RELATEED CONSULTING
相关咨询
选择下列项目马上在线沟通
服务时间:9:30-18:00
你可能遇到了下面的问题
关闭右侧工具栏
什么是反渗透?
  • 作者:三鲨科技
  • 发表时间:2017-03-23 16:20
  • 来源:未知

反渗透渗出又称逆渗透渗出,一种以压力差为推动力,从溶液中分离出溶剂的膜分离操纵。由于它和天然渗透渗出的方向相反,故称反渗透渗出。根据各种物料的不同渗透渗出压,就可以使用大于渗透渗出压的反渗透渗出压力,即反渗透渗出法,达到分离、提取、纯化和浓缩的目的。

1 简介 编纂


反渗透渗出又称逆渗透渗出,一种以 压力差为推动力,从溶液中分离出溶剂的 膜分离操纵。对膜一侧的料液施加压力,当压力超过它的渗透渗出压时,溶剂会逆着天然渗透渗出的方向作反向渗透渗出。从而在膜的低压侧得到透过的溶剂,即渗透渗出液;高压侧得到浓缩的溶液,即浓缩液。若用反渗透渗出处理海水,在膜的低压侧得到淡水,在高压侧得到 卤水。


反渗透渗出时,溶剂的渗透渗出速率即液流能量 为:


= (Δ -Δ )


式中 为水力渗透渗出系数,它随温度升高稍有增大;Δ 为膜两侧的静压差;Δ 为膜两侧溶液的渗透渗出 压差。稀溶液的渗透渗出压 为:


=


式中 为溶质分子电离天生的离子数; 为溶质的 摩尔浓度; 为摩尔气体 常数; 为绝对温度。


反渗透渗出通常使用非对称膜和复合膜。反渗透渗出所用的设备,主要是 中空纤维式或卷式的 膜分离设备。


反渗透渗出膜能截留水中的各种 无机离子、胶体物质和大分子溶质,从而取得净制的水。也可用于大分子有机物溶液的预浓缩。因为反渗透渗出过程简朴,能耗低,近20年来得到迅速发展。现已大规模应用于海水和苦咸水(见 卤水)淡化、锅炉用水软化和废水处理,并与 离子交换结合制取高纯水,其应用范围正在扩大,已开始用于乳品、果汁的浓缩以及生化和生物制剂的分离和浓缩方面。


反渗透渗出技术通常用于海水、苦咸水的淡水;水的软化处理;废水处理以及食物、医药产业、化学产业的提纯、浓缩、分离等方面。此外,反渗透渗出技术应用于预除盐处理也取得较好的效果,能够使离子交换树脂的负荷减轻松90%以上,树脂的再生剂用量也可减少90%。因此,不仅节约用度,而且还有利于环境保护。反渗透渗出技术还可用于除于水中的微粒、有机物质、胶体物,对减轻离子交换树脂的污染,延长使用寿命都有着良好的作用。


2 基本原理 编纂
把相同体积的稀溶液(如淡水)和浓液(如海水或盐水)分别置于一容器的两侧,中间用半透膜阻隔,稀溶液中的溶剂将天然的穿过半透膜,向浓溶液侧活动,浓溶液侧的液面会比稀溶液的液面高出一定高度,形成一个压力差,达到渗透渗出平衡状态,此种压力差即为渗透渗出压,渗透渗出压的大小决定于浓液的种类,浓度和温度,与半透膜的性质无关。若在 浓溶液侧施加一个大于渗透渗出压的压力时,浓溶液中的溶剂会向稀溶液活动,此种溶剂的活动方向与原来渗透渗出的方向相反,这一过程称为反渗透渗出。


溶解-扩散模型


Lonsdale等人提出解释反渗透渗泛起象的溶解-扩散模型。他将反渗透渗出的活性表面皮层看作为致密无孔的膜,并假设 溶质和溶剂都能溶于 均质的非 多孔膜 表面层内,各安闲浓度或压力造成的化学势推动下扩散通过膜。溶解度的差异及溶质和溶剂在膜相中扩散性的差异影响着他们通过膜的能量大小。其详细过程分为:第一步,溶质和溶剂在膜的料液侧表面外吸附和溶解;第二步,溶质和溶剂之间没有相互作用,他们在各自化学位差的推动下以 分子扩散方式通过 反渗透渗出膜的活性层;第三步,溶质和溶剂在膜的透过液侧表面解吸。


在以上溶质和溶剂透过膜的过程中,一般假设第一步、第三步进行的很快,此时透过速率取决于第二步,即溶质和溶剂在化学位差的推动下以分子扩散方式通过膜。因为膜的选择性,负气体混合物或液体混合物得以分离。而物质的渗透渗出能力,不仅取决于扩散系数,并且决定于其在膜中的溶解度。


优先吸附—毛细孔流理论


当液体中溶有不同种类物质时,其 表面张力将发生不同的变化。例如水中溶有醇、酸、醛、脂等 有机物质,可使其表面张力减小,但溶入某些无机盐类,反而使其表面张力稍有增加,这是由于溶质的分散是不平均的,即溶质在溶液 表面层中的浓度和溶液内部浓度不同,这就是溶液的 表面吸附现象。当水溶液与高分子 多孔膜接触时,若膜的化学性质使膜对 溶质 负吸附,对水是优先的 正吸附,则在膜与溶液界面上将形成一层 被膜吸附的一定厚度的纯水层。它在外压作用下,将通过膜表面的毛细孔,从而可获取纯水。


氢键理论


在醋酸纤维素中,因为氢键和范德华力的作用,膜中存在晶相区域和非晶相区域两部门。大分子之间存在牢固结合并平行排列的为晶相区域,而大分子之间完全无序的为非晶相区域,水和溶质不能进入晶相区域。在接近 醋酸纤维素分子的地方,水与醋酸纤维素羰基上的氧原子会形成氢键并构成所谓的 结合水。当醋酸纤维素吸附了第一层水分子后,会引起水分子熵值的极大下降,形成类似于冰的结构。在非晶相区域较大的孔空间里,结合水的据有率很低,在孔的中心存在普通结构的水,不能与醋酸纤维素膜形成氢键的离子或分子则进入结合水,并以有序扩散方式迁移,通过不断的改变和醋酸纤维素形成氢键的位置来通过膜。


在压力作用下,溶液中的水分子和醋酸纤维素的活化点——羰基上的氧原子形成氢键,而原来水分子形成的氢键被断开,水分子解离出来并随之移到下一个活化点并形成新的氢键,于是通过一连串的氢键形成与断开,使水分子离开膜表面的致密活性层而进入膜的多孔层。因为多孔层含有大量的毛细管水,水分子能够畅通流出膜外。


3 机理模型 编纂
同一的“干闭湿开”反渗透渗出机理模型 有几个经典模型


1.优先吸附毛细孔模型:弱点干态膜 电镜下,没发现孔。湿态膜标本不是电镜的样品。


2.溶解扩散模型:不以为有孔。


3. 干闭湿开模型:上个世纪80,90年代, 邓宇等提出的,能够解释1和2模型的同一的现代最贴切的 逆渗透渗出机理模型。既“干闭湿开”反渗透渗出模型,同一了两个最经典的反渗透渗出机制模型,细孔模型, 溶解扩散模型。即


膜干时, 膜孔收缩致密, 孔隙闭合,电镜下看不到制成干态备镜检的干 膜;


膜湿时,膜材料溶胀,膜的孔隙被溶剂溶胀, 孔打开。合并就是 “干闭湿开” 脱盐模型。


4 宏大设想 编纂
寻找海水淡化新技术

非加压渗透渗出吸附法(90年代)

非加压吸附渗透渗出 海水淡化法,或称为“ 正向渗透渗出法”,让水通过多孔膜正向渗透渗出进入一种超强吸水的 吸附剂或盐浓度甚至超过海水的溶液或固态物,不需要外界加压,但溶液里的特殊盐分"提取液"很轻易蒸发,不需要加太多的热(加热能与反渗透渗出加压的能量比?)。分固态盐、液态盐方向。固态盐解吸附耗能更小。

海水淡化技术:非加压吸附渗透渗出海水淡化法:上个世纪90年代 邓宇的发明,《美国化学文摘》收录。

另外两种方法都在 薄膜结构上有了立异和改进

碳纳米管薄膜

一种用碳纳米管来做薄膜的小孔,另一种

活细胞的蛋白质膜


薄膜的孔用引导水分子通过 活细胞的细胞膜的蛋白质来构成。


5 应用范围 编纂
太空水、 纯清水、蒸馏水等制备; 酒类制造及降度用水; 医药、电子等行业用水的前期制备; 化工工艺的浓缩、分离、提纯及配水制备; 锅炉补给水除盐 软水; 海水、 苦咸水淡化; 造纸、电镀、印染、食物等行业用水及 废水处理;城市污水深度处理。


以 高分子分离膜为代表的 膜分离技术作为一种新型、高效流体分离 单元操纵技术,30年来取得了令人瞩目的飞速发展,已广泛应用于国民经济的各个领域。


6 应用现状 编纂
在各种膜分离技术中, 反渗透渗出技术是近年来海内应用最成功、发展最快、普及最广的一种。估计自1995年以来,反渗透渗出膜的使用量每年均匀递增20%;扼守旧的统计,1999年产业反渗透渗出膜元件的市场供给量为8英寸膜6000支,4英寸膜26000支。2000年和2001年的市场更为强劲,膜用量一年比一年有较大幅度的进步。据估算,反渗透渗出技术的应用已创造水处理行业全年10亿人民币以上的产值。


海内反渗透渗出膜产业应用的最大领域仍为大型锅炉补给水、各种产业纯水,饮用水的市场规模次之,电子、半导体、制药、医疗、食物、饮料、酒类、化工、环保等行业的应用也形成了一定规模。


反渗透渗出膜最新进展


超低压膜 因为节省电耗和降低相关机械部件的压力等级引起材料费下降等长处,自1999年以来超低压膜的应用比重日益增大,这在以使用4英寸膜为主的小型装置中应用最为凸起,大型装置中应用超低压膜也呈上升趋势,目前使用超低压膜的最大装置的产水量为650吨/小时。


低污染膜 膜污染是反渗透渗出应用中的最大危害。现在已有几种抗污染机能强、使用寿命长、清洗频度低且易清洗的低污染膜问世。


负电荷,现已有膜厂家开发出表面带正电荷的低压复合膜,这种膜主要应用于制备高电阻率的高纯水系统中。日今日东电工公司出产的正电荷膜ES10C已在半导体行业的三级 反渗透渗出系统中实现10-15兆欧电阻率的高纯水;韩国现代电子公司的3个出产厂的合计终极产水800吨/小时的三级反渗透渗出系统的产水电阻率为8-9兆欧;上海某半导体厂的170吨/小时的三级反渗透渗出系统也达到上述指标。另外,在海内几个制药厂的5-20吨/小时规模的两级反渗透渗出系统中也实现了反渗透渗生产水电阻率为1.7-3兆欧。


耐高温、食物级、卫生级反渗透渗出膜 普通水处理用反渗透渗出膜的使用温度均为0-45摄氏度,但在需要耐90摄氏度高温杀菌的特殊场合,可使用耐高温、耐化学药品的反渗透渗出膜。此外,各种有特殊膜元件结构的食物级或卫生级的反渗透渗出膜也开始在海内应用。


7 最新进展 编纂
国外已有日产水量10万吨级的反渗透渗出 海水淡化装置,目前正在运行的大型卷式膜海水淡化装置的单性能力为日产水量6000吨。海内已建和在建的反渗透渗出海水淡化装置日产水量350-1000吨,国外单段反渗透渗出海水淡化的水利用率最高达45%,海内多为35%,另外海内渔船上装载的反渗透渗出海水淡化膜多用直径为2.5英寸的小型膜元件。目前海内批量出产海水淡化装置的公司不超过10家,在河北建设的日产水量18000吨的“ 亚海水”脱盐装置是海内最大的使用海水淡化膜的 反渗透渗出装置。今后海内海水淡化膜的应用将进入一个新时期,不久的将来,我国也会建设日产水万吨级的海水淡化装置。此外海内已开始贸易出产海水淡化反渗透渗出膜元件。


8 挫折攻克 编纂
主要难题是研制价格便宜、不乱、长期受压无损的反渗透渗出膜 。中国从21世纪初开始把握自主反渗透渗出膜出产技术,在国家的鼎力支持下,将该计划列入国家计委高新技术工业化重点发展专项计划,由国家海洋局下的杭州水处理研究开发中央的子公司——杭州北斗星膜制品有限公司承担并研发成功。目前反渗透渗出膜市场95%为入口膜,国产膜只占据了5%左右的市场,中国的反渗透渗出技术还有很长的路要走。