3第二章 反渗透解析

第四节 反渗透膜材料和分类
反渗透技术所分离的物质的分子量一般
小于500，操作压力为 1.5～10.5 MPa。
用于实施反渗透操作的膜为反渗透膜。
反渗透膜大部分为不对称膜，孔径0.1 ~1 nm，可截留溶质分子。
• 按成膜材料
可分为醋酸纤维模、芳香聚酰胺膜、高分子电解质膜等和 无机膜；
• 按膜的形状
• 这种膜有不对称结构，表面结构致密， 孔隙很小，通称为表皮层或致密层、活 化层；下层结构较疏松，孔隙较大，通 称为多孔层或支撑层。示意
• CA膜是被水充分溶胀了的凝胶体。 由于铸膜液中的所有添加剂及溶剂 在制膜过程中先后被除去，膜中仅 含水分。链接
① 膜的结构 • 醋酸纤维素是没有强烈氢键的无定形链状高分子 化合物。 • 制膜过程是将其溶解在丙酮中并加入甲酰胺作添 加剂，经混合调制、过滤、铸塑成型，然后再经 蒸发、冷水浸渍、热处理，即可得到醋酸纤维素 (cellulose acetate,CA)膜。 • 外观为乳白色、半透明，有一定的韧性，膜厚l00 －250m。
2、渗透压的计算
=niciRT
3、反渗透分离过程具备的条件※
1）半透膜具有高选择性和高渗透性；
2）操作压力必须高于溶液的渗透压。
半透膜的 截留作用
4、反渗透膜分离过程特点
常温条件下，可以对溶质和水进行分离或浓缩， 因而能耗低；
杂质去除范围广，可去除无机盐和各类有机物 杂质；
（三）扩散-细孔流理论
• 该理论认为膜表面存在细孔，水和溶质在 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 水和溶质在膜表面的扩散系数。
（四）氢键理论
• 该理论认为，水透过膜是由于水分子和膜的活化点 形成氢键及断开氢键的过程。 • 即在高压作用下，溶液中水分子和膜表皮层活化点 缔合，原活化点上的结合水解离出来，解离出来的 水分子继续和下一个活化点缔合，又解离出下一个 结合水。 • 水分子通过一连串的缔合－解离过程，依次从一个 活化点转移到下一个活化点，直至离开表皮层，进 入多孔层。
（二）复合法
可以选用不同的材质制作超薄脱盐层和 多孔支撑层，使其功能分别达到最优化，性 能最佳； 可以用不同方法制备出良好分离率和较 高透水速度的超薄脱盐层，同时具有良好稳 定性和耐压密性； 根据不同应用特性，制作不同厚度的超 薄脱盐层， 可制作干膜，便于运输和保存
（三）醋酸纤维素（CA）
1.醋酸纤维素膜的结构及性能
水分子逐渐从膜面进入膜内，最后透过膜；
溶质通过高分子链间空穴，以空穴型扩散透过膜。
（五）自由体积理论
• 该理论认为，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，使 得膜具有选择透过性能。 • 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的是在无水 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。水的自由体积是指 在水溶胀的膜中纯水所占据的空间。
可分为平板状、管状、中空纤维状膜；
• 按膜结构
可分为非对称膜、均质膜、复合膜；
• 按应用对象
可分为海水淡化用的海水膜、咸水淡化用的咸水膜及用于 废水处理、分离提纯等的膜。
• 按操作压力
可分为高压反渗透膜、低压反渗透膜和超低压反渗透膜
第五节 反渗透膜的制备
（一）相转移法
1）配制具有适当的均相聚合物溶液； 2）将聚合物溶液流涎成薄膜； 3）蒸发部分溶剂； 4）聚合物凝胶（沉淀）； 5）热处理。 6）预压处理，稳定膜的性能
1、概念
渗透与反渗透原理示意图
当溶液与纯溶剂被半透膜隔开，半透膜两侧压力相等 时，纯溶剂通过半透膜进入溶液侧使溶液浓度变低的 现象——渗透 渗透压()取决于溶液系统及其浓度，且与温度有关， 但与半透膜无关
源自文库
=niciRT
如果加在溶液侧的压力超过渗透压，溶液中的溶剂分 子就会进入纯溶剂内——反渗透（RO（Reverse Osmosis） ）
较高的水回用率；
分离装置简单，容易操作和维修。
最精细的过程，又被称为“高滤”
第三节 反渗透过程传质机理
（一）溶解扩散理论
溶剂与溶质透膜的机理是由于溶剂与溶 质在膜中的溶解，然后在化学位差的推动力 下，从膜的一侧向另一侧进行扩散，直至透 过膜。
（二）优先吸附－毛细管流理论
• 该理论把反渗透膜看作一种微细多孔结构物 质，它有选择性吸附水分子而排斥溶质分子 的化学特性。 • 当水溶液同膜接触时，膜表面优先吸附水分 子，在界面上形成一层不含溶质的纯水分子 层 • 在外压作用下，界面水层在膜孔内产生毛细 管流连续地透过膜。
第二章
反渗透
本章主要内容
• • • • • • • 概述 反渗透的基本原理 反渗透过程传质机理 反渗透膜材料和分类 反渗透膜的制备 反渗透膜组件及装置 反渗透工艺流程及应用
第一节
概述
最早在1953年，美国里德(Reid)研究发现醋酸纤维素类膜具有 半透性； 1960年，Sourirajan与Loeb制成了世界上第一张具有高脱盐率、 高透水量的非对称醋酸纤维反渗透膜,并首次用于海水和苦咸 水的淡化工作； 1964年美国通用原子公司研制出螺旋卷式反渗透装置；1965 年美国加利福尼亚大学制造出管式膜组件，19 t/d； 1970年杜邦公司发明高效率芳香聚酰胺中空纤维反渗透器； 1980年，全芳香族聚酰胺复合膜及卷式膜组件问世； 1990年，中压、低压和超低压高脱盐聚酰胺复合膜； 1998年低污染膜扩大反渗透膜的应用范围
在沙特阿拉伯和科威特等西亚国家以及美国等发达国家有许 多大型反渗透海水淡化厂，淡水生产规模为几十~几百万t/d； 我国对反渗透技术的研究始于1965年．海水淡化工作中，反 渗透法作为一个重要研究项目取得了一定的进展．迄今，无 论是在膜材料的研制还是反渗透装置的研制方面都取得了可 喜成果
第二节 反渗透的基本原理
• 凡基于此原理所进行的浓缩或纯化溶液的分离方 法，一般称之为反渗透工艺 • 反渗透是渗透的一种反向迁移运动，它主要是在 压力推动下，借助半透膜的截留作用，迫使溶液 中的溶剂与溶质分开 • 半透膜实际上对任何组分都有透过性能，只是透 过速率相差很大，反渗透中溶剂透过速率远远高 于溶质，成为反渗透膜