渗透与反渗透的探讨

2023-06-19 理论教育版权反馈

【摘要】：例如，含盐量为，34.3‰的海水，浓度等于0.56×103mol/m3，其渗透压（25℃）为：π=icRT=1.8～0.56×103×8.314×298=2.5×106Pa=2.5MPa.当在咸水一侧施加的压力P大于该溶液的自然渗透压π时，如图6-10所示，可迫使水反向渗透，此时，在高于渗透压的压力作用下，水压克服了化学位差，即渗透压，水分子从咸水一侧反向地通过膜透过到纯水一侧，此即反渗透。将半透膜用于海水淡化就是基于反渗透原理。

能够让溶液中一种或几种组分通过而其他组分不能通过的这种选择性膜称半透膜。用一选择性透过溶剂水的半透膜将纯水和咸水隔开，开始时两边液面等高，即两边等压、等温，则水分子将从纯水一侧通过膜向咸水一侧自发流动，结果使咸水一侧的液面上升，直至到达某一高度，这一现象称为渗透，如图6-10（a）所示。

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图6-10　渗透与反渗透现象

（a）渗透；（6）渗透平衡；（c）反渗透

渗透的自发过程可由热力学原理解释，即：

式中：μ——在指定的温度、压力下咸水的化学位；

μ0——在指定的温度、压力下纯水的化学位；

x——咸水中水的摩尔分数；

R——气体常数，等于8.314J/（mol·K）；

T——热力学温度，K。

由于x<1，Inx为负值，故μ0>μ，亦即纯水的化学位高于咸入水中水的化学位，所以水分子便向化学位低的一侧渗透。由此可知，水的化学位的大小决定着质量的传递方向。

当两边的化学位相等时，渗透即达到动态平衡状态，水不再流咸水一侧，这时半透膜两侧存在着一定的水位差或压力差，如图6-10（b）所示，此即为在指定温度下的溶液（咸水）渗透压π。渗透压是溶液的一个性质，与膜无关，可由修正的Van，t Hoff方程式进行计算：

式中：c——溶液浓度，mol/m3；

π——溶液渗透压，Pa；

i——校正系数，对于海水，i约等于1.8。

例如，含盐量为，34.3‰的海水，浓度等于0.56×103mol/m3，其渗透压（25℃）为：

π=icRT=1.8～0.56×103×8.314×298=2.5×106Pa=2.5MPa.

当在咸水一侧施加的压力P大于该溶液的自然渗透压π时，如图6-10（c）所示，可迫使水反向渗透，此时，在高于渗透压的压力作用下，水压克服了化学位差，即渗透压，水分子从咸水一侧反向地通过膜透过到纯水一侧，此即反渗透。由此可知，发生反渗透的两个必要条件是：（1）选择性透过溶剂的膜；（2）膜两边的静压差必须大手其渗透压差。在实际的反渗透过程中膜两边的静压差还要克服透过膜的阻力。因此，在实际应用中需要的压力比理论值大得多。将半透膜用于海水淡化就是基于反渗透原理。

渗透与反渗透的探讨

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