环境工程原理PPT第10章 其他分离过程.ppt

在微滤和超滤过程中采用的膜一般为多孔膜。 超滤膜的孔径在0.05?m至1nm，微滤膜孔径在10～0.05?m 超滤：主要分离生物大分子 微滤：主要分离悬浮物微粒、细菌等 微滤或超滤的基本分离过程主要有： ①在膜表面及微孔内被吸附（一次吸附）； ②在膜孔中停留而被去除（阻塞）； ③在膜面被机械截留（筛分）。 而一般认为物理筛分起主导作用 四、微滤和超滤 第三节 膜分离 通过微滤或超滤膜的水通量可由Darcy定律描述： 其中渗透系数Kw包括孔隙率、孔径（孔径分布）等结构因素及渗透液粘度的影响。 对于在多孔体系中的渗流的描述，可以参见多孔模型。 （一）分离过程的基本传递理论 第三节 膜分离 （10.3.24） （二）浓差极化与凝胶层 在超滤过程中，被膜所截留的通常为大分子，大分子溶液的渗透压较小，由浓度变化引起的渗透压变化对分离过程的影响不大，可以不予考虑。 第三节 膜分离 但超滤过程中的浓差极化对通量的影响则十分明显。 一旦膜投入运行，浓差极化现象不可避免，但是可逆的。 浓差极化和凝胶层形成现象 第三节 膜分离 达到稳态时超滤膜的物料平衡算式为： 从边界层透过膜的溶质通量 对流传质进入边界层的溶质通量 从边界层向主体溶液的扩散通量 根据边界条件：z=0, c=cb; z=?bl, c＝cm，积分上式可得： 第三节 膜分离 （10.3.25） （10.3.26） 当以摩尔分数表示时，浓差极化模型方程变为： 当xpxb和xm时，上式可简化为： 当胶体或大分子溶质在膜表面上的浓度超过其在溶液中的溶解度时，便会在膜表面形成凝胶层，此时的浓度称为凝胶浓度cg 。 一旦凝胶层形成后，渗透速率就与超滤压差无关。 浓差极化比，其值越大，浓差极化现象越严重。 第三节 膜分离 （10.3.27） （10.3.28） 对于有凝胶层存在的超滤过程，常用阻力模型表示。 若忽略溶液的渗透压，膜阻力为Rm、浓差极化层阻力为Rp及凝胶层阻力为Rg，则有： 由于RgRp，则： 第三节 膜分离 （10.3.29） （10.3.30） 对于微滤过程，可将沉积在膜表面上的颗粒层视为滤饼层。 可将滤饼层的阻力Rc取代式（10.3.29）中的凝胶层阻力Rg 。 第三节 膜分离 （一）电渗析过程的基本原理 五、电渗析 第三节 膜分离 电渗析中使用的是阳离子交换膜（简称阳膜，以符号CM表示）和阴离子交换膜（简称阴膜，以符号AM表示）。阴、阳离子交换膜具有带电的活性基团，能选择性地分别使阴离子或阳离子透过。 阴膜 阳膜 （二）电渗析中的传递过程 第三节 膜分离 电渗析中，反离子的迁移是主要的传递过程。但在电渗析的传递过程中，还存在其他复杂的传递现象。 ①同性离子迁移②电解质的浓差扩散③水的（电）渗析④压差渗漏⑤水的电解 （三）离子交换膜 第三节 膜分离 1.离子交换膜的种类 磺酸型阳膜的示意为： （1）按活性基团分类 阳离子交换膜（简称阳膜）、阴离子交换膜（简称阴膜）和特种膜。 季胺型阴膜的示意为： 基膜 活性基团 基膜 固定离子 可交换离子 基膜 活性基团 基膜 固定离子 可交换离子 第三节 膜分离 （2）按膜的结构分类 异相膜（或称非均相膜）： 容易制造，价格便宜，但选择性较差，膜电阻也大。 均相膜： 优良的电化学性能和物理性能，近年来离子交换膜的主要发展方向。 半均相膜 （3）按材料性质分类 有机离子交换膜和无机离子交换膜 第三节 膜分离 2.对离子交换膜的性能要求 （1）具有较高的选择透过性：这是衡量离子交换膜性能优劣的重要指标，其定义式为 式中： －阳膜对阳离子的选择透过率，％ －阳离子在溶液中的迁移数； －阳离子在阳膜内的迁移数，理想膜的 应等于1。 （10.3.36） 第三节 膜分离 （2）较好的化学稳定性 （3）较低的离子反扩散和渗水性 （4）较高的机械强度 （5）较低的膜电阻 第三节 膜分离 3.离子交换膜的选择透过机理 离子交换膜在化学性质上和离子交换树脂很相像，都是由某种聚合物构成的，含有由可交换离子组成的活性基团。 以阳离子交换膜为例： （四）电渗析过程中的浓差极化和极限电流密度 第三节 膜分离 边界层和主流层之间出现浓度差（Cb-Cm）。当电流密度增大到一定程度时，离子迁移被强化，使膜边界层内Cl-离子浓度Cm趋于零时，边界层内的水分子就会被电离成H+和OH-，OH-将参与迁移，以补充Cl-的不足。这种现象即为浓差极化现象。使Cm趋于零时的电流密度称为极限电流密度。 以NaCl溶液在电渗析中的迁移过程为例： （一）气体膜分离 六、其他膜分离 第三节 膜分离 气体膜分离是一种很简单的气体混合物的分离技术。常用的气体分离膜有多孔膜和致密膜