第6、7章课后题膜分离技术概论 黄维菊

1、第6章气体膜分离一、选择题1. 膜的分离性能与气体的种类和膜孔径有关，有分离效果的多孔膜必须是微孔 膜，孔径()。由于多孔介质孔径及内孔表面性质的差异使得气体分子与多孔介质 之间的相互作用程度有些不同，从而表现出不同的传递特征。气体分子通过多孔膜 的传递机理有分子流、黏性流、表面扩散流、分子筛分机理、毛细管凝聚机理等。(a) 一 般大于 5 nm 30 nm (b) 一 般小于 5 nm 30 nm(c) 一般小于 5 mm 30 mm (d) 一 般小于 5 p m 30p m2. 气体通过非多孔膜的流动属于溶解-扩散机理。虽然非多孔膜往往也有小孔， 孔径一般(A )小于0.5 nm1 nm，但是其性能仍以非多孔膜来考虑。溶解-扩 散模型将膜看成一静止的非多孔、极薄的扩散屏。物质通过膜的分离机理，包括气 体在膜表面上的吸附、在膜中的溶解吸收和扩散，可以分为4步：(B )。A (1)大于 0.5 nm 1 nm (2)小于 5 nm 30 nm (3)小于 0.5 mm (4) 小于0.5 p mB (1) (a)溶解过程(b)膜中气体的浓度梯度沿膜厚方向变成常数，达到 稳定状态(c)

2、气体分离膜与气体的接触(d)扩散过程(2) (a)气体分离膜与气体的接触(b)溶解过程(c)扩散过程(d)膜中 气体的浓度梯度沿膜厚方向变成常数，达到稳定状态(3) (a)气体分离膜与气体的接触(b)扩散过程(c)溶解过程(d)膜中 气体的浓度梯度沿膜厚方向变成常数，达到稳定状态3. 气体分离膜在具体应用时，也必须将其装配成各种膜组件的形式，以增加分 离器单位体积的膜面积，提高分离效率。气体分离膜组件与前面章节中介绍的液体 分离膜组件类似，常见的有平板式、螺旋卷式和中空纤维式三种。板框式填充密度 为()；螺旋卷式为()；而中空纤维式()。(1) 600 m2/m3 800 m2/m3 (2) 300 m2/m3 500 m2/m3 (3) 6000 m2/m3 12000 m2/m3答案：1. (b) 解析：见书上P95。2. A.题目有误。B： (2)解析：见书上P963. (2)； (1)； (3) 解析：见书上 P98二、填空题由于多孔介质孔径及内孔表面性质的差异使得气体分子与多孔介质之间的相互作用程 度有些不同，从而表现出不同的传递特征。气体分子通过多孔膜的传递机理 有、分子筛

3、分子机理、毛细管凝聚机 理等。答案：分子流、黏性流、表面扩散流。解析：P95。气体分子通过多孔膜的传递机理有分子流、黏性流、表面扩散流、分子筛分机理、毛细管凝聚机理等。三、问答题1. 试述气体膜分离的分离原理和气体膜分离的应用有哪些？答：（1）气体膜分离是利用特殊制造的半渗透膜与原料气接触，在膜两侧压力差驱动下气体 分子透过膜的现象，对不同的膜其渗透情况不同，分离机理也有所不同。一般可分为两类: 一类是气体通过多孔膜的流动；另外一类是气体通过非多孔膜的流动。（Page94-95）（2）气体膜分离的应用的领域有：1.工业氢气回收和利用；2.制取富氧空气；3.从天然 气中提取浓氦气；4.二氧化碳的回收和脱除。（page101-102）2. 气体膜分离有潜力的应用领域有哪些？存在哪些问题？ （page103-111） 答：（1）膜分离天然气脱水和强化的膜法天然气脱水工艺流程。（2）存在的问题有烃损失，膜的塑化和溶胀性，浓差极化，成本较大。3. 气体膜分离所用的膜材料主要有哪些？ （page97）答：根据材料不同可分为有机膜和无机膜。有机膜即聚合物膜，由高分子聚合物组成，它又 分为玻璃态和橡胶

4、态两大类。无机膜主要有金属膜，陶瓷膜，分子筛膜等。4. 请简述气体膜分离领域有意义的研究课题？ （page111）（1）开发研制高效气体分离膜材料（2）寻求新的成膜技术，制备具有理想形态结构的膜材料（3）开发新的膜分离过程，以求能耗更低，效率更高。（4）发展集成膜技术。第7章其他膜过程一、选择题1. 借助膜的扩散过程使各种溶质得以分离的膜过程称为透析（或渗析）。它是是一种最 原始的膜过程，透析的目的就是借助这种扩散速度的差，使A侧二组分以上的溶质得以分离。 不过这里所说的不是溶剂和溶质的分离（浓缩），而是溶质之间的分离。（ ）是这种分 离过程的唯一推动力。（1）浓度差（化学位）（2）压力差 （3）电位差（4）浓度差加化学反应2. 电渗析是膜分离技术的一种，它是在直流电场的作用下以（）为推动力，利用离子交换膜的选择透过性，把电解质从溶液中分离出来，从而实现溶液的淡化、浓缩、精 制或纯化的目的。（1）浓度差（化学位）（2）压力差 （3）电位差（4）浓度差加化学反应答案1. （1）浓度差（化学位）解析：P123 7.2.1透析的原理节内的第二段中“浓度差（化学 位）是这中分离过程的唯一推动力

5、。”2. （3）电位差 解析：p126 7.3电渗析节内的第一段“它是在直流电场的作用下以电位差 为推动力”，P127 7.3.1电渗析的基础原理第一段“以电位差为动力”。二、填空题1. 在直流电场的作用下，以，离子透过选择性离子交换膜而迁移，从而使自溶液中部分分离出来的过程称为电渗析膜技术。电渗析膜技术的关键是要，它是具 有离子交换基团的网状立体结构的高分子膜，离子可 透过膜。2. 电渗析除盐应具备两个基本条件：（1） ，水中离子是带电的，在直流电场中 阴、阳离子作定向迁移，阴离子移向阳极，阳离子移向阴极；（2） ，阴膜只允许水 中阴离子通过二阻挡离子，相反阳膜则只允许阳离子通过而阻挡阴离子，从而达到使溶液中 的离子做反离子迁移。答案1. 电位差为动力；电解质离子；采用离子交换膜；选择性 解析：P127 7.3.1电渗析的 基本原理节内的第一段“在直流电场的作用下，以电位差为动力，离子透过选择性离子交换 膜而迁移，从而使电解质离子自溶液中部分分离出来的过程称为电渗析膜技术。电渗析膜技 术的关键是要采用离子交换膜，它是具有离子交换基团的网状立体机构的高分子膜，离子可 以选择性地透过膜。

6、”2. 直流电场的作用；具有选择透过性的粒子交换膜 解析：p128第二段（即7.3.1电渗析 的基本原理节的第六段）“G直流电场的作用，水中离子是带电的，在直流电场中的阴、阳 离子作定向迁移，阴离子移向阳极：具有选择透过性的粒子交换膜，阴膜只允许水中的 阴离子通过而阻挡阳离子，相反阳膜则只允许阳离子通过而阻挡阴离子，从而达到使溶液中 的离子做反离子迁移。”三、问答题1、简述膜蒸馏的基本原理。答：膜蒸馏技术是膜技术与蒸发过程相结合的新型膜分离技术，是以膜两侧不同温度溶液蒸 汽压力差为推动力的分离过程。采用疏水性微孔膜把温度不同的两种溶液隔开，当热侧溶液 的蒸汽压高于冷测，水蒸气会透过膜而在冷测冷凝。这样热侧溶液浓度会不断提高，而冷侧 得到纯净的冷凝液；如果溶质是易结晶物质，则可把溶液浓缩到饱和浓度而实现结晶。（见P116膜蒸馏的第一段）2、简析膜蒸馏所用膜材料有哪些特点？（1）膜应为多孔的；（2）膜应不被所处理的液体所浸润（疏水膜）；(3) 膜的孔隙中不应有毛细冷凝现象发生；(4) 所用膜不能改变处理液各组分的汽一液平衡；(5) 膜至少有一侧与所处理液体直接处理；(6) 对每一种组分而言

7、，此种膜过程的推动力为该组分在汽相中的分压差。(见P117中的膜蒸馏特征)3、简述透析膜材料有哪些特点？(1) 膜材料纯度高，不含有对身体有害的物质；(2) 具有优良的生物相容性，对蛋白质无特异吸附；(3) 有稳定的物理、化学性能和良好的力学性能；(4) 能经受消毒处理而不影响结构、性能；(5) 加工成型方便，膜表皮层及至支撑层的孔隙率尽可能高，以获得更高的通量；(6) 孔径分布应尽可能窄，使膜对所有被希望拖出分子的帅选系数都接近与1；(7) 透析器的封装材料不能含有亚甲基二苯胺、不会释放环氧乙烷等。(见网址 http:/ 透析的原理：参照透析的原理示意图，中间是以膜(虚线)相隔，A侧通原液，B侧通 溶剂。如此，溶质由A侧根据扩散原理，而溶剂(水)由B侧根据渗透原理相互进行移动， 一般低分子比高分子扩散的快。(扩散速率差，溶解-扩散)(2) 透析的应用：血液透析；从啤酒中降低醇含量；酶和辅酶的脱盐；制浆造纸工业中碱 液回收。(见P123透析的原理第一段、P126的透析小结表)5、试分析电渗析的基本原理。答：电渗析是在直流电场的作用下以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过性，把电 解

8、质从溶液中分离出来，从而实现溶液的淡化、浓缩、精制或纯化的目的。(见P126 “电渗析”的第一段)6、试分析离子交换膜的分离原理。 答：离子交换膜是一种由高分子材料制成的具有离子交换基团的薄膜，在溶液中它能将本身 的离子与溶液中的同号离子进行交换。其所以具有选择透过性，主要是由于膜上孔隙和膜上 离子基团的作用。离子交换膜的作用并不是起离子交换作用，而是起离子选择透过的作用。（见P128-129 “离子交换膜的分离原理”）7、简述电渗析技术及离子交换膜有哪些应用？一、电渗析技术的主要应用包括：（1）把溶液中部分电解质离子转移到另一溶液系统中去，并使其浓度增高，或参加反应等， 如从海水中制取氯化钠；（2）从有机溶剂中去除电解质离子，如乳清脱盐、氨基酸提纯等；（3）电解质溶液中，同电性但具有不同电荷的离子的分离，如从海水中提取一价盐等。二、离子交换膜的应用：（1）离子交换膜可装配成电渗析器而用于苦咸水的淡化和盐溶液的浓缩；（2）应用于甘油、聚乙二醇的除盐，分离各种离子与放射性元素、同位素，分级分离氨基 酸等。（3）此外，在有机和无机化合物的纯化、原子能工业中放射性废液的处理与核燃料的制备， 以及燃料电池隔膜与离子选择性电极中，也都采用离子交换膜。（电渗析技术主要应用见书上P132 ；离子交换膜的应用见网址 http:/baike.so.eom/doc/5877206.html#5877206-6090073-5）8、简述电渗析的应用发展前景。答：目前，电渗析以其能耗低、无污染等明显优势而越来越被广泛地应用于食品、医药、化 工、工业及城市废水处理等领域，虽然大多数还处于实验室规模，但这些方面的研究进展很 快。近年来，使用双极膜的电渗析过程和扩散渗析及Donnan渗析的发展又将电渗析引入了 一个崭新的应用领域。其中电渗析在工业废水处理中的应用多数处于实验室规模，仅少数应 用规模较大；其在医药和食品工业中的应用是近年来的一大热点，发展极为迅速，大多数都 是利用电渗析脱盐或将某组分分离、提纯出来，但其最大的问题是膜污染和产品的流失；另 外，电渗析在食品工业应用规模较大，而在医药工业中大多处于实验室规模。详见书上P133“电渗析应用前景表”（见书上P132-133 “电渗析未来发展前景”）

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