反渗透的传质机理是什么

① 膜分离的介绍

膜分离是在20世纪初出现，20世纪60年代后迅速崛起的一门分离新技术。膜分离技术由于兼有分离、浓缩、纯化和精制的功能，又有高效、节能、环保、分子级过滤及过滤过程简单、易于控制等特征，因此，目前已广泛应用于食品、医药、生物、环保、化工、冶金、能源、石油、水处理、电子、仿生等领域，产生了巨大的经济效益和社会效益，已成为当今分离科学中最重要的手段之一。

② 化学：在硝化反应过程中，有一个词叫“传质”

传质是以质量传递为主要理论基础、用于各种均相混合物分离的单元操作。气液两相间的传质强度取决于分子与湍流的扩散速度，可以用一般传质公式表示： u=dG／dt=KF·△C
其中： u：传质速度，可用在t时间内从气相传入液相的臭氧量G确定，即dG／dt。
K：传质系数，
F：气相与液相的接触表面积，
△C传质过程中的动力，
可用臭氧在实际情况下与平衡时的浓度差决定(即水中臭氧浓度与臭氧源中臭氧浓度差别越大，传质速度越大)。早在公元前，人们就知道从矿石中提取金属和从植物中提取药物的方法，这些是传质分离过程最早的应用。在近代化学工业的发展过程中，传质分离过程起了特别重要的作用。例如：经传质分离制得纯净的氮氢混合气,使合成氨的工业生产成为可能;将原油分离制得各种燃料油、润滑油和石油化工原料，后者是石油化工的基础；同样，没有分离提纯制得高纯度的乙烯、丙烯、丁二烯、氯乙烯等单体，就不可能生产出各种合成树脂、合成橡胶和合成纤维。几乎没有一个化工生产过程是不需要对原料或反应产物进行分离和提纯的。用来作为传质分离装置的高耸塔群是化工厂最醒目的标志，而且传质分离过程的应用不限于化学工业的范围，例如核工业用各种分离方法提取核燃料，并对其废弃物进行后处理。可以说在现代生活中，从航天飞机到核潜艇、从生物化工到环境保护，都离不开对混合物的分离。
按物理化学原理，工业常用的传质分离操作可分为平衡分离过程和速率分离过程两大类：
平衡分离过程 借助分离媒介（如热能、溶剂和吸附剂），使均相混合物系统变成两相系统，再以混合物中各组分在处于相平衡的两相中不等同的分配为依据而实现分离。根据两相的状态可分为：①气（汽）液传质过程，如蒸馏、吸收等；②液液传质过程，如萃取；③气（汽）固传质过程，如吸附、色层分离、参数泵分离等；④液固传质过程，如浸取、吸附、离子交换、色层分离、参数泵分离等。
平衡时组分在两相中的浓度关系，可以用相平衡比（或分配系数）Ki表示：
式中yi和xi分别表示组分i在两相中的浓度。对于x和y相的命名，按习惯把吸收、蒸馏中的气相或汽相称为y相，把萃取中的萃取液作为y相。一般说,相平衡比取决于两相的特性以及物系的温度和压力。i和j两个组分的相平衡比Ki和Kj之比值称为分离因子αij：
在某些传质分离过程中，分离因子往往又有专门名称。例如：在蒸馏中称为相对挥发度；在萃取中称为选择性系数。一般将数值大的相平衡比Ki作分子,故αij大于1。只要两组分的相平衡比不相等（即αij≠1），便可采用平衡分离过程加以分离，αij越大就越容易分离。大多数系统的相平衡比和分离因子都不大，一次接触平衡所能达到的分离效果很有限，需要采取多级逆流操作来提高分离效果。为适应各种不同的系统以及操作条件和分离要求，要相应地使用多种不同类型的传质设备。
速率分离过程 在某种推动力（浓度差、压力差、温度差、电位差等）的作用下，有时在选择性透过膜的配合下，利用各组分扩散速度的差异实现组分的分离。这类过程所处理的原料和产品通常属于同一相态，仅有组成上的差别。速率分离方法可分为：①膜分离，如超过滤、反渗透、渗析和电渗析等。②场分离，如电泳、热扩散、超速离心分离等。
膜分离与场分离的区别是：前者用膜分隔两股流体，后者则是不分流的。不同类型的速率分离过程，分别应用不同的设备，并采用不同的方法进行设计计算和操作控制。
展望 传质分离过程中的蒸馏、吸收、萃取等一些具有较长历史的单元操作已经应用很广，并进行过大量的研究，积累了丰富的操作经验和资料。但在进一步深入研究这些过程的机理和传质规律，开发高效的传质设备,研究和掌握它们的放大规律,改进设备的设计计算方法等方面，仍有许多工作要做。传质分离过程的能量消耗,常构成单位产品能耗的主要部分,因此降低传质分离过程的能耗，受到普遍重视。膜分离和场分离是一类新型的分离操作，在处理稀溶液和生化产品的分离、节约能耗、不污染产品等方面，已显示出它们的优越性。研究和开发新的分离方法，各种分离方法联合使用以提高效益，以及利用化学反应来进行分离等都是很值得重视的发展方向。

③ 膜技术练习题（求高手解）

接上

单选填空
1透析膜是（ ）膜。
疏水膜 荷电膜 亲水膜 离子交换膜
2 透析过程的推动力（ ）。
压力差 浓度差 速率差 电位差
3. 人工肾是（ ）膜过程。
膜吸收 超滤 透析 膜萃取
4. 蛋白质脱盐可以采用 （ ）。
超滤 微滤 透析 膜生物反应器
5.电渗析采用的膜是（ ）。
疏水膜 荷电膜 亲水膜 离子交换膜
6. 电渗析过程的推动力是（ ）。
压力 范德华力 浓度差 直流电场
7. 电渗析的主要应用领域（ ）。
苦咸水淡化 血液透析 共沸精馏 氢气回收
8. （ ）不能进行脱盐。
反渗透 离子交换 电渗析 超滤
9. 渗透汽化是以（ ）推动力。
压力差 组分的蒸汽压差 浓度差 电位差
10. 渗透蒸发采用（ ）膜。
疏水膜 透析 亲水膜 离子交换膜
11.（ ）不是提高渗透蒸发推动力的方法。
低压侧抽真空 低压侧冷凝 溶剂吸收 降低料液温度
12. 共沸物分离可以采用（ ）过程。
超滤 透析 电渗析 渗透蒸发
13.膜分离过程是以（ ）性透过膜为分离介质，当膜两侧存在某种推动力时，把物质分开的过程。
溶解 选择 渗透 扩散
14. 膜两侧的推动力不包括（ ）。
压力差 浓度差 电位差 温度差
15. 溶解-扩散模型解释的气体透过膜的控制步骤 是（ ） 。
气体与膜的接触 气体在膜表便的解吸 气体在膜表面的溶解 气体在膜内的扩散
16 （ ）不是典型的气体分离膜的材质。
聚砜 聚酰亚胺 聚丙烯 聚二甲基硅氧烷
17. 原料气与透过气的三种流型中，逆流可获得最大的分离效果，因为其( ).
剪切力最小 浓差极化严重 平均推动力最大 流动阻力最小
18. 以一选择透过溶剂的膜将溶剂与溶液分开，左侧为溶剂，右侧为溶液，（ ）是反渗透。
右侧溶剂向左侧传递 左侧溶剂向右侧传递 右侧溶质向左侧传递 左侧溶质向右侧传递
19. 反渗透传质机理可以用“优先吸附-毛细孔流动”模型解释，该模型认为反渗透膜材料为（ ）。
荷电膜 疏水膜 离子交换膜 亲水摸膜
21. 超滤和微滤是利用膜的筛分性质以（ ）为传质推动力。
渗透压 压力差 扩散 静电作用
22. 超滤和微滤的通量（ ）。
与压力成反比与料液粘度成正比 与压力成正比与料液粘度成正比
与压力成正比与料液粘度成反比 与压力成反比与料液粘度成反比
23. 溶质的相对分子质量相同时，（ ）分子的截留率最大。
线状 球形 带有支链 网状
24. 溶质的相对分子质量相同时，（ ）分子的截留率较低。
线状 球形 带有支链 网状
25. 两种以上溶质共存时与单一溶质存在的截留率相比要（ ）.
高 低 无变化 低很多
26. 当pH（ ）溶质在膜表面形成的凝胶极化层最大。
大于溶质等电点 小于溶质等电点 等于等电点 等电点附近
27. 真实截留率和表观截留率在（ ）时相等。
出现浓差极化 不存在浓差极化 料液浓度很大 料液浓度很低
28. 菌体分离可以选择____。
A 超滤 B 反渗透 C 微滤 D 电渗析
29. 孔径越大的微滤膜，其通量____。
A 下降速度越快 B 下降速度越慢 C 上升速度越快 D 上升速度越慢
30膜表面的流速增大,则____。
A 浓度极化减弱，截留率增加 B 浓度极化减弱，截留率减小
C 浓度极化增强，截留率增加 D 浓度极化增强，截留率减小
孔径越大的微滤膜，其通量____。
A 下降速度越快 B 下降速度越慢 C 上升速度越快 D 上升速度越慢
2.纳滤膜截留的分子为纳米级而得名，一般可截留______。
A. 单价离子 B. 二价离子 C. 三价离子 D. 分子
3．_____过程可以用“孔模型”解释其传质机理。
A．气体分离 B．超滤 C．反渗透 D．纳滤
4．从制作成本和装填密度的角度考虑，选择_______组件是适宜的。
A．卷式 B．中空纤维 C．毛细管式 D．平板式
5．反渗透的前处理通常需要加FeCl3 进行絮凝，目的是去除水中的______。
A．胶体 B．金属氧化物 C．微生物 D．有机污染物
6．膜过程中动力消耗最大的是______过程。
A．纳滤 B．气体分离 C．微滤 D．反渗透
10．聚丙烯中空纤维膜采用_______制备。
A．相转化法 B．溶液浇铸法 C．熔融挤压法 D．湿纺

反渗透的分离对象主要是（ ）亲和结合作用消失。
A．离子 B．大分子
C．粒子 D．小分子
23．超滤膜主要用于（ ）的分离。
A．菌体 B．细胞
C．电解质溶液 D．不含固形物
24．微滤主要用于（ ）的分离。
A．悬浮物 B．不含固形物
C．电解质溶液 D．蛋白质脱盐
．透析主要用于（ ）。
A．蛋白质脱盐 B．细胞分离
C．悬浮液分离 D．大分子物质分离
27．除去发酵液中的热原可选用（ ）。
A．超滤 B．微滤
C．反渗透 D．电渗析
28．蛋白质的回收与浓缩可选用（ ）。
A．超滤 B．微滤
C．反渗透 D．电渗析
29．孔径越大的微滤膜通量（ ）。
A．下降速度越快 B．下降速度越慢
C．上升速度越快 D．上升速度越慢
32．当压力较低膜面尚未形成浓差极化时，通量与压力成（ ）。
A．正比 B．反比
C．对数关系 D．指数关系
33．当压力逐渐增加，膜面形成浓差极化时，通量（ ）。
A．增加放缓 B．下降
C．维持不变 D．达到极大值
34．欲使溶质浓度高的一侧溶液中的溶剂透过溶质低的一侧时，在溶质浓度高的一侧（ ）。
A．施加压力大于渗透压 B．施加压力小于渗透压
C．施加压力等于渗透压 D．减压

④ 水分子是怎样透过反渗透膜的

形成氢键模型
膜的表面很致密，其上有大量的活化点，键合一定数目的结合水，这种水已失去溶剂化能力，盐水中的盐不溶于其中。进料中的水分子在压力下可与膜上的活化点形成氢键而缔合，使该活化点上其他结合水解缔下来，该解缔的结合水又与下面的活化点缔合，使该点原有的结合水解缔下来，此过程不断地从膜面向下层进行，就是以这种顺序型扩散，水分子从膜面进入膜内，最后从底层解脱下来成为产品水。而盐是通过高分子链间空穴，以空穴型扩散，从膜面逐渐到产品水中的，但该模型缺乏更多的关于传质的定量描述。
Donnan平衡模型
膜为固定负电荷型，据电中性原理及膜和溶液中离子化学位平衡，一般认为借助于排斥同离子的能力，荷电膜可用于脱盐，一般只有稀溶液，在压力下通过荷电膜时，有较明显的脱盐作用，随着浓度的增加，脱盐率迅速下降。二价同离子的脱除比单价同离子好，单价同离子的脱除比二价反离子的好。该理论以Donnan平衡为基础来说明荷电膜的脱盐，但Donnan平衡是平衡状态，而对于在压力下透过荷电膜的传质，还不能从膜、进料及传质过程等多方面来定量描述。
除上述模型，许多学者还提出不小另外的模型，如脱盐中心模型，表面力-孔流模型，有机溶质脱盐机理等

⑤ 水分子直径是0.4纳米,大于重金属离子的直径,饮水机所宣传的反渗透膜如何过滤重金属

你可能存在2个误区,其一金属离子在水溶液中大部分都不是单独的离子,而是水合金属离子（版多个水分子合1个金属离子呀）,所以你不要以为“怎么可能过滤了大的水分子而权截留下小的金属离子”.
其二反渗透膜其过滤作用只是一个方面,另外一个重要方面是膜是有选择性的,选择性的依据不只是分子大小,还有膜表面的溶解-扩散和优先吸附-毛细孔流等.
从反渗透过程的传质机理及模型来说,主要有三种模型学说：
一、现象学模型二、溶解-扩散模型 三、优先吸附-毛细孔流模型 四、摩擦模型 五、孔道模型
这5个模型都有不好解释的地方,都不是很完善.
你可以看看《膜分离技术基础》《反渗透过程的传质机理及模型》

⑥ 液膜传质机理有哪几种形式

溶质透过液膜的迁移过程，可以根据膜相中是否加入流动载体而分为促进迁移I型或促回进迁移II型传质答。
促进迁移I型传质，是利用液膜本身对溶质有一定的溶解度，选择性地传递溶质
促进迁移II型传质，是在液膜中加入一定的流动载体（通常为此溶质的萃取剂），选择性地与溶质在界面处形成络合物，然后此络合物在浓度梯度的作用下向内相扩散，至内相界面处被内相试剂解络（反萃），解离出溶质载体，溶质进入内相而载体则扩散至外相界面处再与溶质络合。这种形式，更大地提高了液膜的选择性及应用范围

⑦ 反渗透原理的技术基础

渗透膜早已存在于自然界中，但直到年，Nollet发现水能自然的扩散到装有酒精溶液的猪膀胱内，人类才发现了渗透现象。
自然的渗透过程中，溶剂通过渗透膜从低浓度向高浓度部分扩散;而反渗透是指在外界压力作用下，浓溶液中的溶剂透过膜向稀溶液中扩散，具有这种功能的半透膜称为反渗透膜，也称RO(Reverse Osmoses)膜。
世界上从反渗透过程的传质机理及模型来说，主要有三种学说：
1、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：第一步，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，一般假设第一步、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。
溶剂和溶质在膜中的扩散服从Fick定律，这种模型认为溶剂和溶质都可能溶于膜表面，因此物质的渗透能力不仅取决于扩散系数，而且取决于其在膜中的溶解度，溶质的扩散系数比水分子的扩散系数要小得多，因而透过膜的水分子数量就比通过扩散而透过去的溶质数量更多。
2、 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。
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两部分。大分子之间存在牢固结合并平行排列的为晶相区域，而大分子之间完全无序的为非晶相区域，水和溶质不能进入晶相区域。在接近醋酸纤维素分子的地方，水与醋酸纤维素羰基上的氧原子会形成氢键并构成所谓的结合水。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，在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，通过不断的改变和醋酸纤维素形成氢键的位置来通过膜。
在压力作用下，溶液中的水分子和醋酸纤维素的活化点——羰基上的氧原子形成氢键，而原来水分子形成的氢键被断开，水分子解离出来并随之移到下一个活化点并形成新的氢键，于是通过一连串的氢键形成与断开，使水分子离开膜表面的致密活性层而进入膜的多孔层。由于多孔层含有大量的毛细管水，水分子能够畅通流出膜外。

⑧ 用水吸收空气中的氨的传质过程为气膜控制么

双膜理论（two-film theory），是一经典的传质机理理论，于1923年由惠特曼（W.G.Whitman）和刘易斯（L.K.Lewis）提出，作为界面传质动力学的理论，该理论较好地解释了液体吸收剂对气体吸收质吸收的过程。理论论点气体吸收是气相中的吸收质经过相际传递到液相的过程。当气体与液体相互接触时，即使在流体的主体中已呈湍流，气液相际两侧仍分别存在有稳定的气体滞流层（气膜）和液体滞流层（液膜),而吸收过程是吸收质分子从气相主体运动到气膜面，再以分子扩散的方式通过气膜到达气液两相界面，在界面上吸收质溶入液相，再从液相界面以分子扩散方式通过液膜进入液相主体。针对气体吸收传质过程，双膜理论的基本论点如下： 双膜理论示意图1、相互接触的气、液两相流体间存在着稳定的相界面，界面两侧各有一个很薄的停滞膜，相界面两侧的传质阻力全部集中于这两个停滞膜内，吸收质以分子扩散方式通过此二膜层由气相主体进入液相主体；2、在相界面处，气、液两项瞬间即可达到平衡，界面上没有传质阻力，溶质在界面上两相的的组成存在平衡关系，即所需的传质推动力为零或气、液两相达到平衡。3、在两个停滞膜以外的气、液两相主体中，由于流体充分湍动，不存在浓度梯度，物质组成均匀。溶质在每一相中的传质阻力都集中在虚拟的停滞膜内。根据双膜理论，气、液相界面附近的浓度分布如右图所示。望采纳~谢谢~！！

⑨ 什么是纳滤膜元件

纳滤膜是膜分离的一个新领域，其分离特性介于反渗透和超滤之间，容许专某些无机盐（尤其是一价盐离子属）及有机溶剂部分或全部通过，具有反渗透和超滤无法替代的作用。超滤膜为多孔膜，传质过程以粘性流为主。反渗透和纳滤为无孔膜，传质机理为溶解-扩散方式。纳滤膜的特征是膜本体带有电荷性，在很低压力下仍具有较高的脱盐性能，截留分子量数百的膜可脱出无机盐。纳滤膜可用来软化水和水中的有害物质。
纳滤（NF)是近10年来发展相当快的一种膜技术，在水处理领域的应用预计近些年会有较大发展。