在浓度梯度作用下，溶质由膜表面向主体溶液反向扩散，形成边界层，使流体阻力与局部渗透压增加，从而导致水的透过通量下降，这种现象称为浓差极化。由于进行超滤的溶液主要含有大分子，其在水中的扩散系数极小，导致超滤的浓差极化现象较为严重。在大分子溶液超滤过程中，由于Cm值急剧增加，结果使极化模数即Cm/Cb比值迅速增大。......
2025-09-29
极化与极限电流密度：探讨与分析
【摘要】：使水分子产生离解反应时的操作电流密度称为极限电流密度。电流密度是指单位面积膜通过的电流。为了避免极化和结垢的影响，目前主要采取的措施有：①控制工作电流密度在极限电流密度以下运行，以避免极化现象的产生，减缓水垢的生成。极限电流密度的测定，通常采用电压一电流法。图6-20极限电流密度的确定
1.极化
在电渗析过程中，由于膜内反离子的迁移数大于溶液中的迁移数，从而造成淡水隔室中在膜与溶液的界面处形成离子亏空现象，当操作电流密度增大到一定程度时，主体溶液内的离子不能迅速补充到膜的界面上，从而迫使水分子电离产生H+和OH-来负载电流，这就是电渗析的极化现象。使水分子产生离解反应时的操作电流密度称为极限电流密度。电流密度是指单位面积膜通过的电流。
电渗析的极化现象对电渗析的运行有很大的影响，主要表现在：
①极化时一部分电能消耗在水的电离与H+和OH-的迁移上，使电流效率下降。
②正常运行时，淡水和浓水的声值为中性，极化时，OH-透过阴膜进入浓水室，这时阳膜迁移过来的Mg2+、Ca2+因受阴膜的阻挡，则在浓水侧的阴膜界面上与OH-发生反应：
Ca（OH）2、Mg（OH）2、CaCO3的沉淀会堵塞水流通道，增加水流阻力，增加电耗，影响出水水质、水量和电渗析器的安全运行。
③由于沉淀、结垢的影响，使膜的性能发生了变化，导致膜易裂，机械强度下降，膜电阻增大，缩短了膜的使用寿命。
为了避免极化和结垢的影响，目前主要采取的措施有：
①控制工作电流密度在极限电流密度以下运行，以避免极化现象的产生，减缓水垢的生成。
②定时倒换电极，使浓、淡室随之相应变换，这样，阴膜两侧表面上的水垢，溶解与沉淀相互交替，处于不稳定状态（见图6-18）。
③定期酸洗，电渗析在运行一段时间后，总会有少量的沉淀物生成，累积到一定程度时，用倒换电极也不能有效的去除，此时可用酸洗，视具体情况而定。
图6-18 倒换电极前后结垢情况示意
C——表示阳膜；A——表示阴膜
2.极限电流密度的推导
以阳膜淡室一侧为例（见图6-19），膜表面存在着一层厚为
的界面层（或称滞流层）。当电流密度为i，阳离子在阳膜内的迁移数为
，其迁移量为
，相当于单位时间、单位面积所迁移的物质的量。阳离子在溶液中的迁移数为t+，其迁移量为
，由于
>
，造成膜表面处阳离子的亏空，使界面层两侧出现浓度差，从而产生了离子扩散的推动力。此时，离子迁移的亏空量由离子扩散的补充量来补偿。根据菲克定律，扩散物质的通量表示为：
图6-19 浓差极化示意图
式中：φ——单位时间、单位面积通过的物质的量，mmol/（cm2·s）；
D——扩散系数，cm2/s；(https://www.chuimin.cn)
c、c'——分别表示界面层两侧溶液的浓度，mmol/L；
δ——界面层厚度，cm。
当处于稳定状态时，离子的迁移与扩散之间存在着如下的平衡关系：
式中：i——电流密度，mA/cm2。
若逐渐增大i值，则膜表面的离子浓度c'必将逐渐降低，当i达到某一数值时，c'→0。如若再提高i值，由于离子扩散不及，在膜界面处引起水的离解，H+离子透过阳膜来传递电流，这种膜界面现象称为浓差极化。此时，电流密度称为极限电流密度
，有：
实验表明，δ值主要与水流速度有关，可由下式表示：
其中n值在0.3～0.9之间，n值越接近于1，说明隔网造成水流紊乱的效果越好。系数k与隔板形式及厚度等因素有关。将上面二式整理得：
在水沿隔板流水道流动过程中，水的离子浓度逐渐降低。其变化规律系沿流向按指数关系分布，式中c值一般采用对数平均值表示，即：
这样，极限电流密度与流速、平均浓度之间的关系最后可写成：
式中：υ——淡水隔板流水道中的水流速度，cm/s；
c——淡室中水的对数平均离子浓度，mmol/L；
，称为水力特性系数，主要与膜的性能、隔板形式与厚度、隔网形式、水的离子组成、水温等因素有关。
上式称为极限电流密度公式。在给定条件下，式中K和n值可通过试验确定。
极限电流密度的测定，通常采用电压一电流法。其测定步骤为：①在进水浓度稳定的条件下，固定浓、淡水和极室水的流量与进口压力；②逐次提高操作电压，待工作稳定后，测定与其相应的电流值；③以膜对电压对电流密度作图，并从曲线两端分别通过各试验点作一直线，如图6-20所示，从两直线交点P引垂线交曲线于C，点C的电流密度和膜对电压即为极限电流密度和与其相对应的膜对电压。这样，对应于每一流速υ，可得出相应的
值以及淡室中水的对数平均离子浓度c值，再用图解法即可确定K和n值。
图6-20 极限电流密度的确定
相关文章
- 详细阅读
- 详细阅读
- 详细阅读
-
暂态电势与电抗的分析与应用详细阅读
图9-9暂态电势和暂态电抗的等值电路习惯上称E′q为暂态电势，它同励磁绕组的总磁链Ψf成正比。电势正比于磁链，由此可见，暂态电势E′q也是某种意义下的气隙电势，暂态电抗x′d则是某种意义下的定子漏抗。如果令便可将方程式改写成电势常称为暂态电抗后的电势。以上根据磁链平衡方程式导出了暂态电势和暂态电抗的表达式，并对这些参数的意义作了说明。暂态电势在运行状态发生突变瞬间能够守恒。......
2025-09-29
-
渗透与反渗透的探讨详细阅读
例如，含盐量为，34.3‰的海水，浓度等于0.56×103mol/m3，其渗透压（25℃）为：π=icRT=1.8～0.56×103×8.314×298=2.5×106Pa=2.5MPa.当在咸水一侧施加的压力P大于该溶液的自然渗透压π时，如图6-10所示，可迫使水反向渗透，此时，在高于渗透压的压力作用下，水压克服了化学位差，即渗透压，水分子从咸水一侧反向地通过膜透过到纯水一侧，此即反渗透。将半透膜用于海水淡化就是基于反渗透原理。......
2025-09-29
- 详细阅读
- 详细阅读
-
全局自相关分析方法探讨详细阅读
全局莫兰指数I是评价全局自相关性最常用的指标。全局莫兰指数I需要进行零假设检验，首先假定研究对象不存在空间相关性，然后通过Z得分检验来验证假设是否成立。表5.2全局自相关分析结果图5.9是2020年新冠肺炎确诊病例率全局自相关莫兰散点图，每个点代表了一个街区的集聚类型，第一象限为高-高集聚区，第二象限为低-高聚集区，第三象限为低-低集聚区，第四象限为高-低集聚区。......
2025-09-29
相关推荐