Осмос механизм

Совместное рассмотрение в данной книге обратного осмоса и ультрафильтрации не случайно, так как эти процессы имеют много общего. Для их осуществления, например, используются полупроницаемые мембраны, приготовленные из одного и того же материала (но имеющие различные размеры пор). Аналогичны и аппараты для проведения этих процессов. Однако механизм процессов обратного осмоса и ультрафильтрации, как будет показано в гл. IV, различен. [c.14]

Современные представления, лежащие в основе капиллярно-фильтрационной модели механизма полупроницаемости (см. стр. 203), позволяют сделать вывод о возможности получения пористых селективных мембран для обратного осмоса и ультрафильтрации практически из [c.47]

Значительный технологический эффект может быть получен от воздействия на мембранные системы таких внешних факторов, как электрические и магнитные поля, ультразвуковые волны и т. д. Более того, изучение влияния этих факторов на характеристики процесса разделения позволит полнее вскрыть механизм обратного осмоса и ультрафильтрации. [c.169]

В предыдущих разделах в той или иной степени влияние природы растворенного вещества на характеристики процесса разделения уже рассматривалось. К этому вопросу мы еще вернемся, когда будем анализировать механизм разделения обратным осмосом и ультрафильтрацией. Вместе с тем, накопленный к настоящему времени эксперимен- [c.191]

Капиллярно-фильтрационная модель механизма селективной проницаемости позволяет объяснить влияние внешних факторов на процесс разделения электролитов и водных растворов органических веществ и получить некоторые расчетные зависимости для определения основных характеристик процесса. Так, учет влияния концентрации электролита в исходном растворе на эффективность разделения обратным осмосом может быть проведен на основе представлений об определяющем влиянии гидратирующей способности ионов [116, 158, 163]. Согласно этим представлениям, чем выше гидратирующая способность ионов электролита, тем больше и прочнее гидратная оболочка ионов, что, в свою очередь, затрудняет их переход через поры мембраны. Поэтому в разбавленных растворах, когда сила связи ион — вода меняется незначительно, селективность остается практически постоянной (область И на рис. IV-18,б). С увеличением концентрации электролита эта связь ослабевает и селективность снижается. [c.204]

Следовательно, экспериментальные зависимости хорошо согласуются с выводами капиллярно-фильтрационной модели механизма полу-проницаемости. Следует ожидать, что данный подход с учетом взаимного влияния ионов и внешних факторов на процесс гидратации, а также с учетом влияния электролитов на толщину адсорбционных слоев растворителя даст возможность разработать количественную теорию обессоливания растворов обратным осмосом. Однако решение этой задачи невозможно без точного определения размеров пор и их распределения, толщины слоя связанной жидкости на внутренней поверхности пор при течении жидкости под действием градиента давлений. Уместно отметить, что и для процесса ультрафильтрации определение толщины слоя связанной жидкости также имеет важное значение, особенно при сравнительно небольших диаметрах пор (порядка 5 30 нм, или 50—300 А). Как было показано выше (см. стр. 105), в этом случае толщина слоя связанной жидкости становится соизмеримой с радиусом пор ультрафильтров. [c.211]

Механизм стабилизирующего действия адсорбционно-сольватных слоев объясняют осмосом растворителя, молекулы которого стремятся проникнуть в зазор между частицами вследствие повышенной концентрации молекул ПАВ в этой области. [c.128]

В зависимости от природы мембраны механизм осмоса будет различен. В одних случаях через мембрану свободно проходят только те вещества, которые в ней растворяются, в других случаях мембрана взаимодействует с растворителем, образуя промежуточные непрочные соединения, которые легко распадаются, и, наконец, она может представлять и просто пористую перегородку с определенными размерами пор. Природа осмоса еще недостаточно выяснена. [c.154]

Механизм осмоса легко представить на основе изотермической перегонки. Пусть полупроницаемая мембрана, имеющая микро поры, разделяет растворитель и раствор с концентрацией С (рис. II). В пору, ограниченную с одной стороны растворителем, а с другой раствором, идет испарение. Вследствие превыщения по [c.38]

Механизм и основные закономерности осмоса рассматриваются в курсе физической химии. Поэтому здесь достаточно напомнить, что при разделении двух растворов различной концентрации (или раствора и чистого растворителя) полупроницаемой мембраной возникает поток растворителя от меньшей концентрации к большей, выравнивающий концентрации. В дальнейшем поток уравновешивается возникающим встречным градиентом давления. Этот процесс обусловлен, в термодинамической трактовке, ростом энтропии системы, а в кинетической, — избыточным числом ударов молекул растворителя о мембрану со стороны более разбавленного раствора. [c.30]

В настоящее время исследование механизма обратного осмоса проводится широким фронтом, и хотя оно направлено на оптимизацию технологии мембранного опреснения, развитие этого науч- [c.349]

В настоящее время исследование механизма обратного осмоса проводится широким фронтом, и хотя оно направлено на оптимизацию технологии мембранного опреснения, развитие этого научного направления имеет фундаментальное значение для коллоидной науки. Так как электрохимические и гидрофильные свойства мембран очень ярко проявляются в обратном осмосе, именно на пути исследования механизма обратного осмоса можно ожидать существенного прогресса в отношении проблем электрохимии ДЭС и гидрофильности, являющихся центральными в коллоидной науке. [c.385]

Осмос. Явление осмоса связано со свойствами так называемых полупроницаемых перегородок (п/п), получивших свое название за способность пропускать только молекулы растворителя в системах, где они разделяют раствор и растворитель или два раствора разной концентрации. В этих случаях число молекул растворителя, переходящих за единицу времени через полупроницаемую перегородку со стороны растворителя или более разбавленного раствора, всегда больше числа тех молекул, которые переходят в обратном направлении. Со временем концентрации выравниваются и система приходит в равновесное состояние. Такой самопроизвольный переход растворителя через полупроницаемую перегородку в раствор с большей концентрацией называют осмосом. Так как полупроницаемыми перегородками являются оболочки животных и растительных клеток, то осмос служит одним из механизмов транспортировки растворителя — воды в животных и растительных организмах. [c.191]

На противоположном конце нашего ряда, во второй группе, находятся явления, которые не зависят от строения микроскопических частиц и специфических взаимодействий между ними, а следовательно, и от конкретных механизмов протекания процессов. Такие явления обусловлены интегральными свойствами характеристического ансамбля с колоссальным количеством "безликих" и независимых друг от друга участников. К ним относятся многие процессы, протекающие в газах, жидкостях, твердых телах диффузия, теплопроводность, растворимость, осмос, кинетика химических реакций и т.п. Описание поведения таких систем вне компетенции классической физики и квантовой механики. Это область равновесной термодинамики и статистической физики. Построение "науки о тепле" началось на чисто феноменологической основе с постулирования двух универсалей - принципа сохранения энергии и принципа возрастания энтропии. Установление второго начала термодинамики и введение понятия о необратимости самопроизвольно протекающих процессов существенно обогатили представление о времени. Обнаружилось неведомое для классической физики его свойство - направленность, критерием которой служит знак изменяющейся по ходу необратимого процесса энтропии. [c.21]

Альтернативный теоретический подход заключается в применении термодинамики необратимых процессов. Термодинамика необратимых процессов дает основы, в пределах которых возможно описание обратного осмоса, ультрафильтрации и любого из диссипативных процессов, описанных в этой книге, однако ее положения не зависят от типа модели и она не проясняет механизма возникновения потока через мембраны. [c.134]

Разделение растворов методом обратного осмоса происходит под действием перепада давлений по обе стороны мембраны, превышающего осмотическое давление разделяемой системы (рис. 1.3). Обычно разделению подвергают водные растворы веществ с относительно малой молекулярной массой (в большинстве случаев растворы электролитов). Термодинамика процесса обратного осмоса достаточно подробно разработана одним из основоположников метода — Рейдом и изложена в работе [1]. Вопрос о механизме разделения растворов до настоящего времени остается дискуссионным. Ниже кратко рассматриваются наиболее популярные гипотезы относительно механизма обратного осмоса. Перед тем, как перейти к этому рассмотрению отметим, что эффективность процесса зависит от ряда факторов, к числу которых относятся взаимодействие мембраны с раствором, концентрационная поляризация, температура и перепад давлений. [c.24]

Из уравнения (1.41) следует, что если поверхностное натяжение а увеличивается с повышением концентрации С, т. е., если (йо/йС) >0, то Г < О или концентрация растворенного вещества в поверхностном слое меньше, ч.ем во всем объеме (отрицательная адсорбция). Справедливо и обратное утверждение если йо/йС)<0, то Г > О (положительная адсорбция). Для водных растворов неорганических солей (йо/йС)> (поверхностно-инактивные системы). Поэтому на поверхности мембраны из растворов адсорбируется слой воды б. Если в мембране имеются поры диаметром й = 26, вода под действием перепада давлений проникает через эти поры (рис. 1.4). Глюкауф [29] и Бин [30] экспериментально показали, что концентрация электролита в мембране заметно ниже, чем в исходном растворе. Однако расчеты, проведенные Скетчардом 31], противоречат концепции отрицательной адсорбции солей из водных растворов на ацетатных мембранах. Этой гипотезе о механизме обратного осмоса противоречит также и тот факт, что методом обратного осмоса удается разделить растворы поверхностно-активных веществ, хотя в этом случае, согласно уравнению Гиббса, на мембране должна адсорбироваться не вода, а растворенное вещество. [c.25]

Капиллярно-диффузионную модель проницаемости Ф. И. Карелин использовал для анализа механизма обратного осмоса [23, с. 39—44]. Эта модель предусматривает существование в мембране пор постоянного размера, причем эффективно работающими в процессе обратного осмоса считаются поры размером менее 1,5 Нм. При большем размере пор, как считает автор, характер переноса жидкости через мембрану соответствует ультрафильтрационному процессу и описывается применимыми к нему уравнениями. [c.28]

Рассмотрев основные гипотезы о механизме разделения методом обратного осмоса растворов электролитов, а также некоторые вопросы разделения растворов неэлектролитов, можно перейти к рассмотрению гипотезы, не связывающей проницаемость мембран с отнесением компонентов разделяемой системы к какому-то определенному классу веществ — гипотезе о проникновении через мембрану веществ по механизму активированной диффузии. Этот механизм во многом аналогичен механизму проникновения газов через мембрану. [c.31]

Возможность разделения газовых смесей основана на том, что компоненты смеси обладают различными значениями коэффициентов проницаемости (см. Газопроницаемость). Селективность проницаемости повышается с ростом различия в критич. темп-рах, размерах или структуре молекул разделяемых компонентов, а также с понижением темп-ры. Разделение жидких смесей методами диализа, ультра- и микрофильтрации основано на проникновении через поры Р. м. молекул (частиц) малого размера и задерживании более крупных (фазовый механизм проницаемости). Во избежание роста концентрации растворенного вещества на границе раствора с Р. м. (концентрационной поляризации) разделяемая система должна перемешиваться. Основное условие реализации обратного осмоса — приложение к разделяемой системе давления, превышающего осмотическое. [c.136]

Иногда в литературе термин обратный осмос ошибочно отождествляется с термином гиперфильтрация . Так как греческое слово hype г и латинское и 1 t г а имеют одно и то же значение — сверх, то слова гиперфильтрация и ультрафильтрация являются синонимами, но определяют различные по механизму процессы. Поэтому здесь и дальше термин гиперфильтрация не применяется. [c.15]

Таким образом, на основе рассматриваемой модели механизма селективной проницаемости -мем1бран с учетом представлений о гидратации в растворах электролитов удается не только объяснить основные зависимости, характерные для разделения водных растворов солей обратным осмосом, но и получить количественный подход к расчету ряда параметров процесса разделения. Полученные результаты нашли подтверждение в последних работах Сурираджана [175]. [c.210]

Обратным осмосом и ультрафильтрацией, как отмечалось выше (стр. 180), можно разделять не только растворы электролитов, но также и смеси органических веш,еств. Примеры подобного разделения приведены на стр. 279— 284. Разделение растворов органических веществ обратным осмосом, влияние на продесс внешних факторов [(рис. IV-7), (IV-11) —(IV-13) и др.] могут быть объяснены с позиций капиллярнофильтрационной модели механизма селективной проницаемости. [c.217]

Уравнение Вапт-Гоффа внешне похоже на уравнение состояния газа. Однако осмос нельзя отождествлять чисто механически с числом ударов молекул о стенку. Его механизм еиге ие совсем ясен. Также было бы неверным представлять мембрану чисто механически, как набор пор, селективио пропускающих молекулы растворителя и задерживающих молекулы растворенного вещества только вследствие различия в их геометрических размерах. В действительности, взаимодействие гораздо более сложное. Происходит проникновение вещества растворителя в глубь структуры мембраны. В случае растворов макромолекул закон Вант-Гоффа не выполняется. Осмотическое давление растворов полимеров значительно выше, чем это следует пз закона Вант-Гоффа. [c.50]

Механизм проницаемости при обратном осмосе значительно сложнее. В порах лиофильной мембраны имеется слой связанной йоды (при фильтрации водных растворов), которая уменьшает размеры пор и препятствует прохождению сильно гидратированных 1Юнов. В то же время лиофильность мембраны способствует прохождению молекул воды. [c.244]

В действительности, однако, могут представиться различные случаи, так как наряду с концентрационной поляризацией ДЭС течение вызывается и диффузионным потенциалом, знак которого зависит от соотношения величин подвижностей ионов (ХП.72). Эффект, механизм которого рассмотрен выше Дерягиным и Духиным , назван капиллярным осмосом. Предложенная ими количественная теория в дальнейшем обобщена Сасидаром и Рукенштейном . [c.247]

Поиски способов предупревдения коррозионного разрушения бетона вследствие взаимодействия щелочей с наполнителями будут целенаправленными, а практические меры действенными при условии всестороннего исследования механизма расширения и разрушения бетона. Со времени открытия этого вида коррозии вопрос о мез анизме разрушения обсувдался в ряде работ Л.4-77, в которых было выдвинуто несколько гипотез и предприняты попытки подтвердить и обосновать их результатами исследований. Однако ни в одном исследовании не исключалась возможность одновременного проявления наиболее вероятных сил- осмоса и набухания. [c.104]

Механизм осмоса и причины, вызывающие появление осмотического давления, еще не поняты окончательно. Мы уже упо п1нали о том, что мембраны могут действовать подобно мельчайшему ситу либо совокупности капиллярных трубок не исключено также, что в некоторых случаях они оказываются избирательными растворителями для одного из компонентов раствора, однако, вообще говоря, осмос считается физическим процессом. Большую роль в изучении явления осмоса играет термодинамический подход, однако ознакомление с ним выходит за пределы целей настоящей книги. [c.217]

Наиболее перспективно применение данного метода для разделения азеотропных смесей. На рис. 24-9 представлены варианты (кривые 1-3) разделения азеотропной смеси изопропанол-вода при различных температурах в конденсаторе 6 (см. рис. 24-8). На рис. 24-9 приведена также равновесная кривая 4 для этой смеси (без мембраны). Такое эффективное разделение азеотропа объясняется тем, что механизм разделения методом испарения через мембрану принципиально отличается от широко применяемой для разделения жидких смесей ректификации, основанной на разности давления (упругости) паров компонентов смеси. Вместе с тем сочетание мембранных процессов с ректификацией позволяет получать двухтрехкратный экономический эффект. Например, для разделения смеси этанол-вода (рис. 24-10) с использованием баромембранных методов (микрофильтрации и обратного осмоса) и ректификации можно концентрировать разбавленные растворы до составов, близких к азеотропным. Разделение азеотропных смесей экономически выгоднее проводить испарением через мембрану. [c.334]

Рассмотренные проблемы кроме теоретического имеют большое практическое значение в связи с применением обратного осмоса для обессоливания. Механизм этого процесса часто связывают с нерастворяющим объемом. При фильтровании из мембраны истекает обессоленная вода, что объясняют пониженной концентрацией соли в порах мембраны заполненных нерастворяющим объемом. Таким образом, исследования обратного осмоса также приводят к целесообразности рассмотрения возможности проявления нерастворяющего слоя в электрокинетических эффектах. Электрокинетические измерения на мембранах и их интерпретап,ия на основе формул, учитывающих возможность [c.100]

Проблема образования электрического двойного слоя коллоидных частиц и определения поверхностного заряда является одной из основных для развития теории электроповерхностных явлений, в том числе новых электрокинетических явлений — нелинейного электрофореза, диполофореза, диффузиофореза, капиллярного осмоса [1 — 4]. Возможность регулирования электрокинетического потенциала частиц дисперсной фазы обусловливает эффективность таких важных технологических процессов, как формирование электрофоретических и диффузиофоретических покрытий, очистки жидкостей электрофильтрованием, флотацией [5—9. Решение этих сложных вопросов связано с изучением механизма образования поверхностного заряда полимерных частиц, транспорта частиц в объеме и диффузионном слое под влиянием электрического поля и градиента концентрации электролита. [c.124]

Большинство исследований явления осмоса проводилось с мембрана4ли одного из трех типов. Самая ранняя работа была выполнена с природными биологическими мембранами. Первое наблюдение осмоса относится к 1748 г., когда было обнаружено, что мочевой пузырь животных пропускает воду и не пропускает спирт. Хотя осмотические явления играют существенную роль в механизме многих биологических процессов, биологические мембраны не нашли широкого применения ни в исследованиях осмоса. [c.115]

При разработке более проницаемых мембран придется в некоторой степени полагаться на метод проб и ошибок, поскольку влияние состава мембраны и ее строения на механизм проникания изучено недостаточно хорошо. Создание специализированных мембран для определенных газорааделительных процессов поха недоступно. Однако прогресс в этом отноше1 ик уже наметился, о чем свидетельствует синтез высокоэффективных мембран иа фторированных полимеров для извлечешш гелия /71/. Исследованы также различные методы изготовления очень тонких разделительных мембран, с успехом примененных для обессоливания морской воды методом обратного осмоса. Наконец, достигнут значительный успех во всех инженерных аспектах газоразделения. [c.364]

Молекулярпо-кинетич. механизм диффузии растворенного вещества не имеет ничего общего с механизмом диффузии газов, т. к. по своей природе сила F связана с явлением осмоса, к-рое, несмотря па внешнюю аналогию формул, нельзя трактовать с позиций кинетич. теории газов. Элементарные движения макромолекулы обусловлены т. наз. микроброуновым движением, т. е. броуповым движением статистически независимых участков цепей (сегментов, или статистич. элементов, см. Гибкость макромолекул). В результате последовательности элементарных перескоков сегментов, трактуемых с позиций кинетич. теории жидкостей, в направлении х смещается макромолекула в целом. [c.367]

Лоеб и Соурираджан [36] сделали попытку рассмотреть процесс обратного осмоса по аналогии с ультрафильтрацией и объяснить механизм разделения просеиванием молекул (ионов) малого размера и задерживанием крупных молекул (ионов) по чисто стерическим причинам. Эта модель процесса достаточно наглядна, но ей как и рассмотренным ранее противоречит ряд экспериментальных данных. В частности, ни одна из этих гипотез не может объяснить того факта, что зачастую растворенные вещества с молекулярной массой 1000 и более проникают через мембрану, в то время как соли с молекулярной массой, меньшей на десятичный порядок, задерживаются на 98—99%. [c.27]

Гипотеза о механизме обратного осмоса с учетом роли электростатических сил была высказана Глю-кауфом [29]. Его точка зрения основана на том, что свободная электростатическая энергия иона в капиллярах пористой мембраны выше, чем в объеме раствора, так как материал мембраны имеет низкую диэлектрическую постоянную. Поэтому концентрация ионов в порах должна быть значительно ниже, чем в объеме раствора, т. е. на ионы должна действовать выталкивающая сила. Эта гипотеза вполне удовлетворительно объясняет процесс разделения растворов [c.28]

Для разделения жидких смесей методами ультра- и микрофильтрации применяют преимущественно Р. м. из эфиров целлюлозы для разделения водных р-ров методом обратного осмоса — гл. обр, из ацетатов целлюлозы и ароматич. полиамидов, обладающих относительно высокой жесткостью макромолекул и умеренной гидрофильностью. Одна из важнейших областей их применения — опреснение морских и солоноватых вод, содержание солей в к-рых составляет до 36 г/л. С помощью Р. м. по механизму обратного осмоса удается удалять из морской воды 99,8% солей, причем многие вредные вещества, напр, ионы тяжелых металлов, задерживаются на 100%. В ряде случаев, вапр. при опреснении озерных и подземных вод, селективность Р. м. по Na l может составлять 90—95%. Опреснение воды с помощью разделительных мембран не связано с энергоемкими процессами испарения и конденсации и является одним из самых экономичных методов. Стоимость опресненной воды мало зависит от мощности опреснителей, что делает рентабельным использование небольших установок. [c.137]