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把相同體積的稀溶液(如淡水)和濃液(如海水或鹽水)分別置于一容器的兩側,中間用半透膜阻隔,稀溶液中的溶劑將自然的穿過半透膜,向濃溶液側流動,濃溶液側的液面會比稀溶液的液面高出一定高度,形成一個壓力差,達到滲透平衡狀態,此種壓力差即為滲透壓,滲透壓的大小決定于濃液的種類,濃度和溫度,與半透膜的性質無關。若在濃溶液側施加一個大于滲透壓的壓力時,濃溶液中的溶劑會向稀溶液流動,此種溶劑的流動方向與原來滲透的方向相反,這一過程稱為反滲透

溶解-擴散模型

Lonsdale等人提出解釋反滲透現象的溶解-擴散模型。他將反滲透的活性表面皮層看作為致密無孔的膜,並假設溶質和溶劑都能溶于均質的非多孔膜表面層內,各自在濃度或壓力造成的化學勢推動下擴散通過膜。溶解度的差異及溶質和溶劑在膜相中擴散性的差異影響著他們通過膜的能量大小。其具體過程分為︰第一步,溶質和溶劑在膜的料液側表面外吸附和溶解;第二步,溶質和溶劑之間沒有相互作用,他們在各自化學位差的推動下以分子擴散方式通過反滲透膜的活性層;第三步,溶質和溶劑在膜的透過液側表面解吸。

在以上溶質和溶劑透過膜的過程中,一般假設第一步、第三步進行的很快,此時透過速率取決于第二步,即溶質和溶劑在化學位差的推動下以分子擴散方式通過膜。由于膜的選擇性,使氣體混合物或液體混合物得以分離。而物質的滲透能力,不僅取決于擴散系數,並且決定于其在膜中的溶解度。

優先吸附—毛細孔流理論

當液體中溶有不同種類物質時,其表面張力將發生不同的變化。例如水中溶有醇、酸、醛、脂等有機物質,可使其表面張力減小,但溶入某些無機鹽類,反而使其表面張力稍有增加,這是因為溶質的分散是不均勻的,即溶質在溶液表面層中的濃度和溶液內部濃度不同,這就是溶液的表面吸附現象。當水溶液與高分子多孔膜接觸時,若膜的化學性質使膜對溶質負吸附,對水是優先的正吸附,則在膜與溶液界面上將形成一層被膜吸附的一定厚度的純水層。它在外壓作用下,將通過膜表面的毛細孔,從而可獲取純水。

氫鍵理論

醋酸縴維素(一種半透膜材料)是一種具有高度有序矩陣結構的聚合物,它具有與水或醇等溶劑形成氫鍵的能力,如圖所示。鹽水中的水分子能與醋酸縴維素半透膜上的羰基形成氫鍵。在反滲透壓力推動的作用下,以氫鍵結合進入醋酸縴維素膜的水分子能夠由第一個氫鍵位置斷裂而轉移到另一個位置形成另一個氫鍵。這些水分子通過一連串的形成氫鍵和斷裂氫鍵而不斷移位,直至離開膜的表皮層而進入多空性支撐層後,就很快地源源流出淡水。

機理模型

統一的“干閉濕開”反滲透機理模型,有幾個經典模型︰

1.優先吸附毛細孔模型︰弱點干態膜電鏡下,沒發現孔。濕態膜標本不是電鏡的樣品。

2.溶解擴散模型︰不認為有孔。

3.干閉濕開模型︰上個世紀80,90年代,解釋1和2模型的統一的現代最貼切的逆滲透機理模型。既“干閉濕開”反滲透模型,統一了兩個最經典的反滲透機制模型,細孔模型,溶解擴散模型。即

膜干時,膜孔收縮致密,孔隙閉合,電鏡下看不到制成干態備鏡檢的干膜;

膜濕時,膜材料溶脹,膜的孔隙被溶劑溶脹,孔打開。合並就是“干閉濕開”脫鹽模型。


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