第七章 电膜过程
第七章 膜分离过程 第八章 液膜分离
第一节 膜和膜分离过程 的分类与特性
一、膜的分类 (1)对称膜：结构与方向无关的膜，孔经可一致，结构可不规则； (2)非对称膜：分离层很薄，较致密，为活性膜，孔径的大小和表 皮的性质决定分离特性，厚度决定传递速度，朝向待浓缩液； 多孔的支持层只起支撑作用，使膜具有必要的机械强度。 (3)复合膜：选择性膜层(活性膜层)沉积于具有微孔的底膜(支撑层) 表面上，表层与底层是不同的材料，膜的性能不仅取决于有选 择性的表面薄层而且受微孔支撑层的影响。 (4)荷电膜：离交膜，含有高度的溶胀胶载着固定电荷的对称膜。 (5)液膜：将在有关章节中讨论。 (6)微孔膜：孔径为0．05—20微米的膜。 (7)动态膜：在多孔介质(如陶瓷管)上沉积一层颗粒物(如氧化锆)作 为有选择作用的膜，此沉积层与溶液处于动态平衡。
(4)优先吸附——毛细管流动模型
溶解—扩散模型适合无机盐的反渗透过程，但对 有机物常不能适用。当压力升高对，某些有机物透过 液浓度反而升高。 膜的表面如对料液中某一组分（有机物）的吸附 能力较强，则该组分就在膜面上形成一层吸附层。在 压力下通过毛细管。 例如用醋酸纤维膜处理—氯酚溶液时，由于后 者的亲水性，使透过液中的浓度反而增大。
三、超滤
超滤：能截留相对分子质量在500以上的高分子的膜分离过程。 优点：相态不变．无需加热，所用设备简单，占地面积小，能量 消耗低。操作压力低，泵与管对材料要求不高等。 反渗透法必须施加较高的压力，而超滤的操作压力较小。 基本性能：水通量（cm3／cm2· h);截留率(％),合适的孔径尺寸,孔 径的均一性,孔隙率,及物理化学稳定性。 材料：主要有醋酸纤维、聚矾、芳香聚酰胺、聚丙烯、聚乙烯。 高分子物质极易粘附和沉积，造成严重的浓差极化和堵塞。 原液最好进行前处理，提高原液的流量，采用湍流促进器。 过滤方式：间歇和连续操作。间歇操作分浓缩模式和透析过滤。 问题：与反渗透法相比，水通量大得多，其动力费用较大。和 其他浓缩方法相比，通常只能浓缩到一定程度。
电热膜的原理
电热膜的原理电热膜是一种利用电能转化为热能的薄膜材料，广泛应用于家用电器、汽车加热座椅、医疗保健、工业加热等领域。
它具有加热均匀、节能环保、安全可靠等特点，受到了广泛关注和应用。
本文将从电热膜的工作原理、结构特点和应用范围等方面进行介绍。
电热膜的工作原理是利用电流通过导电材料时产生的电阻加热效应。
通常情况下，电热膜是由导电材料、绝缘材料和加热元件组成的。
当电流通过导电材料时，由于导电材料的电阻，电能被转化为热能，从而使得薄膜表面产生热量。
这种加热方式具有快速、均匀的特点，能够满足不同领域对加热的需求。
电热膜的结构特点主要包括薄膜材料、导电材料和绝缘材料。
薄膜材料通常采用聚酯薄膜、聚酰亚胺薄膜等，具有柔软、耐高温、耐腐蚀等特点。
导电材料常用的有铜箔、银浆等，能够有效导电并产生热能。
而绝缘材料则是用于保护导电材料，防止短路和安全事故的发生。
这些结构特点使得电热膜具有良好的加热效果和安全性能。
电热膜的应用范围非常广泛，主要包括家用电器、汽车加热座椅、医疗保健和工业加热等领域。
在家用电器方面，电热膜常被应用于电热毯、电热水袋、电热垫等产品中，为人们提供温暖舒适的生活。
在汽车加热座椅方面，电热膜能够为驾驶人员和乘客提供舒适的座椅加热功能，提高了驾驶舒适度。
在医疗保健方面，电热膜被广泛应用于理疗仪器、保健床垫等产品中，为人们提供健康保障。
在工业加热方面，电热膜能够满足不同工艺对加热的需求，提高了生产效率和产品质量。
总之，电热膜作为一种新型的加热材料，具有独特的工作原理、结构特点和广泛的应用范围。
它在提高生活舒适度、促进医疗保健、改善工业生产方面发挥着重要作用，对于节能环保和提高生产效率具有重要意义。
相信随着技术的不断进步和应用领域的不断拓展，电热膜将会在更多领域展现出其巨大的潜力和价值。
第7章_带电界面
因为胶粒的大小介于1～100nm之间， 故每一胶粒必然是由许多分子或原子聚集而成的。 组成胶粒核心部分的固态微粒称为---胶核。胶核； 胶核吸附离子是有选择性的， 首先吸附与胶核中相同的某种离子，
4、胶团结构
用同离子效应使胶核不易溶解。
若无相同离子，
则首先吸附水化能力较弱的负离子， 所以自然界中的胶粒大多带负电。
33
34
35
四、双电层的基本模型与电动电位 (ζ电位) 胶体粒子 ----即胶粒，并非单指固体颗粒， 它由三部分组成: 胶核、表面吸附离子、紧密层。 “胶 团”：胶粒与其外部的扩散层组成； 电动电势：滑移面与分散介质体相间电势差，为ζ,又称ζ电势。 用 AgNO3 稀溶液和 KI 溶液制备 AgI 溶胶时， 其胶团结构式可以表示为： 过量的 KI 作稳定剂
第7章 带电界面 Charged interfaces
§7-1
界面带电的原因 平板型模型 双电层 扩散双电层模型
双电层
斯特恩模型
作
业
2. 在两个充有0.001mol· dm-3 KCl溶液的容器之间 放一个由AgCl晶体组成的多孔塞，其细孔道中也充 满了KCl溶液。在多孔塞两侧放两个接直流电源的 电极。
Gouy在1910年和Chapman在1913年分别独立提出了扩散 双电层理论。他们认为,由于静电引力和静电斥力的作 用和离子热运动，使异电离子由固面到溶液深部，其浓 度越来越低；相反同电离子浓度越来越高（这里指过剩 浓度）,直至二者浓度完全相等。
24
B 生化、医学上常用电泳来分离氨基酸和蛋白质-----区带电泳
a.纸上电泳 用滤纸作为支持物的电泳称为纸上电泳。
先将一厚滤纸条在一定pH 的缓冲溶液中浸泡，取出后两端 夹上电极，在滤纸中央滴少量待 测溶液，电泳速度不同的各组分 即以不同速度沿纸条运动。
电化学里的膜归纳总结
电化学里的膜归纳总结电化学是研究化学反应中电子转移的科学，它在能源转换、储存以及电化学合成等领域具有广泛的应用。
而膜在电化学中起着重要的作用，可以用于分离物质、电子传输以及防止电解质的混合等方面。
本文将就电化学中的膜进行归纳总结，通过分析不同种类的膜以及它们的应用来探讨其在电化学中的重要性。
第一部分：电化学膜的概述在电化学中，膜是用于分隔电极的介质。
它可以是实心的或带有孔隙结构的，其选择取决于特定的应用。
电化学膜通常由聚合物、陶瓷或复合材料制成。
下面将介绍几种常见的电化学膜。
1. 离子交换膜离子交换膜是一种具有离子选择性的膜，可以分隔电解质溶液中的正负离子。
其主要应用领域包括燃料电池、电解水制氢、电解池等。
离子交换膜具有高离子选择性、较高的电导率以及良好的化学稳定性。
2. 渗透膜渗透膜是一种半透膜，它可以允许某些物质通过而阻挡其他物质的传输。
在电化学中，渗透膜主要用于分离溶液中的溶质或纯化流体。
例如，逆渗透膜可以用于海水淡化和废水处理，通过迫使溶液通过膜，使纯净水从流体中分离出来。
3. 导电膜导电膜是一种能够传导电子和离子的膜。
它广泛应用于电化学合成和电池等领域。
导电膜可以提供有效的电子传输通道，并阻隔电解液的混合。
第二部分：应用案例1. 燃料电池膜燃料电池是一种能够将化学能转化为电能的设备。
其中的质子交换膜燃料电池（PEMFC）使用离子交换膜作为质子的传导介质。
该膜具有良好的质子选择性，能够将氢离子从阴极传输到阳极，并在导电膜上通过电子传输来完成电路。
2. 锂离子电池隔膜锂离子电池是目前广泛应用于电子设备和电动汽车等领域的高性能电池。
其中的锂离子在阳极和阴极之间通过隔膜进行传输，从而完成电荷的平衡。
隔膜应具有较高的离子传输速率、较低的电阻和较好的化学稳定性等特性。
3. 水电解水电解是将水分解为氢气和氧气的过程。
离子交换膜在水电解中起着重要作用，它可以实现氢离子和氧离子的传输，同时防止气体的混合。
界面化学北京化工大学第七章 不溶物表面膜
转移到固体基质上，并且保持其定向排列的分子结构，这就是 半个世纪以前由Langmuir和学生Blodgett（女）首创的膜转移 技术。根据此技术首创者的姓名，今人称之为L－B技术。近 20年来，利用此技术进行分子组装，发展新型光电子材料，智 能材料成为高新技术发展的一个热点。
随两亲分子疏水基变大，它在水中的溶解度降低而 表面活性增强。即：它在溶液表面和内部的分布上更偏 向于在表面上。当两亲分子的疏水基大到一定程度，在 水中的浓度便小得可以忽略。此时两亲分子的表面定向 层可以通过在水面上铺展的方法形成表面膜，称之为铺 展膜。它和吸附膜一样也是定向单分子层，其热力学和 吸附膜是一样的，常称之为不溶膜（insoluble film）或不 溶物单分子层（insoluble monolayer）。
(π+π0)(a−a0) = kT a0和π0是两个常数， a0约等于分子面积的2倍。Langmuir指出，对 于直链脂肪酸同系物， π0值为11.2mN/m。
（四）转变膜（I）：
是液态扩张膜与凝聚膜间的过渡区域，液态扩张膜 面积减小到一定程度，π- a曲线会出现突然转折，表面 膜进入另一种状态，被称作转变膜或中间膜。 转变膜具有不均匀性及显著高于液态扩张膜可压缩
切变粘度
f ηs = l·dυ/dx
l是线元的长度，x两线元间的距离，d/dx速度梯度 f作用于表面上二线元的力
测定方法：沟法和扭摆法 应用（1）膜状态 （2）膜分子间相互作用 （3）监测化学反应（如聚合）
7.4 π- a曲线与不溶膜类型
π
凝 聚 膜 液 态 扩 张 膜
a：成膜分子
平均占有面积
气液平衡区
（2）水平提拉法
丝素蛋白膜 电化学制备
丝素蛋白膜电化学制备
丝素蛋白膜的电化学制备是一种常用的制备方法，它通过电化学方法将丝素蛋白溶液在电极表面进行电聚合，形成具有一定厚度和稳定性的膜状结构。
具体的制备步骤如下：
1. 准备丝素蛋白溶液：将丝素蛋白溶解在适当的溶剂中，通过搅拌和加热使其充分溶解并得到均匀的溶液。
2. 准备电化学细胞：在两个电极之间安装隔膜，隔膜可以是耐化学腐蚀的材料，如玻璃纸或塑料膜。
电极可以选择金属电极或导电玻璃电极。
3. 沉积丝素蛋白膜：将电化学细胞装入电化学池中，将丝素蛋白溶液注入到电化学细胞中，使其浸润到隔膜上。
然后，通过施加电压或电流，使丝素蛋白在电极表面进行电聚合，形成膜状结构。
4. 脱水和固化：经过电聚合后，将膜从电化学细胞中取出，进行脱水处理，可以使用醇或其他有机溶剂进行脱水。
然后，将膜进行固化处理，例如通过烘干或交联等方法，使其具有一定的稳定性和机械强度。
5. 表征和应用：对制备得到的丝素蛋白膜进行表征，例如通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、傅里叶红外光谱（FTIR）等方法进行形貌和结构的分析。
制备得到的丝素蛋白膜可以应用于生物医学、材料科学和纳米技术等领域。
电热膜原理
电热膜原理
电热膜是一种利用电能转换成热能的薄膜材料，广泛应用于家电、汽车、医疗
器械等领域。
它具有加热均匀、节能环保、安全可靠等优点，因此备受消费者青睐。
那么，电热膜是如何实现加热的呢？下面我们来详细了解一下电热膜的原理。
首先，电热膜的核心部分是导电材料。
导电材料具有良好的导电性能，能够将
电能迅速传导到整个膜片中。
一般常用的导电材料有碳纤维、金属线等，这些材料能够有效地将电能转化为热能。
其次，电热膜的工作原理是通过电阻加热。
当电流通过导电材料时，会产生电阻，电阻产生的热量会使薄膜表面温度升高。
这种加热方式具有快速、均匀的特点，能够满足不同场景的加热需求。
另外，电热膜还可以根据需要进行设计，包括形状、尺寸、功率等参数。
通过
合理的设计，可以实现对特定区域的精准加热，提高加热效率，减少能源消耗。
除此之外，电热膜还具有自调温功能。
在加热过程中，薄膜表面温度会不断上升，为了防止过热，电热膜通常会配备温控装置，能够实时监测温度变化，并根据设定的温度范围进行自动调节，保证加热过程稳定、安全。
总的来说，电热膜的原理是利用导电材料产生电阻加热，通过合理的设计和温
控装置实现对特定区域的精准加热。
它在家电、汽车、医疗器械等领域有着广泛的应用前景，未来将会有更多的创新和发展。
薄膜物理与技术-7 薄膜的物理性质--(1) 薄膜的力学性质
解决方法：基片清洗→去掉污染层（吸附层使基片 表面的化学键饱和，从而薄膜的附着力差）→提高 附着性能。
第七章 薄膜的物理性质
7.1 薄膜的力学性质
7.1.1 薄膜的附着力
②提高基片温度 提高温度,有利于薄膜和基片之间原子的相互扩散 →扩散附着有利于加速化学反应形成中间层 →中间层附着 须注意：T↑→薄膜晶粒大→热应力↑→其它性能变
薄膜物理与技术
第七章 薄膜的物理性质
宋春元 材料科学与工程学院
第七章 薄膜的物理性质
概述
由于薄膜材料的不同，各种薄膜(如金属膜、 介质膜、半导体膜等)都有各自不同的性质。了解 薄膜的力学、电学、光学、热学及磁学性质， 对薄膜的应用有着十分重要的意义。
第七章 薄膜的物理性质
7.1 7.2 7.3 7.4 7.5
第七章 薄膜的物理性质
7.1 薄膜的力学性质
7.1.1 薄膜的附着力 薄膜附着的类型
薄膜的附着可分为四种类型： （a）简单附着 （b）扩散附着 （c）通过中间层附着 （d）宏观效应附着等。
第七章 薄膜的物理性质
7.1 薄膜的力学性质--7.1.1 薄膜的附着力
附着的四种类型示意图(图7-1)
简单附着
第七章 薄膜的物理性质-之薄膜的力学性质
7.1.2 薄膜的内应力--内应力的成因
(相转移效应
在薄膜形成过程中发生的相转移是从气相到固相 的转移。在相转移时一般都发生体积的变化。这是形 成内应力的一个原因。 Ga膜在从液相到固相转移时体积发生膨胀，形成 的内应力是压缩应力。 Sb（锑）膜在常温下形成时为非晶态薄膜。当厚 度超过某一个临界值时便发生晶化。这时体积发生收 缩，形成的内应力为张应力。
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电渗析原理
料 液
1 浓缩液
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4
5
6
ห้องสมุดไป่ตู้
脱盐液
主要过程： 在电埸力作用下，料液中阳离子透过阳膜 进入浓室，阴离子透过阴膜进入浓室。其 结果是浓室水盐浓度升高,淡室水中盐浓度 降低 伴随过程： 同名离子迁移 浓差扩散 水的迁移：浓差迁移、电渗透、压差迁 移
电渗析过程中的浓差极化
离子交换膜的传质理论
道南平衡理论 基本传质方程：由对流传质、扩散传质、 电迁移传质三部份组成，总传质速率为：
FDi d dci d (ln ri ) J i VC i Di ( Ci ) Z i Ci dx dx RT dx
电驱动膜过程—电渗析
电渗析过程能耗低,无污 染,水回收率高,装置寿 命长. 主要用于脱盐淡化和浓 缩
极限电流的测定
伏－安曲线法。将两片铂片 插在膜堆内约 20 对膜的左右 边，铂片上的铂丝导线伸出 膜堆外，并连接在电压－电 流表组成的测量回路中。测 定时保持溶液温度、浓度及 浓、淡水流速恒定。改变输 入电流，测出膜堆电压，用 膜对数除之则得出膜对电压。 以膜对电压为纵坐标，电流 密度为横坐标作图，得 I-V 曲 线。开始时电压与相应的电 流值成线性关系，当超过某 一电压值后则出现拐点，即 直线的斜率发生了变化。这 个拐点所对应的电流密度即 为极限电流密度。
+ + +
-
K+
+ + +
+
+
-
-
+
+ Cl-
阳 膜
阴 膜
E m (t t )
RT a1 ln ZF a 2
膜内迁移数
某种离子在膜内独立迁移电量与全部离子在膜内迁移 总电量的比值 测膜电位的方法可求迁移数。假设电解质是1－1型，因
t t 1
RT a1 Eo ln ZF a 2
同离子，这里为 阴离子
离子膜分类
按电荷分
按膜结构划分 均相膜 半均相膜 异相膜
阳离子交换膜：活性基团：磺酸基（-SO3H） 磷酸基（-PO3H2） 羧酸基（-COOH） 砷酸基（AsO32-）等； 阴离子交换膜：活性基团：伯、仲、叔、季胺 基和芳胺基-NH3+、 -RNH2+、 -R2NH+、-R3N+、 双极膜
电化学性能 膜电阻 可以用面电阻表示 （ cm2 ）。它的 高低对能耗影响很 大 膜电位 由于离子的选择性迁 移而形成一浓差电 位，膜电位不是平 衡电位，而是由于 通过膜的离子的流 动而产生的电位。
0.1mol/l KCl
0.2mol/l KCl
0.1mol/l KCl
0.2mol/l KCl
E m (2t 1)
RT a1 ln ZF a 2
Em / Eo 2t 1
Em Eo t 2Eo
膜电阻测定
DDS-11A 电导仪 Ag-AgCl 电极
膜样品
数字 万用表
Ag-AgCl 电极
膜电位、迁移数测定
V
膜 样 品
t 1 t 1
E测 2E0
t
E测 2E0
RT a1 E0 ln ZF a2
离子交换膜的选择透过性
膜中孔隙：具有“筛分作用” 基膜上带固定电荷的活性基团：产生道南排斥 作用，只让反离子通过，不让同离子通过。 选择透过性(P):
t m ts P 100% 1 ts
扩散系数:
在没有电场作用时,在浓差作用下,盐可以透过膜的 能力.
离子枯竭 极化 极限电流
阴膜
Cl（—） （+）
极化产生的危害
产生结垢使电阻增加，膜使用寿命下降。 在阴膜淡水室一侧留下 H+ ，溶液呈酸性 也影响膜寿命。 总的结果是离子迁移减少，脱盐率下降， 水质下降，电流效率下降。
极化的防止及结垢消除方法
控制操作电流密度要小于极限电流密度。 提高溶液湍流程度，减小扩散边界层厚 度。 定期用稀盐酸或稀醋酸进行洗涤。 倒极电渗析，即在运行过程中每隔 2 ～ 8hr之间倒换一次电极，同时改变浓、淡 水系统流向，使浓、淡水室同时互换。 频繁倒极电渗析，简称为EDR。
非均相离子交换膜的制备
树 脂 干 燥 过 筛 磨 粉
配 料
混 炼
拉 片
加网热 压
半均相离子交换膜的制备
半均相离子交换膜主要用含浸膜。有两 条路线，一是用粒状粘结剂浸吸单体进 行聚合，制成含粘结剂的热塑性离子交 换树脂，再按异相膜那样制备相应的膜 （不需要磨粉）；二是用粉状粘结剂浸 吸单体、增塑剂等，然后涂在网布上进 行热压聚合再功能基化(糊状法)。
扩散系数测定
电极 电机 膜 桨 水
DDS-11A 电导仪
1N NaCl
电导池
实用离子交换膜的主要性能要求
u
u u u u u
膜对离子的选择性高； 膜的导电性能好，电阻低， 适宜的交换容量， 较小的盐扩散系数和水的渗透通量； 具有良好的物化稳定性。 膜的外观平整，厚度均匀，没有针孔
均相离子交换膜的制备
（ 1) 单体的聚合或缩聚，其中至少有一 个单体必须含有可引入阴离子或阳离子 交换基团的结构； （2)在预先制备的基膜中引入功能基团 （3）聚合物先功能基化，然后溶解流涎 （浇铸）成膜
单体的聚合
单体的缩聚
溶液浇铸法制备离子交换膜
离子交换膜的主要性能表征
物理性能 化学性能： IEC（交换容量） 每克干膜（氢型）或湿膜（氢型）与外界溶液 中相应离子进行等量交换的毫摩尔数值[mmol/g] 含水量 指干态膜在水中溶胀后增加的重量，以百分数 表示。 湿态膜重－干态膜重 含水率（％）＝ 100 ％ 干态膜重
电渗析器的结构
1、4.离子交换膜；2、5.隔板；3.隔板网
电渗析操作模式
电渗析器的组合方式有串联、并联及串 并联相结合几种方式，常用术语“级” 和“段”来表示。 “级”是指电极对的 数目，一对电极称 为一级； “段”是指水流方向，每改变一次水流 方向称为一段。
内容简介
离子交换膜的定义及分类 离子交换膜的制备简介 电渗析原理 特殊电渗析（EDR、EDI） 离子膜电解 双极膜及其水解离
离子交换膜定义
离子交换膜是膜状的离子交换树脂。它包括三个基本 组成部分：高分子骨架，固定基团及基团上的可移动
离子。
电解质溶液
阳离子交换膜
带固定基团的聚 合物主体 反离子，这里为 阳离子