反渗透膜的工作原理图

发布网友发布时间：2024-10-17 18:13

共1个回答

热心网友时间：2024-10-25 21:55

当将相同体积的稀溶液和浓溶液分别置于一个容器的两侧，中间由半透膜隔开时，稀溶液中的溶剂会自然穿过半透膜向浓溶液侧移动，导致浓溶液侧的液面比稀溶液侧的液面高，形成一个压力差，即渗透压。如果在浓溶液侧施加一个大于渗透压的压力，溶剂会向稀溶液侧流动，这一过程称为反渗透。
关于反渗透过程的传质机理和模型，主要有三种学说：
1. 溶解-扩散模型：Lonsdale等人提出的这一模型认为，反渗透膜的活性表面层是致密无孔的，溶质和溶剂都能在膜表面层内溶解并扩散通过膜。溶质和溶剂的溶解度差异以及它们在膜中的扩散性差异影响了通过膜的速度。这一过程分为三个步骤：首先，溶质和溶剂在膜的料液侧表面吸附和溶解；其次，它们在膜的活性层中以分子扩散方式移动；最后，它们在膜的透过液侧表面解吸。
2. 优先吸附-毛细孔流理论：这种理论指出，当液体中溶解有不同种类的物质时，溶液的表面张力会发生变化。例如，水中溶解有机物质会减小表面张力，而溶解某些无机盐类可能会略微增加表面张力。当水溶液接触高分子多孔膜时，如果膜对溶质是负吸附而对水是优先正吸附，那么在膜与溶液界面上会形成一层纯水层。在外压作用下，这层纯水层可以通过膜表面的毛细孔流出，从而获得纯水。
3. 氢键理论：在醋酸纤维素中，由于氢键和范德华力的作用，膜中存在晶相区域和非晶相区域。晶相区域中的大分子之间通过牢固的氢键平行排列，而非晶相区域中的大分子之间则是无序的。水和溶质不能进入晶相区域。在醋酸纤维素分子附近，水与醋酸纤维素羰基上的氧原子形成氢键，形成所谓的结合水。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，结合水的占有率很低，孔的中央存在普通结构的水。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，通过不断的改变与醋酸纤维素形成氢键的位置来通过膜。
在压力作用下，溶液中的水分子与醋酸纤维素的活化点——羰基上的氧原子形成氢键，而原来的水分子形成的氢键被断开，水分子解离出来并随之移动到下一个活化点并形成新的氢键。这一系列的氢键形成与断开使得水分子离开膜表面的致密活性层并进入膜的多孔层。由于多孔层含有大量的毛细管水，水分子能够顺畅地流出膜外。