反滲透原理

反滲透又稱(chēng)逆滲透，一種以壓力差為推動(dòng)力，從溶液中分離出溶劑的膜分離操作。因?yàn)樗妥匀粷B透的方向相反，故稱(chēng)反滲透。根據(jù)各種物料的不同滲透壓，就可以使用大于滲透壓的反滲透壓力，即反滲透法，達(dá)到分離、提取、純化和濃縮的目的。

把相同體積的稀溶液（如淡水）和濃液（如海水或鹽水）分別置于一容器的兩側(cè)，中間用半透膜阻隔，稀溶液中的溶劑將自然的穿過(guò)半透膜，向濃溶液側(cè)流動(dòng)，濃溶液側(cè)的液面會(huì)比稀溶液的液面高出一定高度，形成一個(gè)壓力差，達(dá)到滲透平衡狀態(tài)，此種壓力差即為滲透壓，滲透壓的大小決定于濃液的種類(lèi)，濃度和溫度，與半透膜的性質(zhì)無(wú)關(guān)。若在濃溶液側(cè)施加一個(gè)大于滲透壓的壓力時(shí)，濃溶液中的溶劑會(huì)向稀溶液流動(dòng)，此種溶劑的流動(dòng)方向與原來(lái)滲透的方向相反，這一過(guò)程稱(chēng)為反滲透。

溶解-擴(kuò)散模型

Lonsdale等人提出解釋反滲透現(xiàn)象的溶解-擴(kuò)散模型。他將反滲透的活性表面皮層看作為致密無(wú)孔的膜，并假設(shè)溶質(zhì)和溶劑都能溶于均質(zhì)的非多孔膜表面層內(nèi)，各自在濃度或壓力造成的化學(xué)勢(shì)推動(dòng)下擴(kuò)散通過(guò)膜。溶解度的差異及溶質(zhì)和溶劑在膜相中擴(kuò)散性的差異影響著他們通過(guò)膜的能量大小。其具體過(guò)程分為：步，溶質(zhì)和溶劑在膜的料液側(cè)表面外吸附和溶解；第二步，溶質(zhì)和溶劑之間沒(méi)有相互作用，他們?cè)诟髯曰瘜W(xué)位差的推動(dòng)下以分子擴(kuò)散方式通過(guò)反滲透膜的活性層；第三步，溶質(zhì)和溶劑在膜的透過(guò)液側(cè)表面解吸。

在以上溶質(zhì)和溶劑透過(guò)膜的過(guò)程中，一般假設(shè)步、第三步進(jìn)行的很快，此時(shí)透過(guò)速率取決于第二步，即溶質(zhì)和溶劑在化學(xué)位差的推動(dòng)下以分子擴(kuò)散方式通過(guò)膜。由于膜的選擇性，使氣體混合物或液體混合物得以分離。而物質(zhì)的滲透能力，不僅取決于擴(kuò)散系數(shù)，并且決定于其在膜中的溶解度。

優(yōu)先吸附—毛細(xì)孔流理論

當(dāng)液體中溶有不同種類(lèi)物質(zhì)時(shí)，其表面張力將發(fā)生不同的變化。例如水中溶有醇、酸、醛、脂等有機(jī)物質(zhì)，可使其表面張力減小，但溶入某些無(wú)機(jī)鹽類(lèi)，反而使其表面張力稍有增加，這是因?yàn)槿苜|(zhì)的分散是不均勻的，即溶質(zhì)在溶液表面層中的濃度和溶液內(nèi)部濃度不同，這就是溶液的表面吸附現(xiàn)象。當(dāng)水溶液與高分子多孔膜接觸時(shí)，若膜的化學(xué)性質(zhì)使膜對(duì)溶質(zhì)負(fù)吸附，對(duì)水是優(yōu)先的正吸附，則在膜與溶液界面上將形成一層被膜吸附的一定厚度的純水層。它在外壓作用下，將通過(guò)膜表面的毛細(xì)孔，從而可獲取純水。

氫鍵理論

水在醋酸纖維素膜中的傳遞

醋酸纖維素(一種半透膜材料)是一種具有高度有序矩陣結(jié)構(gòu)的聚合物，它具有與水或醇等溶劑形成氫鍵的能力，如圖所示。鹽水中的水分子能與醋酸纖維素半透膜上的羰基形成氫鍵。在反滲透壓力推動(dòng)的作用下，以氫鍵結(jié)合進(jìn)入醋酸纖維素膜的水分子能夠由個(gè)氫鍵位置斷裂而轉(zhuǎn)移到另一個(gè)位置形成另一個(gè)氫鍵。這些水分子通過(guò)一連串的形成氫鍵和斷裂氫鍵而不斷移位，直至離開(kāi)膜的表皮層而進(jìn)入多空性支撐層后，就很快地源源流出淡水。 [1] 

機(jī)理模型

統(tǒng)一的“干閉濕開(kāi)”反滲透機(jī)理模型，有幾個(gè)經(jīng)典模型：

1.優(yōu)先吸附毛細(xì)孔模型：弱點(diǎn)干態(tài)膜電鏡下，沒(méi)發(fā)現(xiàn)孔。濕態(tài)膜標(biāo)本不是電鏡的樣品。

2.溶解擴(kuò)散模型：不認(rèn)為有孔。

3.干閉濕開(kāi)模型：上個(gè)世紀(jì)80，90年代，解釋1和2模型的統(tǒng)一的現(xiàn)代貼切的逆滲透機(jī)理模型。既“干閉濕開(kāi)”反滲透模型，統(tǒng)一了兩個(gè)經(jīng)典的反滲透機(jī)制模型，細(xì)孔模型，溶解擴(kuò)散模型。即

膜干時(shí)，膜孔收縮致密，孔隙閉合，電鏡下看不到制成干態(tài)備鏡檢的干膜；

膜濕時(shí)，膜材料溶脹，膜的孔隙被溶劑溶脹，孔打開(kāi)。合并就是“干閉濕開(kāi)”脫鹽模型。