渗析和电渗析过程1教学课件.ppt

1、渗析和电渗析过程渗析和电渗析过程11 6I渗析过程 611渗析过程的定义和基本原理 渗析(D i a lys i s)过程是溶质分子借扩散作用透过膜，由浓溶液向稀溶液方向的传递过程，同时在反方向上还发生溶剂分子透过膜的扩散。2渗析过程的原理示意图如图6一l，在膜的一侧(A侧)通过原液，称为渗析液或渗余液，在膜的另一侧通过溶荆(或水)，称为渗出液或扩散液。3B B侧中的水根据扩散原侧中的水根据扩散原理透过膜向理透过膜向A A侧扩散，侧扩散，而而A A侧透析液中的溶质侧透析液中的溶质透过膜向透过膜向B B侧扩散，但侧扩散，但不同的溶质扩散速度不不同的溶质扩散速度不同，通常低分子比高分同，通常低分子

2、比高分子扩散得快，正是利用子扩散得快，正是利用不同溶质的不同扩散速不同溶质的不同扩散速度，使渗析液中的溶质度，使渗析液中的溶质得以分离。得以分离。在渗析过程中，浓度差在渗析过程中，浓度差是唯一的推动力。是唯一的推动力。4 渗析过程的膜可以是多孔的，也可以是均渗析过程的膜可以是多孔的，也可以是均质的，评价膜的参数一般包括透过性质的，评价膜的参数一般包括透过性(溶质和水溶质和水的透过性的透过性)、机械强度、生物适应性、有无溶出、机械强度、生物适应性、有无溶出物及灭菌难易等。物及灭菌难易等。渗析过程的传质速率方程为：N=KACLm -(61)式中：式中：N一传质速率一传质速率9s K一总传质系数一总

3、传质系数cms ;A一膜面积一膜面积cm2 CLm一膜两侧的对数平均浓度差一膜两侧的对数平均浓度差gm 3 5 总传质系数总传质系数K K，不仅与膜的性质有关，还与膜，不仅与膜的性质有关，还与膜两侧流体的流动状态有关，一般认为在膜两侧流两侧流体的流动状态有关，一般认为在膜两侧流体的主体中，没有传质阻力，物质通过两侧流体体的主体中，没有传质阻力，物质通过两侧流体的传质阻力集中于膜两侧的边界层中，渗析过程的传质阻力集中于膜两侧的边界层中，渗析过程中膜两侧边界层浓度分布如图中膜两侧边界层浓度分布如图6262，则总传质系，则总传质系数数K K与物质在两层液膜及膜中的传质系数与物质在两层液膜及膜中的传质

4、系数K Kl l，K K2 2和和KmKm有如下关系：有如下关系：l lK=lK=lKm+lKm+lK K l l+l+lK K 2 2 (62)(62)亦可写成阻力的形式，总阻力亦可写成阻力的形式，总阻力R R与在两液膜及与在两液膜及膜中的传质阻力膜中的传质阻力R R 1 1，R R 2 2和和RmRm的关系为：的关系为：R=Rm+R R=Rm+R l l+R+R2 2 (6-3)(6-3)6 不同的物质这三种阻力在总阻力中所占的不同的物质这三种阻力在总阻力中所占的百分比是不同的。百分比是不同的。Colion Colion曾考察了血液透析系统，得到的结曾考察了血液透析系统，得到的结果如图果如

5、图6 6一一3 3所示，对分子量较小的尿素来说，所示，对分子量较小的尿素来说，渗析膜的阻力占总阻力的渗析膜的阻力占总阻力的6 06 0;而对于分子量较大的而对于分子量较大的VB VB 1212来说却高迭来说却高迭9 O9 O。这样如果改进操作状态，减少两液膜的阻这样如果改进操作状态，减少两液膜的阻力，则有利于低分子物质的通过力，则有利于低分子物质的通过.786.1.26.1.2渗析过程的应用渗析过程的应用 渗析过程是最早被发现、研究和利用的膜分渗析过程是最早被发现、研究和利用的膜分离过程。离过程。但是由于浓度差是渗析过程唯一的推动力，但是由于浓度差是渗析过程唯一的推动力，渗析过程往往受体系本身

6、条件的限制：渗析过程往往受体系本身条件的限制：处理速度较慢，选择性较差；处理速度较慢，选择性较差；难以对物系进行较完全的分离，难以对物系进行较完全的分离，使之在工业中的使之在工业中的应用受到限制。应用受到限制。9 随着超滤技术的发展，渗析过程逐渐被超滤随着超滤技术的发展，渗析过程逐渐被超滤过程所代替，其应用领域在不断缩小。过程所代替，其应用领域在不断缩小。尽管如此，渗析过程在某些方面的应用中仍尽管如此，渗析过程在某些方面的应用中仍是一种有效的膜分离过程，原因在于它本身的一是一种有效的膜分离过程，原因在于它本身的一些特点：些特点：如渗析过程是在等温、等压的务件下操如渗析过程是在等温、等压的务件下

7、操作，接近于生物体内的膜分离过程；设备和装置作，接近于生物体内的膜分离过程；设备和装置较其它膜分离过程简单较其它膜分离过程简单;当处理一些高浓度蛋白当处理一些高浓度蛋白质溶液时质溶液时(百分之几以上百分之几以上)，由于浓差极化的原因，由于浓差极化的原因，应用超滤过程较因难，应用超滤过程较因难，此时应用渗析过程就比较适宜。此时应用渗析过程就比较适宜。10 渗析过程最典型、最多的应用是血液透析，渗析过程最典型、最多的应用是血液透析，即人工肾，用于从肾衰竭或尿毒症患者的血液即人工肾，用于从肾衰竭或尿毒症患者的血液中脱除尿素、尿酸、肌肝酸和其它蛋白代谢物，中脱除尿素、尿酸、肌肝酸和其它蛋白代谢物，以缓

8、解病情。以缓解病情。据报道，目前全世界用于血液透析的膜的总据报道，目前全世界用于血液透析的膜的总面积高达面积高达3535l O l O 7 7m2;m2;通过渗析过程净化的血液每年达通过渗析过程净化的血液每年达2 52 5亿升，亿升，仅在日本接受血液透析的患者已超过仅在日本接受血液透析的患者已超过8 8万人。万人。11n 血液透析血液透析(人工肾人工肾)的装置如图的装置如图6464，透析液，透析液的典型组成由表的典型组成由表6 6一一l l所示所示;n人体所需的成分采用与血液大体相同或更高人体所需的成分采用与血液大体相同或更高一些的浓度；一些的浓度；n准备由人体除去的成分则采用低一些的浓度，准

9、备由人体除去的成分则采用低一些的浓度，并调节成与正常人血液相同的渗透压，每次并调节成与正常人血液相同的渗透压，每次透析约透析约3_63_6小时小时;n需透析液需透析液l 0 Ol 0 O一一2 0 O2 0 O升。升。n透析过程中，血液成分与透析液成分变化如透析过程中，血液成分与透析液成分变化如图图6565所示。所示。1213141516n渗析器主要有板框式渗析器主要有板框式(K ill)(K ill)、螺旋卷式、螺旋卷式(K 0ff)(K 0ff)，如，如图图6666，和中空纤维式，如图，和中空纤维式，如图6767。17n血液渗析血液渗析(HD)(HD)过程通常不能有效地脱除中等分予量过程通

10、常不能有效地脱除中等分予量(5(5 002 0002 0，0 0 0)0 0 0)的尿毒素，长期使用，会使这些有的尿毒素，长期使用，会使这些有毒物质在血液中积累，因而又开发了另一种血液过滤毒物质在血液中积累，因而又开发了另一种血液过滤(HF)(HF)过程的人工肾，由于过程的人工肾，由于HFHF的透水量大的透水量大,又不具备再又不具备再吸收功能，所以吸收功能，所以必须对血液进行补液，以保持体液量必须对血液进行补液，以保持体液量的衡定的衡定.n图图6868为两种人工肾的示意图，两种人工肾的性能同为两种人工肾的示意图，两种人工肾的性能同肾小球的比较见表肾小球的比较见表62.62.n由于血液渗析与血液

11、过滤各有优缺点，可以将二者有由于血液渗析与血液过滤各有优缺点，可以将二者有机地结合起来，成为血液透析过滤机地结合起来，成为血液透析过滤(HDF)(HDF)，这三种血，这三种血液净化方法对血液中不同分子量溶质的透析效能见图液净化方法对血液中不同分子量溶质的透析效能见图69.69.18192021n 6.26.2电渗析过程电渗析过程n电渗析过程是一个电化学分离过程。电渗析过程是一个电化学分离过程。n在电渗析过程中，应用荷电膜，使溶液中的在电渗析过程中，应用荷电膜，使溶液中的离子在电位差推动力的作用下透过膜，而同离子在电位差推动力的作用下透过膜，而同溶剂和其它的不带电的组分分开。溶剂和其它的不带电的

12、组分分开。n电渗析广泛地应用于苦成水脱盐，在世界的电渗析广泛地应用于苦成水脱盐，在世界的某些地区电渗析是生产淡水的主要过程。某些地区电渗析是生产淡水的主要过程。n由于新开发的离子交换膜同原来的膜相比，由于新开发的离子交换膜同原来的膜相比，具有更高的选择性，更低的膜电阻，更好的具有更高的选择性，更低的膜电阻，更好的热稳定性、化学稳定性以及更好的机械强度，热稳定性、化学稳定性以及更好的机械强度，使电渗析过程已不仅仅限于在脱盐方面应用，使电渗析过程已不仅仅限于在脱盐方面应用，而已在食品、医药及化学工业的应用中引起而已在食品、医药及化学工业的应用中引起广泛的重视。广泛的重视。2223 在许多应用中，有

13、许多其它过程同电渗析过程相竞在许多应用中，有许多其它过程同电渗析过程相竞争，如蒸馏，离予交换，反渗透和色谱分离等过程。争，如蒸馏，离予交换，反渗透和色谱分离等过程。l 9 8 8 l 9 8 8年，全世界电渗析设备的总销售额超过年，全世界电渗析设备的总销售额超过l5l5 l 0 8 l 0 8美元。美元。虽然该过程的原理已被建立了虽然该过程的原理已被建立了5 05 0多年，但真正工业多年，但真正工业化的时间还不到二十年，最近十年的年销售额增长率为化的时间还不到二十年，最近十年的年销售额增长率为1 1 5 5左右，据有关专家预测，电渗析过程将会继续开发出左右，据有关专家预测，电渗析过程将会继续开

14、发出新的应用领域，市场的增长速度可能会超过现在增长的新的应用领域，市场的增长速度可能会超过现在增长的水平。水平。24n6 62 21 1电渗析过程的基本原理电渗析过程的基本原理n电渗析过程的原理示意图如图电渗析过程的原理示意图如图6 6一一1010所所示。在两电极之间交替放置着阴离子传示。在两电极之间交替放置着阴离子传递膜和阳离子传递膜递膜和阳离子传递膜.n其中，阳离子传递膜选择透过阳离子其中，阳离子传递膜选择透过阳离子;n而阴离予传递膜选择透过阴离子。而阴离予传递膜选择透过阴离子。25n在两种膜所形成的隔离室中充满含离子的水在两种膜所形成的隔离室中充满含离子的水溶液，如溶液，如NaC INa

15、C I溶液，溶液，n当加上直流电磕后，在电场的作用下，溶液当加上直流电磕后，在电场的作用下，溶液中的阳离子向阴极方向运动，这些阳离子容中的阳离子向阴极方向运动，这些阳离子容易透过带负电的阳离子传递膜，而易被带正易透过带负电的阳离子传递膜，而易被带正电的阴离子传递膜所阻挡；电的阴离子传递膜所阻挡；n同时溶液中的阴离子向阳极方向运动，这些同时溶液中的阴离子向阳极方向运动，这些阴离子容易透过带正电的阴离子传递膜，而阴离子容易透过带正电的阴离子传递膜，而易被带负电的阳离子传递膜所阻挡易被带负电的阳离子传递膜所阻挡。26n这种与膜所带电荷相反的离子透过膜的传递这种与膜所带电荷相反的离子透过膜的传递现象称

16、为反离子迁移。现象称为反离子迁移。n反离子迁移的结果使得在相邻的隔离室中交反离子迁移的结果使得在相邻的隔离室中交替出现高离子浓度溶液和稀离子浓度溶液，替出现高离子浓度溶液和稀离子浓度溶液，这样的隔离室分别被称为浓室和淡室。这样的隔离室分别被称为浓室和淡室。n然后可以从浓室中引出被浓缩的离子溶液，然后可以从浓室中引出被浓缩的离子溶液，而从淡室中引出脱除了部分离子的稀溶液。而从淡室中引出脱除了部分离子的稀溶液。27n在实际的电渗析系统中，一般把在实际的电渗析系统中，一般把2 O 2 O 0 040 O40 O块阴、阳离子传递膜与特制的块阴、阳离子传递膜与特制的隔板等部件装配起来，而形成隔板等部件装

17、配起来，而形成l 0 0l 0 02 2 0 00 0个隔离室。个隔离室。n从上述分析可知，电渗析过程完成的三从上述分析可知，电渗析过程完成的三个基本条件为：个基本条件为：直流电场，离子选择传直流电场，离子选择传递膜和含离子的被处理溶液。递膜和含离子的被处理溶液。2829n离子传递膜之所以对离子有选择透过作离子传递膜之所以对离子有选择透过作用，是由于膜中的孔隙和活性基团。用，是由于膜中的孔隙和活性基团。n膜中孔隙的孔径一般为几十埃到几百埃，膜中孔隙的孔径一般为几十埃到几百埃，为离子的透过提供了通道。为离子的透过提供了通道。n而膜中的活性基团，如磺酸型阳膜中的而膜中的活性基团，如磺酸型阳膜中的一

18、一S O S O 3 3H H，李胺型阴膜中的一，李胺型阴膜中的一N(C H N(C H 3 3)3 3 0H0H，在膜浸入水溶液时，会因膜的吸水，在膜浸入水溶液时，会因膜的吸水溶胀，发生解离，产生解离离子溶胀，发生解离，产生解离离子(或称或称反离子反离子)，并进入溶液，如，并进入溶液，如H+H+，0H-0H-，于，于是在膜上就留下了带一定电荷的固定基是在膜上就留下了带一定电荷的固定基团，如一团，如一S0-S0-3 3，一，一N N+(C H(C H 3 3)3 3 。30这些带电荷的固定基团会对溶液中的带这些带电荷的固定基团会对溶液中的带同种电荷的离予产生排斥作用，而对带同种电荷的离予产生排

19、斥作用，而对带并种电荷的离子产生吸引作用，并充许并种电荷的离子产生吸引作用，并充许其透过膜，而使膜具有对离子透过的选其透过膜，而使膜具有对离子透过的选择性，图择性，图61 l61 l即为电渗析膜具有离子即为电渗析膜具有离子选择透过性的示意图。选择透过性的示意图。3132n膜的这种选择透过性可用膜的这种选择透过性可用GibbsGibbsDonnanDonnan平衡来解释和估算，离子在膜内平衡来解释和估算，离子在膜内的传递速率则可用的传递速率则可用N e r n s tPla n N e r n s tPla n c kc k来表达。来表达。n在实际中，电渗析过程物质透过膜的传在实际中，电渗析过程

20、物质透过膜的传递十分复杂，以递十分复杂，以N aC lN aC l水溶液渗析过程水溶液渗析过程为例加以说明，见图为例加以说明，见图61 261 2，主要有以，主要有以下的几种物质传递过程：下的几种物质传递过程：3334n 1.1.反离子迁移，是电渗析过程的主要传递过反离子迁移，是电渗析过程的主要传递过程，使进料得以脱盐或浓缩。程，使进料得以脱盐或浓缩。n 2.2.同名离子迁移，是与膜中固定基团带相同同名离子迁移，是与膜中固定基团带相同电荷的离子透过膜的迁移。这是由于电渗析电荷的离子透过膜的迁移。这是由于电渗析膜的选择性不可能膜的选择性不可能l 00l 00，但与反离子迁移，但与反离子迁移量相比

21、，只有量很小的一部分同名离子在电量相比，只有量很小的一部分同名离子在电场和浓度梯度的作用下，透过膜发生迁移，场和浓度梯度的作用下，透过膜发生迁移，如阴离子透过阳膜，而阳离子透过阴膜。如阴离子透过阳膜，而阳离子透过阴膜。n同名离予的迁移降低了电渗析过程的效率。同名离予的迁移降低了电渗析过程的效率。35n 3 3电解质的渗析，亦称浓差扩散，是反离电解质的渗析，亦称浓差扩散，是反离子在膜两侧浓度差的作用下发生的逆电场力子在膜两侧浓度差的作用下发生的逆电场力方向的扩散，是由浓室向淡室的扩散，随着方向的扩散，是由浓室向淡室的扩散，随着浓室中溶液浓度的提高而扩散速度加快，同浓室中溶液浓度的提高而扩散速度加

22、快，同样降低了电渗析过程的效率。样降低了电渗析过程的效率。n 4 4水的渗透，随着电渗析过程的进行，淡水的渗透，随着电渗析过程的进行，淡水室中的水含量越来越大，会有越来越多的水室中的水含量越来越大，会有越来越多的水从淡室渗透至浓室，而导致淡水的损失。水从淡室渗透至浓室，而导致淡水的损失。365 5渗漏，在膜两侧压力差的作用下，造成高压侧溶液向渗漏，在膜两侧压力差的作用下，造成高压侧溶液向低压侧渗漏，从而降低了电渗析过程的效率。低压侧渗漏，从而降低了电渗析过程的效率。6 6水的电渗析，是由于膜的选择透过性及离子在膜内的水的电渗析，是由于膜的选择透过性及离子在膜内的迁移数大于它在溶液中的迁移数。迁

23、移数大于它在溶液中的迁移数。当操作电流密度增大到一定程度时，反离子迁移被强当操作电流密度增大到一定程度时，反离子迁移被强化，使膜附近界面内反离子浓度趋于零，从而逼迫淡化，使膜附近界面内反离子浓度趋于零，从而逼迫淡室中的水分子电离产生室中的水分子电离产生H+H+和和0H-0H-离子来负载电流，进离子来负载电流，进入浓室，这种水的电渗析现象称为电渗析过程的入浓室，这种水的电渗析现象称为电渗析过程的极化极化现象。现象。发生极化的最小电流密度称为极限电流密度发生极化的最小电流密度称为极限电流密度i ilimlim。37n上面的几种物质传递过程，只有反离子上面的几种物质传递过程，只有反离子迁移有利于电渗

24、析过程，应设法加强，迁移有利于电渗析过程，应设法加强，n而其它几种都会降低电渗析过程的效率，而其它几种都会降低电渗析过程的效率，应设法抑制。应设法抑制。3839n因此，从上面的分析可知，好因此，从上面的分析可知，好的电渗析膜应具备如下几个条的电渗析膜应具备如下几个条件，件，离子选择透过性要大，电离子选择透过性要大，电解质渗析量要小，渗水量要低，解质渗析量要小，渗水量要低，膜电阻要小，机械强度要大，膜电阻要小，机械强度要大，膜结构要均匀，而且成本要低膜结构要均匀，而且成本要低廉。廉。406 62 22 2电渗析膜的性能参数电渗析膜的性能参数 描述电渗析膜的具体性能参数主要有以下几种：描述电渗析膜

25、的具体性能参数主要有以下几种：1.1.交换容量：交换容量：电渗析膜的交换容量是指每克千电渗析膜的交换容量是指每克千膜所含活性基团的毫克当量数，单位膜所含活性基团的毫克当量数，单位m e qm e qg g，是，是电渗析膜的关健性质。电渗析膜的关健性质。一般说来交换容量越高，选择性越好，导电能一般说来交换容量越高，选择性越好，导电能力也越强。力也越强。但是一般的活性基团都具有亲水性，所以如果但是一般的活性基团都具有亲水性，所以如果活性基团含量过高，就会引起膜的含水量和溶胀度活性基团含量过高，就会引起膜的含水量和溶胀度过大，而影响膜的强度，有时还会导致膜结构过于过大，而影响膜的强度，有时还会导致膜

26、结构过于疏松，反而使膜的选择性下降。疏松，反而使膜的选择性下降。一般膜的交换容量约为一般膜的交换容量约为2 23m e q3m e qg g。41n2 2含水量：含水量：电渗析膜的含水量是指膜电渗析膜的含水量是指膜内与活性基团结合的内在水的质量与干内与活性基团结合的内在水的质量与干膜质量比的百分数。膜质量比的百分数。n膜的含水量与其交换容量和交联度有关，膜的含水量与其交换容量和交联度有关，前者关系如上所述，对于后者，一般交前者关系如上所述，对于后者，一般交联度大，膜结构紧密，含水量低。联度大，膜结构紧密，含水量低。n综合考虑膜的导电能力和溶胀，一般膜综合考虑膜的导电能力和溶胀，一般膜的含水量为

27、的含水量为2 02 04040左右。左右。42n3.3.膜电阻：膜电阻：常用单位膜面积的电阻、面电阻常用单位膜面积的电阻、面电阻(Q Qcmcm2 2)和电阻率和电阻率(单位长度的面电阻，单位长度的面电阻，Qc Qc m)m)，或电导率，或电导率(Q(Q-1-1cmcm-1-1)来表示膜电阻，膜电来表示膜电阻，膜电阻是电渗析膜的重要特征之一，直接影响电阻是电渗析膜的重要特征之一，直接影响电渗析过程所需要的电压和电耗，渗析过程所需要的电压和电耗，n一般来说，膜电阻越低越好。一般来说，膜电阻越低越好。n通常以膜在通常以膜在0 01 N KC l1 N KC l或或0 01 N NaC l1 N N

28、aC l溶液溶液中测定的膜电导为比较标准。中测定的膜电导为比较标准。43n 4 4反离子迁移数和选择透过度：反离子迁移数和选择透过度：这两这两个参数是描述膜选择透过性的。个参数是描述膜选择透过性的。n其中膜内某种离子迁移数定义为该种离其中膜内某种离子迁移数定义为该种离子在膜内的迁移量与全部离子在膜内迁子在膜内的迁移量与全部离子在膜内迁移量的比值。移量的比值。n如在如在N aC LN aC L体系中，阳膜内的离子迁移体系中，阳膜内的离子迁移数为：数为：反离子迁移数：反离子迁移数：44n同名离子迁移数：)36(ClNaNaNaCCiC)46(ClNaClClCCiC度。分别为离子在膜中的浓ClNa

29、CC45n对于理想的电渗析膜，反离子迁移数为对于理想的电渗析膜，反离子迁移数为1，而同名离子的迁移数为，而同名离子的迁移数为0。n 膜的选择透过度定义为膜的选择透过度定义为：反离子在实际膜内、理想膜内及溶液中的反离子在实际膜内、理想膜内及溶液中的迁移数。迁移数。n一般要求实用的电渗析膜的选择透过度一般要求实用的电渗析膜的选择透过度大于大于8 58 5，反离子迁移数大于，反离子迁移数大于0 09 9。)56(10gggggggtttttttP分别为，式中gggttt046n5 5机械强度：包括爆破强度和抗拉强度，机械强度：包括爆破强度和抗拉强度，即膜所能承受垂直方向上的最大压力和平即膜所能承受垂

30、直方向上的最大压力和平行方向的最大拉力，单位行方向的最大拉力，单位MpaMpa。n膜的机械强度主要取决于膜材料，膜结构膜的机械强度主要取决于膜材料，膜结构和增强材料。和增强材料。n通常增大交联度、减少交换容量和含水量通常增大交联度、减少交换容量和含水量会使膜的机械强度增强。会使膜的机械强度增强。n一般实用膜的爆破强度应大于一般实用膜的爆破强度应大于O O3MP a 3MP a。47n6 6水的渗透量：即为水透过电渗析膜的量，主要由三种水的渗透量：即为水透过电渗析膜的量，主要由三种原因引起的，原因引起的，n一是由浓差引起的；一是由浓差引起的；n二是离子水合状态所伴带的；二是离子水合状态所伴带的；

31、n三是水的电渗析。三是水的电渗析。n水的渗透量主要取决于膜本身的结构和操作条件。水的渗透量主要取决于膜本身的结构和操作条件。n由于水的渗透降低了电流效率、脱盐率和产水率，所以由于水的渗透降低了电流效率、脱盐率和产水率，所以要设法减少，如可提高膜的交联度和厚度，适当降低交要设法减少，如可提高膜的交联度和厚度，适当降低交换容量和含水量等。换容量和含水量等。n但目前对这一重要参数尚无一套标准的测试方法。但目前对这一重要参数尚无一套标准的测试方法。n另外，描述电渗析膜的参数还有膜的厚度，均匀程度、另外，描述电渗析膜的参数还有膜的厚度，均匀程度、化学稳定性等。化学稳定性等。48n 6 62 23 3电渗

32、析过程中的浓度极化和膜的污染电渗析过程中的浓度极化和膜的污染n 电渗析过程也和所有的膜分离过程一样，受到浓电渗析过程也和所有的膜分离过程一样，受到浓度极化和膜污染的影响。度极化和膜污染的影响。n 由于膜的选择透过性，使得淡室侧邻近膜表面的由于膜的选择透过性，使得淡室侧邻近膜表面的边界层中反离子浓度减小，边界层中反离子浓度减小，n 在浓室侧的边界层中反离子浓度增大，尤其当电在浓室侧的边界层中反离子浓度增大，尤其当电流大于极限电流密度流大于极限电流密度i iLi mLi m后，甚至可能发生水的电渗后，甚至可能发生水的电渗析，这就是发生在电渗析过程中的浓度极化。析，这就是发生在电渗析过程中的浓度极化

33、。n浓度极化主要取决于电渗析过程的操作电流密度，电浓度极化主要取决于电渗析过程的操作电流密度，电渗析膜组件中的流道设计和浓室与淡室中的溶液流速。渗析膜组件中的流道设计和浓室与淡室中的溶液流速。n浓度极化对整个电渗析过程极为不利，主要表现在以浓度极化对整个电渗析过程极为不利，主要表现在以下几个方面：下几个方面：49n1 1浓度极化将增加完成某一特定分离浓度极化将增加完成某一特定分离任务所需的膜面积；任务所需的膜面积；n2 2电解质的渗析被强化，降低了膜的电解质的渗析被强化，降低了膜的选择性；选择性；n3 3水的电渗析被强化，在膜表面易发水的电渗析被强化，在膜表面易发生生PHPH值的变化，易生成难

34、溶盐或碱；值的变化，易生成难溶盐或碱；n4 4电流效率下降，膜的表观电阻增大，电流效率下降，膜的表观电阻增大，电流密度下降。电流密度下降。50n膜的污染对膜性能的影响更为严重，往往是不可恢复的。膜的污染对膜性能的影响更为严重，往往是不可恢复的。n一般膜污染主要有下列两个原因，一是某些高价离子如铁、一般膜污染主要有下列两个原因，一是某些高价离子如铁、锰等与膜中的活性基团锰等与膜中的活性基团(如磺酸基团如磺酸基团)亲合力特别大，它们亲合力特别大，它们进入膜后，即与这些活性基团产生不可逆反应，而固定在进入膜后，即与这些活性基团产生不可逆反应，而固定在膜上，使这些活性基团失活；膜上，使这些活性基团失活

35、；n二是膜表面易吸附溶液中的带电胶体和高聚物电解质，如二是膜表面易吸附溶液中的带电胶体和高聚物电解质，如腐植酸、表面活性剂和蛋白质等，在膜表面形成吸附污染腐植酸、表面活性剂和蛋白质等，在膜表面形成吸附污染层。层。n不言而喻膜污染将会给电渗析过程带来更严重的影响。不言而喻膜污染将会给电渗析过程带来更严重的影响。51n 为了控制浓度极化，防止、延缓膜的污染，一般可采为了控制浓度极化，防止、延缓膜的污染，一般可采取以下措施：取以下措施：n 1 1严格处理原料液，控制重金属离子、胶体、有严格处理原料液，控制重金属离子、胶体、有机物的含量。机物的含量。n 2 2选择适宜的操作参数，如溶液的流速、电流密选

36、择适宜的操作参数，如溶液的流速、电流密度和温度等。度和温度等。n 3 3增加溶液在隔离室中的湍动，如选用流动效果增加溶液在隔离室中的湍动，如选用流动效果好的隔网，加搅拌器等。好的隔网，加搅拌器等。n 4 4选用适当的缓冲剂，防止膜表面的沉淀产生。选用适当的缓冲剂，防止膜表面的沉淀产生。n 5 5定期对膜进行酸洗或碱洗。定期对膜进行酸洗或碱洗。n 6 6尽量选取抗污染的膜。尽量选取抗污染的膜。52n7 7采取倒换电极采取倒换电极(ED R)(ED R)操作。操作。n倒换电极操作是利用定期倒换电极，倒换离子在隔离倒换电极操作是利用定期倒换电极，倒换离子在隔离室中的运动方向，以达到控制膜污染、减少结

37、垢的目室中的运动方向，以达到控制膜污染、减少结垢的目的。的。n通常是通常是1515分钟自动倒换电极，使原先的浓室变成淡室，分钟自动倒换电极，使原先的浓室变成淡室，淡室成为浓室，自动阀控制进口与出口溶液，向新的淡室成为浓室，自动阀控制进口与出口溶液，向新的淡室加料，即原浓室中的溶液将被淡化，这会导致在淡室加料，即原浓室中的溶液将被淡化，这会导致在一个很短的时间内，淡室中溶液的含盐量高于原稳态一个很短的时间内，淡室中溶液的含盐量高于原稳态操作时的值。操作时的值。n由于电极的倒换，每一个室在高浓度溶液中暴露的时由于电极的倒换，每一个室在高浓度溶液中暴露的时间都不会长于间都不会长于l 5l 52 02

38、 0分钟，沉淀的盐会被溶解。分钟，沉淀的盐会被溶解。ED RED R操作在一定程度上克服了单向电极操作中存在操作在一定程度上克服了单向电极操作中存在的主要问题的主要问题-浓度极化与膜污染。浓度极化与膜污染。53n 6 62 24 4电渗析过程的应用电渗析过程的应用n苦咸水脱盐是电渗析过程最旱的应用，也是到现在苦咸水脱盐是电渗析过程最旱的应用，也是到现在为止最重要的应用，为止最重要的应用，n但是在其它方面的工业化应用也正在增加，如工业但是在其它方面的工业化应用也正在增加，如工业废水的处理，锅炉水的生产，乳清脱盐和果汁脱酸废水的处理，锅炉水的生产，乳清脱盐和果汁脱酸等，还有主要限于日本和科威特的、从海水中制食等，还有主要限于日本和科威特的、从海水中制食盐。盐。n另外，双极膜的应用最几年来也有很大的发展。另外，双极膜的应用最几年来也有很大的发展。54n表表6363中归纳列出了电渗析过中归纳列出了电渗析过程的主要工业应用，程的主要工业应用，n表表6464列出了国际上主要的供列出了国际上主要的供应商。应商。n下面就一些过程进行讨论。下面就一些过程进行讨论。5556谢谢大家！57