膜分离理论与技术讲稿.ppt

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1、关于膜分离理论与技术第一页，讲稿共一百零二页哦第二页，讲稿共一百零二页哦n4.1.1:膜及膜分离的定义膜及膜分离的定义:n膜膜:n狭狭义义:如如果果在在一一个个流流体体相相或或两两个个流流体体相相之之间间有有一一薄薄层层凝凝聚聚相相(polymerphase,madefrompolyolefin)把把流流体体分分开开,用用于于实现分离目的实现分离目的,这中间的凝聚相就叫膜这中间的凝聚相就叫膜.n广广义义:一一个个相相或或多多个个相相中中间间的的一一个个不不连连续续区区间间(discretemargin),用用于于实实现现分分离离目目的的.Asyntheticmembraneisaninterp

2、hasethatseparatestwophasesandrestrictsthetransportofchemicalspeciesinaspecificmanner.4.1:膜分离技术概述膜分离技术概述第三页，讲稿共一百零二页哦n膜的特点膜的特点:nAmembranemustbeSemi-permeable:nAmembranecanbe:nhomogeneousorheterogeneous,nsymmetricorasymmetricinstructure;nsolidorliquid;nneutral,ncarryeitherpositiveornegativecharges,nor

3、 have functional groups with specific binding orcomplexingabilities.nMembranethicknessrangesfromlessthan100nmtomorethan1cm.nMass transport through a membrane can occur via diffusion ofindividualmoleculesorconvectioninducedbynaconcentration,npressure,第四页，讲稿共一百零二页哦ntemperature,nOrelectricalpotentialgr

4、adient.n被膜分离的物质被膜分离的物质:nLiquid,ngaseous.n膜分离的定义膜分离的定义:nMembrane separation involves partially separating afeedcontainingamixtureoftwoormorecomponentsby use of a semipermeable barrier(the membrane)throughwhichoneormoreofthespeciesmovesfasterthananotherorotherspecies.第五页，讲稿共一百零二页哦n1:按膜性质分按膜性质分:n生物膜生物膜

5、:n细胞膜细胞膜,线粒体膜线粒体膜,液泡膜液泡膜.n合成膜合成膜:n有机膜有机膜,无机膜无机膜.n2:按结构分按结构分:nAlthoughsyntheticmembranesvarywidelyinphysicalstructureandfunction,theycanbeclassifiedconvenientlyinfivegroups:nmicroporousmembranes,nNon-PorousMembranes(homogeneousmembranes),nasymmetricmembranesnCarrierMembranes,nLiquidemulsionmembraneor

6、withselectivecarriernelectricallychargedbarriers,4.1.2:膜的分类膜的分类第六页，讲稿共一百零二页哦Non-PorousMembranesCarrierMembranesmicroporousMembranes第七页，讲稿共一百零二页哦n3:按分离过程分按分离过程分:nReverseosmosismembrane(ORM),nUltra-filtrationmembrane(UFM),nMicro-filtrationmembrane(MFM),nNano-filtrationmembrane(NFM),nDialysismembrane(D

7、M),nElectricdialysismembrane(EDM).n4.1.3:膜过程的推动力膜过程的推动力n1:Pressuredriven(Pressuregap)nReverseosmosis(OR),nUltra-filtration(UF),nMicro-filtration(MF),nNano-filtration(NF).nVapourizationpermeation(VP).第八页，讲稿共一百零二页哦n2:Non-pressuredrivennConcentration gradient(chemical potential gradient):Dialysis(D),nP

8、otentialgradient:Electricdialysis(ED)nConcentration gradient(chemical potential gradient,activetransfer):Liquidemulsiondialysis(LED).n4.1.4:膜分离过程中膜的作用膜分离过程中膜的作用n选择性透过选择性透过:n过滤过滤;n溶解溶解-扩散扩散;n优先吸附优先吸附;n氢键结合氢键结合;n主动运输主动运输.第九页，讲稿共一百零二页哦第十页，讲稿共一百零二页哦Schematicdiagramillustrating the modes ofmass transport

9、 in syntheticmembranes separating twohomogeneousphases:A)Passivetransport;B)Facilitatedtransport;C)ActivetransportA=componenttobetransported;B=carrier;m=chemicalpotential;superscripts()and(“)indicatethe two phases on the differentsidesofthemembrane.第十一页，讲稿共一百零二页哦4.1.5:膜分离过程的特点及适用性膜分离过程的特点及适用性n1:特点特点

10、:n无相变无相变,n不存在平衡关系不存在平衡关系,n过程简单过程简单,n常温操作常温操作,n能耗低能耗低,无污染无污染,n同样的过程可以解决不同的分离问题同样的过程可以解决不同的分离问题.n2:适用性适用性:n化学或物理性质相似化学或物理性质相似,但分子量不同的组分但分子量不同的组分,如蛋白质和多肽如蛋白质和多肽.n同分异构体同分异构体,n热敏性成分热敏性成分,酶酶,茶多酚茶多酚,香气成分香气成分.n大分子大分子.第十二页，讲稿共一百零二页哦4.2:膜及膜分离技术的发展膜及膜分离技术的发展渗透和半渗透的发现渗透和半渗透的发现(1748年，年，Nollet)扩散定律扩散定律(Fick),1855

11、渗析现象渗析现象(1861,Graham)渗透现象和渗透压渗透现象和渗透压(VantHoff)微孔过滤微孔过滤,超滤和反渗透超滤和反渗透1907,Backman)Donnan平衡平衡(1911)电解质和非电解质的反渗透电解质和非电解质的反渗透,1920s,Mangold膜电势膜电势1930s人工肾人工肾的发明的发明,1940s电渗析脱盐电渗析脱盐,血液透析血液透析电渗析技术电渗析技术,1950sSourirajan对膜的制备对膜的制备苦咸水淡化技术苦咸水淡化技术,1960s膜分离的工业化应用膜分离的工业化应用1970s新型膜及膜技术的开发新型膜及膜技术的开发第十三页，讲稿共一百零二页哦第十四页

12、，讲稿共一百零二页哦4.3:膜分离技术的分类膜分离技术的分类n4.3.1:Pressuredriven(Pressuregap)n1:Reverseosmosis(OR),去去除除具具有有高高渗渗透透压压的的小小分分子子,需高压需高压(4000-8000KPa)n2:Ultra-filtration(UF),去去除除小小分分子子,截截留留大大分分子子(300-500,000)需压力需压力(200-2000KPa)n3:Nano-filtration(NF).在在RO和和UF的的中中间间状状态态,去去除除分分子量大于子量大于200-500的有机分子的有机分子.n4:Vapourizationpe

13、rmeation(VP).气气体体渗渗透透的的推推动动力力为为分压差，常应用于空气中氧气的分离、富集分压差，常应用于空气中氧气的分离、富集.n5:Micro-filtration(MF).从从液液体体或或气气体体中中去去除除0.01-10 m的的粒子粒子:空气除菌空气除菌.n微微孔孔过过滤滤DeadendMF,过过滤滤方方向向与与压压力力方方向向相相同同,build-up,batchprocess,nA:Depthfiltration.nB:Surface-filtration第十五页，讲稿共一百零二页哦第十六页，讲稿共一百零二页哦第十七页，讲稿共一百零二页哦第十八页，讲稿共一百零二页哦Sch

14、ematicdiagramillustratingpressure-drivenmembraneseparationprocessesa)Particles;b)Macromolecules;c)Lowmolecularmasssolutes(microsolutes);d)Solvent;e)Gas.第十九页，讲稿共一百零二页哦Dead-end MF:depth filtrationnA：微孔过滤微孔过滤DeadendMF,过滤方向与压力方向相过滤方向与压力方向相同同,build-up,batchprocess,nA:Depthfiltration.nB:Surface-filtration

15、第二十页，讲稿共一百零二页哦Dead end MF:surface filtration第二十一页，讲稿共一百零二页哦Cross MFnB:微孔过滤微孔过滤CrossMF（错流微孔过滤）错流微孔过滤）,nobuild-up,continuousprocess,highfluxrateforlongperiodoftime.过滤方向与压力方向垂直过滤方向与压力方向垂直.第二十二页，讲稿共一百零二页哦n6:Gas-exchangeandseparation:nPorousmembrane,根根据据气气体体分分子子量量不不同同而而实实现现分分离离:Gasescanbeseparatedinmicro

16、porousaswellasinhomogeneousmembranes.Theselectivity of microporous membranesis generally ratherlowbecauseoftheKnudsendiffusiontransportmechanism;第二十三页，讲稿共一百零二页哦Schematicdiagramillustratinggasseparationp=pressurenNon-porousmembrane.根据气体过膜时对膜的溶解和扩散根据气体过膜时对膜的溶解和扩散的差异而进行分离的差异而进行分离.Underthedrivingforceof

17、ahydrostaticpressuredifference,somecomponentspermeatethe membrane,and the feedstream is splitinto a permeate and a retentate stream.If the membrane has ahigherpermeabilityforoneofthecomponentsinthefeedmixturethan for others,this component is enriched in the permeate anddepletedintheretentate.第二十四页，讲

18、稿共一百零二页哦Significantly higher selectivities can be obtained in homogeneousmembraneswheretransportisbasedonthesolutionanddiffusionofthecomponents in the membrane phase.Mass transport in asolutiondiffusionmembraneisillustratedinFigureandconsistsofthreesteps:1.sorptionofthecomponentsfromafeedmixtureacco

19、rdingtotheirpartitioncoefficientsbetweenthegasandpolymerphases;2.diffusionoftheindividualcomponentswithinthemembranephaseaccordingtotheiractivitygradients;and3.desorptionofthecomponentsfromthemembraneinthepermeablegasphase.第二十五页，讲稿共一百零二页哦Schematicdiagramillustrating three idealizedfeed and permeate

20、flowpatternsusedingasseparationsystemsA)perpendicularplug offeedandpermeate;B)Cocurrentplugflowoffeedandpermeate;C)Countercurrentplugflowoffeedandpermeate第二十六页，讲稿共一百零二页哦n*4.3.2:Non-pressuredrivenprocess:nElectrodialysis:electricalpotentialnLiquidemulsionseparation(LEM),Concentrationgradientandactive

21、carrier.nMembranereactor:nEnzyme-membranereactor(EMR)nCatalystmembranereactor(CMR)第二十七页，讲稿共一百零二页哦Schematicdiagramofelectrodialysisa)Cation-exchangemembrane;b)Anion-exchangemembrane第二十八页，讲稿共一百零二页哦Schematicdiagramillustratingpreparationofanemulsion-typeliquidmembranea)Liquidmembranephase;b)Strippingso

22、lution;c)Feedsolution第二十九页，讲稿共一百零二页哦第三十页，讲稿共一百零二页哦4.4:膜技术的应用领域膜技术的应用领域n水处理水处理:海水海水,苦咸水淡化苦咸水淡化,纯水的生产纯水的生产.n医药工业医药工业:药剂浓缩药剂浓缩,提纯提纯,人工肝人工肝,人工肾人工肾,人人工肺的制备工肺的制备.n食品工业食品工业:果蔬汁浓缩果蔬汁浓缩,饮料除菌及澄清饮料除菌及澄清,大豆大豆分离蛋白的制备分离蛋白的制备,乳制品处理乳制品处理,食品废水处理食品废水处理.n石油化工石油化工.n环境保护环境保护.第三十一页，讲稿共一百零二页哦4.5:膜的制备膜的制备n4.5.1:与膜过程有关的因素与膜

23、过程有关的因素:n待分离物质的性质待分离物质的性质,n膜的孔径膜的孔径,形状形状,梳密梳密n膜的分子结构膜的分子结构,n膜膜-组分之间的相互作用组分之间的相互作用,n膜的荷电性质膜的荷电性质.第三十二页，讲稿共一百零二页哦n4.5.2:按结构分类的膜按结构分类的膜nMembrane must have a high permeability tocertaintypesofmolecules.Membranestructuresconsistofthefollowingbasictypes:nmicroporousmembranes,nNon-PorousMembranes(homogeneo

24、usmembranes),nSymmetricandasymmetricmembranesnCarrierMembranes,nLiquidemulsionmembraneorwithselectivecarriernelectricallychargedbarriers,第三十三页，讲稿共一百零二页哦4.5.3:PorousMembranesn用用途途:Porousmembranesareusedinmicrofiltrationandultrafiltration.n孔孔径径大大小小:The dimension of thepores(0.110 m).n空隙率空隙率:80%,107个个/

25、cm2.n分分离离效效果果主主要要取取决决与与膜膜孔孔及及组组分分的的分子大小分子大小.nHigh selectivities can be obtainedwhenthesizeofthesoluteislargerelative to the pore size in themembrane.PorousMembranes第三十四页，讲稿共一百零二页哦4.5.3.1:微孔膜的制备微孔膜的制备n制膜材料制膜材料:n溶质溶质:高分子聚合物高分子聚合物,如乙酸纤维素如乙酸纤维素,聚烯烃类聚烯烃类,壳聚糖等壳聚糖等.n溶剂溶剂:甲酸甲酸,乙酸乙酸,丙酸丙酸,甲醇甲醇,乙醇多种有机酸乙醇多种有机酸.

26、n添加剂添加剂:PEG,PVP,NaCl,酶酶,催化剂催化剂.n制膜方法制膜方法:n烧结法烧结法:氧化铝、氮化硅、碳、钨、镍、铝及多种有机高分子氧化铝、氮化硅、碳、钨、镍、铝及多种有机高分子等微细粉末在高温下烧结而成。孔径越过等微细粉末在高温下烧结而成。孔径越过1 m，可用于气体、，可用于气体、液体中微粒分离液体中微粒分离.n相转化法相转化法:溶解溶解浇铸浇铸凝胶化凝胶化相转化相转化(获得非对称性膜获得非对称性膜)n拉伸均相法拉伸均相法:熔融熔融挤出成膜挤出成膜延伸退火延伸退火拉伸拉伸n痕迹刻蚀法痕迹刻蚀法:均相聚合成膜均相聚合成膜U235辐射辐射刻蚀刻蚀洗涤成膜洗涤成膜.膜组织膜组织膜孔膜孔

27、第三十五页，讲稿共一百零二页哦Schematicdiagramillustratingpreparationofcapillaryporemembranesbytracketchinga)Radiationsource;b)Polymerfilm;c)Radiationtrack第三十六页，讲稿共一百零二页哦Scanningelectronmicrographofasintered(烧结)membranepreparedfromaluminumoxidepowder第三十七页，讲稿共一百零二页哦Schematicdiagramofthefiltrationcharacteristicsofsy

28、mmetric(A)andasymmetric(B)membranes第三十八页，讲稿共一百零二页哦Schematicdrawingofthecrosssectionofanasymmetricmembrane第三十九页，讲稿共一百零二页哦Scanningelectronmicrographsofcrosssectionsofasymmetricmembranesshowingtypical“finger”structure(A,polysulfone),a“sponge”structurewithgradedporesizedistribution(B,polyamide)andastruc

29、turewithuniformporesizedistribution(C,polyamide)第四十页，讲稿共一百零二页哦Schematicdiagramshowingthestructureofanasymmetriccompositemembrane第四十一页，讲稿共一百零二页哦Scanningelectronmicrographshowinganasymmetriccompositemembranewithpolydimethylsiloxane（聚二甲基硅氧烷）astheselectivelayerdepositedonapolysulfonesupport第四十二页，讲稿共一百零二

30、页哦Scanningelectronmicrographofthesurfaceofamicroporouspolypropylene（聚丙烯）membraneprecipitatedbythermalgelationfromahothomogeneouspolymersolution.第四十三页，讲稿共一百零二页哦Scanningelectronmicrographofthesurfaceofamicroporouscellulosenitratemembranepreparedfromahomogeneouspolymersolutionbyprecipitationwithwaterva

31、por.第四十四页，讲稿共一百零二页哦Scanningelectronmicrographofamembranepreparedbystretchinganextrudedpolytetrafluoroethylene（PTFE，聚四氟乙烯）filmperpendiculartothedirectionofextrusion。第四十五页，讲稿共一百零二页哦Scanningelectronmicrographofthesurfaceofacapillaryporepolycarbonate（聚碳酸酯）membrane第四十六页，讲稿共一百零二页哦Membranematerial*Poresize

32、,mManufacturingprocessApplicationCeramic,metal,orpolymerpowder0.120pressingandsinteringofpowdermicrofiltrationHomogeneouspolymersheets(PE,PTFE)0.510stretchingofextrudedpolymersheetsmicrofiltration,burndressings,artificialbloodvesselsHomogeneouspolymersheets(PC)0.0210tracketchingmicrofiltrationPolyme

33、rsolution(CN,CA)0.0015phaseinversionmicrofiltration,ultrafiltration,sterilizationTable2.Microporousmembranes,theirpreparationandapplicationPE=polyethylene;PTFE=polytetrafluoroethylene;PC=polycarbonate;CN=cellulosenitrate;CA=celluloseacetate.第四十七页，讲稿共一百零二页哦4.5.4:Non-PorousMembranesnThesemembranesarec

34、apableofseparatingmoleculesofthesamesize,gasesaswellasliquids.n用途用途:Non-porousmembranesaremainlyusedinROprocess,UF.n孔孔径径大大小小:Thedimensionofthepores(510).孔孔结结构构用用电电子子显显微微镜难以观察镜难以观察.n空隙率空隙率:10%.n厚薄厚薄:50-50000.由结晶部分与非定型部分组成由结晶部分与非定型部分组成.nThe transport is determined by thesolution-diffusionmechanism,whi

35、chmeansthatcomponentsfirstmustdissolveintothemembraneandthendiffusethroughthemembraneduetoadrivingforce.nSeparationisduetodifferencesindiffusivityand/orsolubility.第四十八页，讲稿共一百零二页哦(1)将将含含有有一一定定乙乙醚醚基基值值的的乙乙酸酸纤纤维维按按比比例例加加进进溶溶剂剂和和添添加加剂剂中，充分混合，配成浇注液。中，充分混合，配成浇注液。(2)流流延延成成膜膜配配制制好好的的注注膜膜液液经经压压滤滤和和脱脱气气泡泡后后，在

36、在一一定定的的温温度度与与湿湿度度下下，以以流流延延法法在在平平滑滑的的玻玻璃璃板板表表面面上上刮刮制制成成具具有有一一定定形状和厚度的液膜形状和厚度的液膜(3)蒸蒸发发使使制制成成的的液液膜膜在在上上操操择择作作条条件件下下，静静置置一一定定时时间间，让溶剂蒸发让溶剂蒸发第四十九页，讲稿共一百零二页哦第五十页，讲稿共一百零二页哦Non-PorousMembranes H2O or solvent salt or other minerals第五十一页，讲稿共一百零二页哦nThe representative membrane materials and applications arelis

37、tedinfollowingtable.npolyacrylonitrile聚丙烯腈，聚丙烯腈，polyimide聚酰亚胺聚酰亚胺第五十二页，讲稿共一百零二页哦4.5.5:Ionexchangemembranen离子交换膜离子交换膜:n阳离子（阳离子（cation-exchangemembranes）交换膜交换膜,用于交换阳用于交换阳离子离子.n阴离子固定基团阴离子固定基团n阳离子交换基团阳离子交换基团n阴离子交换膜（阴离子交换膜（anion-exchangemembranes）,用于交换阴离用于交换阴离子子.n阳离子固定基团阳离子固定基团n阴离子交换基团阴离子交换基团R-SO3H+(Na+)

38、R-N+(CH3)3-OH-(Cl-)固定基团固定基团解离离子解离离子解离离子解离离子固定基团固定基团磺酸型阳离子交换膜磺酸型阳离子交换膜(阳膜阳膜)活性基团活性基团季胺型阴离子交换膜季胺型阴离子交换膜(阴膜阴膜)活性基团活性基团第五十三页，讲稿共一百零二页哦Thetypeandconcentrationoffixedionicchargesdeterminethepermselectivityandelectricalresistanceofthemembraneandalsoinfluenceitsmechanicalproperties.Thedegreeofswellingisaffe

39、ctedbytheconcentrationoffixedcharges.Thefollowinggroupsareusedasfixedchargesincation-exchangemembranes:Inanion-exchangemembranes,fixedchargesmaybe第五十四页，讲稿共一百零二页哦Homogeneousion-exchangemembranescanbepreparedbythreebasicprocedures:1.Polymerizationorpolycondensationofmonomers2.Introductionofanionicorca

40、tionicmoietiesintoapreformedfilm3.Introductionofanionicorcationicmoietiesintoapolymer,followedbyfilmcasting.第五十五页，讲稿共一百零二页哦Structureofacation-exchangemembrane:a)Polymermatrixwithnegativefixedcharges;b)Positivecounterions;c)Negativeco-ions.第五十六页，讲稿共一百零二页哦4.5.6:液膜液膜(Liquidemulsionmembrane,LEM)n液膜构成液膜构

41、成:n成膜溶剂成膜溶剂,n油溶性溶剂油溶性溶剂n水溶性溶剂水溶性溶剂n表面活性剂表面活性剂:促进膜过程乳化和选择性分离的作用促进膜过程乳化和选择性分离的作用.n添加剂添加剂:提高膜的稳定性提高膜的稳定性.n载载体体:载载体体的的作作用用是是使使分分离离组组分分与与载载体体在在液液膜膜的的一一端端形形成成结结合合体体，然然后后在在液液膜膜中中扩扩散散，及及至至扩扩散散至至液液膜膜的的另另一一侧侧时时将将分分离离组组分分释释放放，载体再返回与其他分离组分结合。载体再返回与其他分离组分结合。n成膜的方法：成膜的方法：n将将成成膜膜剂剂倒倒入入分分离离液液中中，高高速速搅搅拌拌使使之之乳乳化化，乳乳化

42、化液液外外层层即即为为液液膜膜,液液膜膜分分油油包包水水型型和和水水包包油油型型两两类类。水水溶溶性性分分离离液液采采用用油油溶溶性性成成膜膜剂剂，乳乳化化后后形形成成油油包包水水型型液液膜膜；油油溶溶性性分分离离液液则则采采用用水水溶溶性性成成膜膜剂剂，形形成成水水包包油油型型液液膜膜。液液膜膜厚厚度度约约为为110 m,乳化液的液滴直径为乳化液的液滴直径为0.05-0.2mm。第五十七页，讲稿共一百零二页哦Schematicdrawingofsupported(A)andunsupported(B)liquidmembranesa)Aqueousphase;b)Poroussupport;

43、c)Liquidmembrane第五十八页，讲稿共一百零二页哦Schematicdiagramillustratingpreparationofanemulsion-typeliquidmembranea)Liquidmembranephase;b)Strippingsolution;c)Feedsolution第五十九页，讲稿共一百零二页哦CarrierMembranes第六十页，讲稿共一百零二页哦第六十一页，讲稿共一百零二页哦第六十二页，讲稿共一百零二页哦4.6:RO和和UF的分离过程机理及工艺的分离过程机理及工艺n4.6.1:反渗透现象反渗透现象:n平衡平衡(equilibrium):n

44、C1=C2,P1=P2;n 1=2,1=2n渗透渗透(osmosis)nC1C2,P1=P2;n 1 2n渗透平衡渗透平衡(osmoticequilibrium)nC1C2,P1P2;n P=,n反渗透反渗透(reverseosmosis)nC1P2;n P ,H2O12P111222H2OnC1=C2,P1=P2;n 1=2,1=2nC1C2,P1=P2;n 1 2nC1C2,P1 2n P=nC1P2;n P ,1 2n P 第六十三页，讲稿共一百零二页哦Theosmoticpressureisapproximatedbythefollowingrelation:wherecsissolu

45、te concentration,Rthegasconstant,Ttheabsolutetemperature,andgtheosmoticcoefficient;gisacorrectionfactorforthenonidealbehaviorofasolution,onlyforanidealsolutiondoesgapproachunity.反渗透的两个必要条件反渗透的两个必要条件:1:半透膜半透膜2:操作压力操作压力渗透压渗透压.第六十四页，讲稿共一百零二页哦n4.6.2:膜过程中的膜过程中的几种传递现象几种传递现象:n1:溶剂溶剂(水水)在在压力差的作用压力差的作用下通过膜的传

46、下通过膜的传导导.n2:溶质在压力溶质在压力差及浓度差的差及浓度差的作用下通过膜作用下通过膜的传导的传导;n3:膜的高压侧膜的高压侧由于浓差极化由于浓差极化现象现象,溶质由溶质由边界层向主体边界层向主体溶液的扩散现溶液的扩散现象象.a)Particles;b)Macromolecules;c)Lowmolecularmasssolutes(microsolutes);d)Solvent;第六十五页，讲稿共一百零二页哦Schematicdiagramillustratingtheconcentrationprofileofcomponentsretainedbythemembraneinthef

47、ilmmodel.第六十六页，讲稿共一百零二页哦Schematicdiagramillustratingthetransportmechanismofcomponentsretainedbythemembraneandaccumulatedinagellayerfromthemembranesurfacebackintothebulksolution第六十七页，讲稿共一百零二页哦4.7:膜的透过机理膜的透过机理n4.7.1:氢键理论及结合水空穴有序扩散模型氢键理论及结合水空穴有序扩散模型(Ried等提出等提出)n1:膜材料必须是亲水性的，能与水形成氢键。如醋酸纤维素膜膜材料必须是亲水性的，能与

48、水形成氢键。如醋酸纤维素膜(无孔无孔)，由于氢键和范德华力的作用大分子之间是牢固结合，由于氢键和范德华力的作用大分子之间是牢固结合的，形成晶相区域和非晶相区域。的，形成晶相区域和非晶相区域。n2:在非晶相区，水与醋酸纤维素羰基上的氧原子形成氢键，形成在非晶相区，水与醋酸纤维素羰基上的氧原子形成氢键，形成所谓的所谓的“结合水结合水”。引起水分子熵值的极大下降，类似于冰的构。引起水分子熵值的极大下降，类似于冰的构造。造。n3:在结合水中依靠氢键与膜保持紧密结合的称为一级结合水，在结合水中依靠氢键与膜保持紧密结合的称为一级结合水，保持较松散结合的称为二级结合水。保持较松散结合的称为二级结合水。n4:

49、一级结合水的介电常数很低，对离子无溶剂化作用，离子不能一级结合水的介电常数很低，对离子无溶剂化作用，离子不能进入一级结合水透过膜。二级结合水的介电常数与普通水相同，进入一级结合水透过膜。二级结合水的介电常数与普通水相同，离子可以进入并透过膜。理想的膜表面只存在一级结合水。离子可以进入并透过膜。理想的膜表面只存在一级结合水。n5:与醋酸纤维不能形成氢键的离子或分子不能透过结合水区与醋酸纤维不能形成氢键的离子或分子不能透过结合水区域域,能和膜产生氢键结合的离子或分子能和膜产生氢键结合的离子或分子(如水、酸等如水、酸等)可以进可以进入结合水区域，并进行迁移，通过膜。入结合水区域，并进行迁移，通过膜。

50、第六十八页，讲稿共一百零二页哦n6:在在压压力力作作用用下下，溶溶液液中中的的水水分分子子和和醋醋酸酸纤纤维维素素的的羰羰基基上上的的原原子子形形成成氢氢键键，而而原原来来水水分分子子间间形形成成的的氢氢键键被被断断开开，水水分分子子解解离离出出来来和和碳碳基上的原子形成新的氢键。基上的原子形成新的氢键。这这样样连连续续的的氢氢键键形形成成与与断断开开，使使水水分分子子进进入入膜膜的的多多孔孔层层，由由于于多多孔孔层层含含有有大大量量的的毛毛细细管管水水水水分分子子能能畅畅通通流流出出膜膜外外。这这种种离离子子或或分分子子的的迁迁移移称称为孔穴扩散。为孔穴扩散。n但但氢氢键键理理论论忽忽略略了