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纯水层厚度与溶液性质及膜表面的化学性质有关

时间:2019-10-23 查看:132
内容摘要:纯水层厚度与溶液性质及膜表面的化学性质有关,理论计算为(510)X10或0.51.Onm(相当于12个水分子层)。 对于高分子多孔膜,在施加的外压力,即O压力作用下,在膜表面面上形成厚度为1个水分子厚(0.5nm)的纯水层,盐类溶质则被排斥离开膜面,化合价愈高的被排...
纯水层厚度与溶液性质及膜表面的化学性质有关,理论计算为(510)X10或0.51.Onm(相当于12个水分子层)。
对于高分子多孔膜,在施加的外压力,即O压力作用下,在膜表面面上形成厚度为1个水分子厚(0.5nm)的纯水层,盐类溶质则被排斥离开膜面,化合价愈高的被排斥愈远。实际的膜表面层具有大小不同的极细孔隙,孔隙为纯水层厚度一倍(约1nm)的孔径,称为膜的临界孔径,该孔径具有理想的脱盐性能。当膜表层孔径在临界范围以内时,孔隙周围的水分子就会在外力的推动下,通过孔隙源源不断地流出纯水,达到脱盐的目的,如图822所示。当膜的孔隙大于临界孔径时,透水性增加,但盐分容易从孔隙中漏过,导致脱盐率下降。
优先吸附一毛细管流理论建立的传递方程,包括水的流动传递、溶质的扩散传递和边界层的薄膜理论,基本内容如下:
水通量 九=A!X(Ap—A) (881)
透过液h2oh2oh2o1、H,0H,0 H,0
1在膜界面处的流动层厚度
2.界面上膜的临界孔径
图822优先吸附毛细管流模型
 
盐通量 人=胃(C1—C2) (882)
式中—膜的水通量cm3/(cm2.s);
J* 膜的盐通量mg/(cm2.s);
Ap膜的纯水渗透常数;
AP…两侧外压力差MPa;
Ajt——两侧渗透压差;MPa;q、c2—两侧盐浓度mg/cm3;
Ds——膜的盐分扩散系数cm2/s;
1 膜厚度cm;
K一膜内外溶质分配平衡常数。
式中PWP表示在净操作压力AP、有效膜面积S条件下,单位时间内的纯水透水量;
水的分子量。
常数反映了膜的纯水透过性,即表示在未发生浓差极化时的纯水透过速率,与溶质无关。该理论认为膜是有孔的,说明A是膜总孔隙度的一个量度。
同时八,也反映了膜的压实效应,即在施加的压力下,高分子多孔膜均具有某种程度的压实,孔隙率发生变化。八:值与压力、温度的影响关系如下:
AtocA。Xexp(― (水温了一定) (884)
A!X"w=々(施加压力厶一定) (885)
上两式中:A。、a。——常数;k——常数;
——水的黏度。
式(884)表明,随压力增加,A值下降。
式(885)表明,随温度升高,水的黏度减少,A值增加。
定义为溶质迁移参数,是()膜与水质体系的一个基本量,它是膜材料性质、表面平均孔径和水质的函数,反映了控制O迁移的平衡效应(膜表面附近的优先吸附性)和动态效应(水和盐分通过膜孔的流动性)。对于给定的膜,胃或1相对较小,表明膜表面的平均孔径相对较小,意味着透过膜的盐分较少,即膜的分离率或脱盐率较高。
在膜表面的平均孔径很小时(A值小),只要膜表面层足够坚硬,则在一个很宽的压力范围内,ft可视为一常数。在平均孔径很大时(A值大),&与压力的影响关系如下:
 
式(886)表明,随压力增加,胃值下降,膜的脱盐率上升。同样,在给定压力下,&与温度的影响关系如下:
式中々为常数;:为溶液温度。
式(887)表明,随温度升高,胃值升高,膜的脱盐率下降。
另外,溶质迁移参数胃与盐份浓度和流速无关,将维持一个常数。
该模型提出有其理论依据,而传质公式是基于试验给出的,公式推导中的一些假设,仅限于一定的条件,有其适应性。