海德能 反渗透 纳滤 基本原理.pdf

第三章 反渗透和纳滤的原理 3.1 反渗透和纳滤基础 3.1.1 膜与膜过程 膜在自然界中是广泛存在的，尤其在生物体内。但是人类首次注意到由生物膜引起 的渗透现象是在 1748 年，法国学者 Abbe Nollet （1700 – 1770）很偶然的发现包裹 在猪膀胱里的水可以自己扩散到膀胱外侧的酒精溶液中。法国植物学家 Henri Dutrochet （1776 – 1847）在 1827 年提出了 Osmosis （渗透）一词来定义Abbe Nollet 发现的现象。但是，这一现象并未能引起足够的重视，直到 1854 年英国科学 家 Thomas Graham （1805 – 1869）在实验中发现，放置在半透膜一侧的晶体会比胶 体更快的扩散到另一侧，并提出了 Dialysis （透析）的概念。这时人们才对半透膜产 生了兴趣，并由德国生物化学家 Moritz Traube （1826 – 1894）在 1864 年制造出了 人类历史上第一张人造膜——亚铁氰化铜膜。完整的渗透压理论直到 20 世纪才由荷 兰物理化学家 Vant Hoff （1852 – 1911）提出。后来，随着各个学科的不断发展，膜 分离现象也不断为人们发现并研究。1960 年，人类终于实现了从苦咸水中制取淡水 的梦想，工作于美国加利福尼亚大学洛杉矶分校（UCLA）的科学家Sidney Loeb （1917 – ）和Srinivasa Sourirajan （1923 – ）共同研制出世界第一张非对称醋酸纤 维素反渗透膜。从那时起的近半个世纪以来，膜分离技术，包括反渗透和纳滤，在世 界范围得到了广泛的发展和应用。表 3.1 列出了膜分离技术发展简史。 表 3.1 膜分离技术发展史 年代 科学家 成就 1748 Abbe Nollet 发现渗透现象 1827 Henri Dutrochet 引入名词 Osmosis 1855 Firch 扩散定律 1864 Moritz Traube 第一张人造膜——亚铁氰化铜膜 1870 – 1920 Preffer, Vant Hoff 渗透压力定律 1917 Kober 引入名词 Pervaporation （渗透汽化） 1920 Mangold, Michaels, Mobain 用赛璐珞和硝化纤维素膜观察到反渗透现象 1930 Teorell, Meyer, Sievers 膜电势——电渗析和膜电极的基础 1950 Juda, Mcrae 发明了电渗析 1960 Loeb, Sourirajan 相转化法制出反渗透非对称膜 1968 N.N.Li 发明液膜 随着膜材料、制膜方法以及膜应用的不断发展，膜分离技术逐渐成为分离技术大 家族中的重要成员。与传统的分离技术（例如：过滤、蒸馏、萃取、电泳和层析等） 相比，膜分离技术的分离精度高、易于操作和管理、在应用中对环境造成的二次污染 小。正是由于这些优点，膜分离技术在短短的半个世纪中就发展成为一种重要的单元 分离工艺，并且发展出若干具有不同特点和应用领域的膜分离过程。主要的膜分离过 程包括：微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）、反渗透（RO）、透析（DA）、 电渗析（ED）、电脱盐（EDI）、渗透汽化（PV）、膜萃取（ME）、膜蒸馏 （MD）、液膜技术（LM）和气体分离（GS）等。表3.2 将主要的膜分离过程做了分 类和介绍。按照这些膜分离过程所能分离物质的不同物理尺寸，我们可以画出分离谱 图，如图3.1 。 表 3.2 主要的膜分离过程 膜过程 驱动力