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高分子溶液的全过滤与浓差极化

   全过滤(Diafiltration)是超滤的一个变种,图2.5是这个方法的示意图,它是一个含有大溶质和微溶质混合物的间歇式超滤器。如从中排走的透过液由纯溶剂所代替,使初始溶液体积保持不变,那么混合物中低分子量组分将逐渐被稀释。任意时刻各个组分的浓度可由质量平衡计算。初始溶液体积保持不变,就可以表示为:


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  如果某个组分通行无阻地透过膜,即R = 0,那么它在超滤器中的浓度将按方程(2-9)成指数函数下降,如果高分子组分只有一部分由膜截留,产物会有很大的损失,如果希望低分子组分全部排除而又基本上不损失高分子物质,则要求膜对低分子组分的截留率接近于0,对高分子物质的截留率接近于1。

  

      浓差极化

  

  浓差极化在所有物质分离过程中都会产生,膜分离法中它的不利影响特别严重。当分子混合物由静压推动力带到膜表面时,某些分子透过膜,另外一些分子被阻止,这就导致在临近膜表面的边界层中被阻止组分的聚集和透过组分的降低,这就是浓差极化现象。

  

  对超滤和反渗透的浓差极化已进行了广泛的研究,它们产生的原因相同,但结果很不一样。在两种情况下,都是被阻止的组分聚集在膜表面,但反渗透中被阻止的是低分子,超滤中被阻止的是大分子。低分子物质浓度的增加,导致溶液的渗透压增加,在压力不变的条件下,膜的透过流量降低。同时,由于任何一个实用的摸都不是理想半透的,溶质在膜表面的聚集将增加对膜堵塞的可能性,因此将影响透过液的质量。对于超滤来说,浓差极化引起渗透压的增加是负值,在膜界面层中聚集粒子的溶解度常常过饱和,沉积在膜的表面,形成或多或少的固体层。它表现出膜本身的性能,降低水通量,改变对低分子物质的截留率,对膜的过滤特性产生很大的影响。当不同大小的分子由超滤分级时,这个问题就显得更为突出。


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