流动
界面上的脱盐水
t
多孔膜
多孔膜
2t
界面上膜的临界孔径
如果毛细孔直径恰等于2倍纯水层的厚度，则可使纯水的透 过速度最大，而又不致令盐从毛细孔中漏出，即同时达到最 大程度的脱盐。
3、扩散—细孔流理论
• 此理论由Sherwood提出，介于溶解扩散理 论和优先吸附-毛细孔流动理论之间。
• 该理论假设膜表面存在细孔，溶质和溶剂 在细孔和溶解扩散的共同作用下透过膜； 膜的透过特性，既取决于细孔流，也取决 于溶质、溶剂在膜表面的扩散系数。
• 通过细孔的溶液量与整个膜的透水量之比 越小；溶剂比溶质在膜中的扩散系数越大， 则膜的选择性越好！
反渗透（RO）
（Reverse osmosis ）
1、RO的发展 2、反渗透的原理和相关概念 3、反渗透的分离机理 4、反渗透膜的性能要求和指标 5、反渗透膜的除盐分离特性
6、浓差极化危害及对策 7、RO应用
RO的发展
• 1953年，佛罗里达大学的Reid教授明确提 出了反渗透技术的概念。同年，在他的建 议下反渗透被列入美国国家计划。
稳定条件下的反渗透过程 反渗透过程中的浓度分布
Cw 微元薄层
Cb Ｊv
C Cp
膜
x
25℃时部分典型溶液的渗透压数据
组分 NaCl
浓度 mg/L mol/L 35000 0.60
渗透压 MPa psi 2.8 398
组分
浓度
渗透压
mg/L mol/L MPa psi
MgSO4 1000 0.00831 0.025 3.6
2. 优先吸附-毛细孔流动模型
• 优先被吸附的组分在膜面上形成一层吸附层，吸附 力弱的组分在膜上浓度急骤下降，在外压作用下， 优先被吸附的组分通过膜毛细孔而透过膜。
与膜表面化学性质和孔结构等多种因素有关。 • 由Sourirajan于1963年建立。 • 他认为用于水溶液中脱盐的反渗透膜是多孔的并有
5、自由体积理论（Yasuda安田）
• 该理论认为：膜的自由体积包括聚合物的 自由体积和水的自由体积。
• 聚合物的自由体积指无水溶胀的由无规则 高分子线团堆积而成的膜中，未被高分子 占据的空间。
• 水的自由体积指水溶胀的膜中，纯水所占 据的空间。
• 该理论假设：水可以在整个膜的自由体积 中迁移，而盐只能在水的自由体积中迁移， 从而使膜具有选择透过性。
反渗透的分离机理
1. 溶解扩散理论（Lonsdale和Riley） 该模型假设膜是完美无缺的理想无孔膜，高压侧浓溶
液中各组分先溶于膜中，再以分子扩散方式通过厚度为δ 的膜，最后在低压侧进入稀溶液。溶质和溶剂在扩散中服 从Fick定律。
该模型基本上可定量的描述水和盐透过膜的传递，但 推导中的一些假设并不符合真实情况，另外，传递过程中 水、盐和膜之间相互作用也没有考虑。
• 1960年L-S相转化法制成的首张相转化膜即 为反渗透膜
• 目前，RO技术已成为海水和苦咸水淡化中 最经济的技术。
反渗透的原理和相关概念
• 半透膜定义：能够让溶液中一种或几种组分通过而其他组分不能 通过的选择性膜 •渗透的定义：一种溶剂通过半透膜进入另一种溶液或者一种稀溶液 向一种浓溶液的自发流动。 •渗透平衡：渗透发生后，单位时间内从纯溶剂侧通过半透膜进入溶 液侧的溶剂分子数目多于从溶液侧通过半透膜进入溶剂侧的溶剂分 子数，使得溶液浓度降低。当两个方向通过半透膜的溶剂分子数目 相等时，即达到渗透平衡。 •渗透压定义： 如果在溶液侧加上一个外加的压力，恰好能阻止纯 溶剂侧的溶剂分子通过半透膜进入溶液侧，则此压力称为渗透压。 •渗透压是溶液的一个性质，与膜无关。
反渗透的特点
• 3、RO具有较高的脱盐率和较高的水回用率 • 4、膜分离装置简单，操作简便，便于实验自动化； • 5、RO分离过程要在高压下进行，因此需配备高
压泵和耐高压管路； • 6、RO分离装置对进水指标有较高要求wenku.baidu.com需对原
水进行预处理 • 7、分离过程易产生膜污染，为延长膜使用寿命和
提高分离效率，需定期对膜进行清洗。
海水 NaCl 苦咸水
32000 2000
20005000
--
0.034 2 --
2.4 340 0.16 22.8
4、氢键理论（ Reid）
该模型认为，膜的表层很致密，其上有大量的 活化点，键合一定数目的结合水，这种水已经失去 溶剂化能力，盐水中的盐不能溶于其中。进料液中 的水分子在压力下可与膜上的活化点形成氢键而缔 合，使该活化点上其他结合水缔解下来，并与膜内 部的活化点进一步缔合，使该点原有的结合水缔解 下来，此过程不断从膜面向内部进行，以这种顺序 扩散的方式，水分子从膜面进入膜内，最后从底层 解脱，成为产品水。而盐是通过高分子链间空穴， 以空穴型扩散，从膜面逐渐到产品水中的。
• 反渗透过程可以分为三类：
高压反渗透（5.6~10.5MPa）， 低压反渗透（1.0~4.2MPa）， 纳滤（0.3~1.0MPa）。
• 反渗透膜上的微孔孔径约为 0.5nm，而无 机盐离子的直径仅为0.1~0.3nm，水合离 子的直径为0.3~0.6nm，略小于孔径，无 法用分子筛分原理来解释RO分离现象。