滲透是一種自然現(xiàn)象:水通過半透膜,從低溶質(zhì)濃度一側(cè)通過膜流到高溶質(zhì)濃度一側(cè),直到溶劑化學(xué)位達(dá)到平衡。達(dá)到平衡時膜兩側(cè)水柱的壓力差即為滲透壓。若向鹽水溶液側(cè)施加大于滲透壓的壓力,使溶劑水反向流動,從溶液中分離水的現(xiàn)象稱為反滲透。
滲透壓公式:π=iRTC
式中i為Van’t Htoff系數(shù),i≥1。對于非電解質(zhì)溶質(zhì),i=1。電解質(zhì)在溶液中全部離解時,i等于按分子式計算的陰、陽離子總數(shù)。如NaCl在水溶液中全部離解,i=2。C為溶液濃度,R為理想氣體常數(shù),R=0.08206 atm•L/mol•℃,T為絕對溫度K。
滲透壓對膜濃縮的影響
舉例說明:例如25℃時,含NaCl3.5%的海水滲透壓,利用滲透壓公式作近似計算。對NaCl而言,i=2,C=35/58.5=0.599mol/l 則
π海水=2x0.599x0.082x298=29.27atm(海水) π苦咸水=2x0.017x0.082x298=0.83atm(苦咸水)
假如以海水的水回收率為50%,海水濃度濃縮一倍,此時的滲透壓接近60atm。考慮到生產(chǎn)效率,一般反滲透的操作壓力應(yīng)是滲透壓的2-3倍。故目前一般反滲透海水淡化回收率一般取30~40%,操作壓力取5.5~6.9MPa,而低濃度的苦咸水的操作壓力可取1~2 MPa。
對于10%的500分子量的不帶電有機(jī)物溶液來說。i=1,C=100/500=0.2mol/l 則 π有機(jī)物-1x0.2x0.082x298=4.89atm(有機(jī)物),雖然濃度高了三倍,但滲透壓反而低了6倍左右,在相同的壓力下,有機(jī)物可以濃縮至更高濃度。
對超濾而言,因其分離的對象多數(shù)為蛋白質(zhì)這樣的大分子或多糖,它們的摩爾濃度很小,滲透壓也很小,可以忽略不計。
以上討論說明,滲透壓大小取決于溶液性質(zhì),滲透壓決定了反滲透操作壓力范圍的選擇和對分離裝置的耐壓要求。
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