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膜的定义及分类
2006年5月29日 15:33  来源:中国水质网  

    一、膜的定义

    由于存在许多类型的膜和膜分离过程,很难给膜下一个很明确的定义。一般来说,膜可以定义为“膜是两相间的选择性屏障。当一种驱动力施加于膜时,物质即可从一相(给体,donor)传输至另一相(受体,acceptor),这种传输被称作通量。当某种物质的传输大于其他物质时即可达到分离的目的。显然,最理想的情况是某种物质完全从给体传输至受体,而其他组分被完全保留在给体中。

    二、膜和膜分离过程的分类

    依据不同的出发点,膜和膜分离过程可有不同的分类方法,各种分类方法又是相互关联的。本章仅介绍根据膜结构和膜分离机理的两种分类方法。

    按结构不同可将膜分为多孔膜和非孔膜。多孔膜是基于体积排斥(size—exclusion)原理进行分离的,即足够小的分子能透过膜而大分子则无法透过膜从而达到分离的目的。非孔膜则是一类由液体或聚合物薄膜组成的完全不同的膜,被分离的分子必须能溶解于膜中才能透过该膜。为此,化合物在溶液本体相和膜相间的分配系数是一个重要参数,而且对物质在膜中的传输起着十分重要的作用。非孔膜可被认为是一种选择性膜,只有那些容易从给体相萃取至膜相,且又容易从膜相反萃取至受体相的化合物才容易传输通过膜。化合物的分离也是基于液液萃取和反萃取的原理,即使大小相同的分子只要具有不同的物理化学性质就能被有效分离。离子交换膜是一个特例,这种膜是在聚合物膜上共价键合有带正电荷或负电荷的官能团,其分离不仅与分子体积有关,而且与分子的电荷有关,与膜带相同电荷的分子将被排斥。

    膜分离过程通常也可根据其驱动力进行分类口。最重要的驱动力为:产生分子通量(分子传输)的浓度梯度;产生电通量(电荷传输)的电势差;产生体积通量(液体或气体本体传输)的压力差。通常,在一种膜分离过程中有一个以上的驱动力起作用,但其中只有一种驱动力起主要作用。

    表4—1列出了一些常见的膜分离过程及其应用。渗析是溶质透过膜的过程,通过分子通量的差异达到分离的目的。电渗析是在电势差作用下,溶质传输通过膜的过程。渗透是溶剂穿透膜的过程,即溶剂从低溶质浓度传输到高溶质浓度的过程。电渗透则是在电场作用下,溶剂从膜的一侧传输至另一侧的过程。过滤是溶质和溶剂在压力差的作用下通过膜的过程。膜萃取则由于溶质在溶液和膜相间的溶解度不同而穿过膜的。气体分离是在压力差的作用下分离气体混合物的过程。蒸发则是在压力差的作用下分离液体混合物的过程。

    表4—1一些常见的膜分离过程及其应用

分离过程膜类别原理驱动力应用
渗析多孔体积排斥/扩散系数差异浓度梯度大分子和小分子间的分离
电渗析多孔体积排斥及选择性离子传输电势差水的脱盐
过滤多孔体积排斥压力差大分子和小分子间的分离
膜萃取非孔分配系数差异浓度梯度分离化学性质不同的物质
渗透多孔体积排斥/扩散系数差异浓度梯度水的脱盐
电渗透多孔体积排斥/扩散系数差异电势差水的脱盐

 
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