正渗透原理及浓差极化现象VIP免费

第22卷第5期2010年5月化学进展PROGRESSINCHEMISTRYVol.22No.5May，2010收稿:2009年8月，收修改稿:2009年9月*国家重点基础研究发展计划(973)项目(No.2009CB623402)和材料化学工程国家重点实验室基金项目(No.38901120)资助Correspondingauthore-mail:xuemeili@njut.edu.cn;taohe@njut.edu.cn正渗透原理及浓差极化现象*李刚1李雪梅1柳越1王铎2何涛1高从堦2(1.南京工业大学化学化工学院材料化学工程国家重点实验室南京210009;2.中国海洋大学化学化工学院青岛266003)摘要本文介绍了正渗透的基本原理，减压渗透在能源转化中的工作原理，并与反渗透进行了比较。阐述了正渗透实际的膜性能远低于预期的现象，以及造成该现象的理论基础;详细描述了非对称膜的浓差极化模型，指出了避免外浓差极化的方法;从膜材料的结构设计角度总结出了减弱内浓差极化的途径，从而为正渗透膜材料的制备和应用提供了理论基础。关键词正渗透反渗透减压渗透内浓差极化外浓差极化中图分类号:O645.14文献标识码:A文章编号:1005-281X(2010)05-0812-10ForwardOsmosisandConcentrationPolarizationLiGang1LiXuemei1LiuYue1WangDuo2HeTao1GaoCongjie2(1.CollegeofChemistryandChemicalEngineering，KeyLabofMaterials-OrientedChemicalEngineering，NanjingUniversityofTechnology，Nanjing210009，China;2.CollegeofChemistryandChemicalEngineering，OceanUniversityofChina，Qingdao266003，China)AbstractThebasisofforwardosmosis(FO)aswellastheprincipleofpressureretardedosmosis(PRO)areintroducedandcomparedwithreverseosmosis(RO).ThephenomenonandtheorythatactualpermeabilityinFOisfarbelowtheoreticalpermeabilityaredescribed.Themodelsdescribingtheconcentrationpolarizationinasymmetricmembranesaresummarized.Severalmethodsareintroducedtodecreasetheexternalconcentrationpolarization.Approachestoattenuatetheinternalconcentrationpolarizationbasedonthestructuredesignofmembranematerialsarepresented.ThereviewprovidesatheoreticalbasisforpreparationandapplicationofFOmembranematerials.Keywordsforwardosmosis;reverseosmosis;pressureretardedosmosis;internalconcentrationpolarization;externalconcentrationpolarizationContents1Introduction2Basicprincipleofforwardosmosis3Thephenomenonofconcentrationpolarization3.1Externalconcentrationpolarization3.2Internalconcentrationpolarization3.3Modelingconcentrationpolarization4Summary1引言环境污染、资源匮乏和人口迅速增长是人类面临的三大危机。随着世界经济的高速发展，人口的不断增长，全球的淡水资源和能源危机日渐严重。根据世界卫生组织统计，全球大约有10亿人喝不到洁净的水，全球大约有23亿人生活在水资源缺乏地第5期李刚等正渗透原理及浓差极化现象·813·区，而且这个数字将会在2025年达到35亿。我国的淡水资源总量为2.8万亿m3，但人均水资源仅2220m3，为世界人均水平的1/4。全国有300多个城市缺水，而且由于环境污染等，水资源问题更加严峻［1］。传统的海水淡化技术有蒸馏法和反渗透法，其中反渗透法虽然经过无数次的改进，但1m3淡水能耗仍然高达1.5—2.5kW·h，蒸馏法的能耗为反渗透法的5—10倍，因此这两种方法无法广泛运用。为了寻找新的淡水资源，人类不断开发出新型、高效和节能的海水淡化技术。正渗透技术(forwardosmosis，FO)是众多新颖的脱盐技术中的一种［2］，使用正渗透技术进行海水脱盐能耗可降低至0.84kW·h/m3，比反渗透法低72.1%［3］。全球的化石能源也正面临着枯竭问题，石油、煤炭和天然气也将在未来的200多年内耗尽。为了改善环境污染，人类将目光投向了绿色能源，渗透能(osmoticpower)是其中的一种。1953年，人们提出了盐度差能源［4］，也称为渗透能。据统计，全球的渗透能大约1655TW·h/年［5］。目前能够将这种能量提取出来的技术主要有两种:利用渗透原理的减压渗透(pressureretardedosmosis，PRO———当海水和淡水分别流过半透膜的两侧时，淡水就会在渗...