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  • 发表时间:2019-12-09 12:14:52
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  产品介绍
 
  反渗透又称逆渗透,一种以压力差为推动力,从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。因为它和自然渗透的方向相反,故称反渗透。根据各种物料的不同渗透压,就可以使用大于渗透压的反渗透压力,即反渗透法,达到分离、提取、纯化和浓缩的目的。
 
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  反渗透又称逆渗透,一种以压力差为推动力,从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。对膜一侧的料液施加压力,当压力超过它的渗透压时,溶剂会逆着自然渗透的方向作反向渗透。从而在膜的低压侧得到透过的溶剂,即渗透液;高压侧得到浓缩的溶液,即浓缩液。若用反渗透处理海水,在膜的低压侧得到淡水,在高压侧得到卤水。
 
  反渗透通常使用非对称膜和复合膜。反渗透所用的设备,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。由于反渗透过程简单,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;废水处理以及食品、医药工业、化学工业的提纯、浓缩、分离等方面。此外,反渗透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,不仅节约费用,而且还有利于环境?;?。反渗透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。
 
  基本原理
 
  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,稀溶液中的溶剂将自然的穿过半透膜,向浓溶液侧流动,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,达到渗透平衡状态,此种压力差即为渗透压,渗透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压的压力时,浓溶液中的溶剂会向稀溶液流动,此种溶剂的流动方向与原来渗透的方向相反,这一过程称为反渗透。
 
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  溶解-扩散模型
 
  Lonsdale等人提出解释反渗透现象的溶解-扩散模型。他将反渗透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,各自在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。其具体过程分为: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。由于膜的选择性,使气体混合物或液体混合物得以分离。而物质的渗透能力,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,这是因为溶质的分散是不均匀的,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
 
  醋酸纤维素(一种半透膜材料)是一种具有高度有序矩阵结构的聚合物,它具有与水或醇等溶剂形成氢键的能力,如图所示。盐水中的水分子能与醋酸纤维素半透膜上的羰基形成氢键。在反渗透压力推动的作用下,以氢键结合进入醋酸纤维素膜的水分子能够由个氢键位置断裂而转移到另一个位置形成另一个氢键。这些水分子通过一连串的形成氢键和断裂氢键而不断移位,直至离开膜的表皮层而进入多空性支撑层后,就很快地源源流出淡水。
 
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  机理模型
 
  统一的“干闭湿开”反渗透机理模型,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:不认为有孔。
 
  3.干闭湿开模型:上个世纪80,90年代,解释1和2模型的统一的现代贴切的逆渗透机理模型。既“干闭湿开”反渗透模型,统一了两个经典的反渗透机制模型,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。
 
  水处理应用
 
  与其他传统分离工程相比,反渗透分离过程有其独特的优势:(1)压力是反渗透分离过程的主动力,不经过能量密集交换的相变,能耗低;(2)反渗透不需要大量的沉淀剂和吸附剂,运行成本低;(3)反渗透分离工程设计和操作简单,建设周期短;(4)反渗透净化效率高,环境友好。因此,反渗透技术在生活和工业水处理中已有广泛应用,如海水和苦咸水淡化、医用和工业用水的生产、纯水和超纯水的制备、工业废水处理、食品加工浓缩、气体分离等。
 
  海水和苦咸水淡化
 
  20世纪60年代以来,反渗透脱盐已成为一种获取饮用水的重要途径,是解决淡水资源紧缺的一种有效方法。目前,反渗透脱盐技术主要应用在两个方面:海水淡化和苦咸水脱盐。
 
  海水淡化装置中约有30%是利用反渗透技术实现的,通过反渗透膜可除去海水中99%以上的盐离子,得到可饮用的淡水。以色列的反渗透海水淡化技术比较,2005年阿什克伦建造了当时上的反渗透海水淡化装置,产水量为3.3×105m3·d-1,占到以色列全部水需求量的15%,产水成本约为0.53美元·m-3。
 
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  苦咸水在我国北方地区分布较为广泛,含盐离子较多,可通过反渗透技术进行除盐淡化处理,达到饮用水标准。马莲河流域示范工程利用马莲河上游环江苦咸水资源,采用反渗透膜技术,建立1000m3·d-1苦咸水淡化工程,出水水质达到生活饮用水卫生标准,有效解决了环县城区5万居民饮水问题。何绪文、姚永毅、孙魏等均对苦咸水进行过反渗透处理的实验研究,系统脱盐率>95%,出水水质优于饮用水标准。
 
  海水和苦咸水淡化是反渗透技术的传统应用领域,目前存在的问题仍然是操作压力偏高,能耗较大,另外海水中的Cl-对反渗透膜也有较大的污染,阻碍了反渗透技术在该领域的进一步推广。目前,低压、低能耗、抗污染、抗氧化的反渗透膜正在积极的研发之中,以便从根本上解决现在存在的问题。
 
  纯水和超纯水的制备
 
  反渗透+混床水处理技术改进了原来的全离子交换制水工艺,运行期间,产水增加,水质改善,大幅度降低了制水成本。此外,许多科研人员均对反渗透+电去离子法制取纯水进行了实验研究,达到了预期结果,证实了反渗透+电去离子法制取高纯水的可行性。通过控制反渗透的级数可制取不同纯度脱盐水。随着反渗透级数的增加,脱盐水的纯度提高,但是出水量减少,水利用率降低,因此,反渗透装置连用一般不会超过二级,通常将反渗透与电去离子技术联用,不仅克服了反渗透出水不能除盐的不足,还可以提高电去离子装置的进水水质,防止电去离子设备损坏,提高整体净水效果。
 
  工业废水处理
 
  工业废水处理是除脱盐和纯水的制备领域外,反渗透技术应用多的一个领域。工业废水处理具有降低生产成本,?;せ肪?,实现废水资源化等多重意义。由于反渗透膜对进水要求较高,运用反渗透技术对废水进行深度处理时,往往还要结合沉降、混凝、微滤、超滤、活性炭吸收、pH调节等预处理工艺。

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