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描述纳滤膜的分离机理的模型有哪几类

日期:2022-07-29    发布人:杭州菲贝   阅读量:0

A非平衡热力学模型

对于液体膜分离过程,其传递现象通常用非平衡热力学模型来表征。该模型把膜当作一个“黑匣子”,膜两侧溶液存在或施加的势能差就是溶质和溶剂组分通过膜的驱动力。纳滤膜分离过程与微滤、超滤、反渗透膜分离过程一样,以压力差为驱动力,产生溶质和溶剂的透过通量,其通量可以由非平衡热力学模型建立的现象论方程式来表征。

B电荷模型

电荷模型根据其对膜结构的假设可分为空间电荷模型和固定电荷模型o

空间电荷模型假设膜由孔径均一而且其壁面上电荷均匀分布的微孔组成,空间电荷模型最早由Osterle提出,是表征膜对电解质及离子的截留性能的理想模型。该模型的基本方程由表征离子浓度和电位关系的Poisson-Boltzmann方程、表征离子传递的Nernst-planck方程和表征体积透过通量的Navier-Stokes方程等组成。它主要应用于描述如流动电位和膜内离子电导率等动电现象的研究。

固定电荷模型假设膜为一个凝胶相,其中电荷分布均匀、贡献相同。由于固定电荷模型最早由Teorell、Meyer和Sievers提出,因而通常又被人们称为Teorell-Meyer-Sievers(TMS)模型。TMS模型首先应用于离子交换膜,随后用来表征荷电型反渗透膜和超滤膜的截留特性和膜电位。

比较以上两种模型,TMS模型假设离子浓度和电位在膜内任意方向分布均一,而空间电荷模型则认为两者在径向和轴向存在一定的分布,因此可认为TMS模型是空间电荷模型的简化形式。

C细孔模型

细孔模型基于著名的Stokes-Maxwell摩擦模型建立了经典统计力学方程。在基于膜内扩散过程的溶质通量计算方程中引入立体阻碍因子,认为通过膜的微孔内的溶质传递包含扩散流动和对流流动等两种类型。

运用细孔模型,只要知道膜的微孔结构和溶质大小,就可以计算出膜特征参数,从而得知膜的截留率与膜透过体积流速的关系。反之,如果已知溶质大小,并由其透过实验得到膜的截留率与膜透过体积流速的关系,可求得膜特征参数,也可以借助于细孔模型来确定膜的结构参数。

D静电排斥和立体阻碍模型

将细孔模型和TMS模型结合起来,建立的静电排斥和立体阻碍模型简称为静电位阻模型。静电位阻模型假定膜分离层由孔径均一、表面电荷分布均匀的微孔构成,其结构参数包括孔径、开孔率、孔道长度即膜分离层厚度和电荷特性。所谓电荷特性表示为膜的体积电荷密度(或膜的孔壁表面电荷密度)。根据上述膜的结构参数和电荷特性参数,对于已知的分离体系,就可以运用静电位阻模型预测各种溶质(中性分子、离子)通过膜的传递分离特性,如膜的特征参数等。有关实验表明,静电位阻模型可以较好地描述纳滤膜的分离机理。

描述纳滤膜的分离机理的模型有哪几类