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環(huán)境科學(xué)與技術(shù)

第３０卷第７期２００７年７月

反滲透在環(huán)境工程中的應(yīng)用

王海鳳，

相波，

李義久

２０００９２）

（同濟大學(xué)化學(xué)系，上海

摘

要：闡述了反滲透膜的分離機理（氫鍵理論，優(yōu)先吸附－毛細管流動模型，溶解－擴散模型，等），反滲透膜技術(shù)在環(huán)境工程（重金屬

膜分離機理；

環(huán)境工程

文章編號：１００３－６５０４（２００７）０７－０１０６－０３

廢水，垃圾滲濾液和印染廢水處理）中的應(yīng)用，以及膜集成工藝處理廢水的概況，并對反滲透膜技術(shù)的研究和發(fā)展方向進行了展望。

關(guān)鍵詞：反滲透；中圖分類號：Ｘ７０３

文獻標(biāo)識碼：Ａ

人類發(fā)現(xiàn)滲透現(xiàn)象已有２００多年的歷史，反滲透技術(shù)已成為海水、苦咸水淡化的主要手段，是超純水和純水制備的優(yōu)選技術(shù)�，F(xiàn)在反滲透過程的分離濃縮作用已被利用于食品、醫(yī)藥的濃縮、凈化、水軟化、污染控制以及水再生和廢液的回收利用。本文主要介紹反滲透膜分離的機理及其在環(huán)境工程中的應(yīng)用。

型把半透膜看作是一種完全致密的中性界面。水和溶質(zhì)通過膜是分為兩個階段完成的。第一個階段是水和溶質(zhì)首先吸附溶解到膜材質(zhì)表面上；第二階段是水和溶質(zhì)在膜中擴散傳遞，最后通過膜。在溶解擴散過程中，，擴散是控制步驟。溶解擴散模型比較合理地闡明了溶劑透過的推動力是壓力，溶質(zhì)透過的推動力是濃差擴散的結(jié)果。

１反滲透膜的分離機理

反滲透膜是反滲透系統(tǒng)中最重要的組件，主要分為

１．４其他學(xué)說

非荷電膜與荷電膜。下面介紹主要的幾種透過機理。

Ｄｏｎｎａｎ［４］平衡模型：用來解釋荷電膜的排鹽機理，

主要是基于庫侖斥力。將帶有荷電基團的膜置于含鹽溶劑中時，溶液中的反離子（所帶電荷與膜內(nèi)固定電荷相反的離子）在膜內(nèi)濃度大于其在主體溶液中的濃度，而同名離子在膜內(nèi)的濃度則低于其在主體溶液中的濃度。由此形成的Ｄｏｎｎａｎ位差阻止了同名離子從主體溶液向膜內(nèi)的擴散，為了保持電中性，反離子也被膜截留。

偶聯(lián)流動理論：偶聯(lián)流動理論是由Ｋｅｄｅｍ等倡議的，他們認為膜內(nèi)的質(zhì)量傳遞過程主要是一種非平衡過程，每種組分的傳遞不僅受作用在那個組分上的熱力學(xué)力所決定，而且也受施加在所有其它組分上的力的影響，即所有傳遞動作都是偶聯(lián)的。

除以上反滲透膜分離理論外，還有篩網(wǎng)效應(yīng)學(xué)說，自由體積理論［５］，Ｋｅｄｅｍ－Ｋａｔｃｈａｌｓｋｙ模型，Ｓｐｉｅｇｌｅｒ－

１．１氫鍵理論［１－２］

氫鍵理論是由Ｒｅｉｄ等提出來的，此模型把醋酸纖

維膜看作是一種高度有序矩陣結(jié)構(gòu)的聚合物。當(dāng)水進入醋酸纖維膜的非結(jié)晶部分后，和羧基的氧原子發(fā)生氫鍵而構(gòu)成結(jié)合水。水分子能夠由一個氫鍵位置移動到另一個位置。當(dāng)外界施加壓力，水分子依次從上到下，通過一連串的形成氫鍵和斷裂氫鍵而不斷移位，很快傳遞通過聚合物，直至離開膜的表皮層，進入膜的多孔層。由于膜的多孔層含有大量毛細管水，水分子便能暢通無阻地由此通過。

１．２優(yōu)先吸附———毛細管流動模型

［３］

選擇吸附－毛細孔流機制主要是由Ｓｏｕｒｉｒａｊａｎ提出來的。此理論把反滲透膜看作是一種微細多孔結(jié)構(gòu)物質(zhì)，以吉布斯自由能吸附方程為基礎(chǔ)，此模型認為由于膜的化學(xué)性質(zhì)使膜對溶液中的溶質(zhì)具有排斥作用，結(jié)果靠近膜表面的濃度梯度急劇下降，從而在溶液－膜的界面上形成一層被膜吸附的純水層。純水層的厚度與界面性質(zhì)有較大的關(guān)系，一般為單分子層和多分子層，大約是一（０．５ｎｍ）到兩個分子的厚度。在反滲透壓力下，純水層中的水分子不斷通過反滲透膜，鹽類物質(zhì)則被膜排斥，離子的化合價越高，排斥效應(yīng)越強。

Ｋｅｄｅｍ［６－７］模型，摩擦模型［７］，擴散－細孔流模型［８］等。２

在環(huán)境工程中的應(yīng)用

由于反滲透膜分離法具有分離效率高，操作簡單，易于自動化，能耗低，占地面積小，運行費用低，工作溫度在室溫附近等優(yōu)點，隨著膜及膜組件性能的提高，反滲透技術(shù)逐步大量地被應(yīng)用到環(huán)保領(lǐng)域，如化工、石油化工、紡織工業(yè)、紙漿、造紙廠等廢水的處理。

１．３溶解－擴散模型

溶解－擴散模型由Ｌｏｎｓｄａｌｅ和Ｒｉｌｅｙ等提出。此模

２．１重金屬廢水處理

作者簡介：王海鳳（１９８２－），女，碩士，主要從事反滲透膜阻垢劑的研制及其性能研究，（手機）１３５８５７４４９５３（電子信箱）ｗａｎｇｈａｉｆｅｎｇｔ＠１６３．ｃｏｍ。

Ｏｚａｋｉ等［９］采用Ａｒｏｍａｔｉｃｐｏｌｙａｍｉｄｅ（ＥＳ２０）超低壓

反滲透膜分離稀溶液中的Ｃｕ２＋、Ｎｉ２＋和Ｃｒ６＋離子，結(jié)果表

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