優(yōu)先吸附一毛細(xì)孔流理論

當(dāng)溶液中溶有不同物質(zhì)時(shí)，其表面張力將發(fā)生不同的變化。例如當(dāng)水中溶入醇、酸、醛、酯等有機(jī)物質(zhì)時(shí)，可使其表面張力減小；但溶入某些無(wú)機(jī)鹽類時(shí)，反而會(huì)使其表面張力稍有增加。研究發(fā)現(xiàn)，溶質(zhì)的分散是不均勻的，即溶質(zhì)在溶液表面層中的濃度與溶液內(nèi)部的濃度不同，這種溶質(zhì)濃度的改變現(xiàn)象稱為溶液表面的吸附現(xiàn)象。使表面層濃度大于溶液內(nèi)部濃度的作用稱為正吸附作用，反之稱為負(fù)吸附作用。這種由表面張力引起的溶質(zhì)在兩相界面上正或負(fù)的吸附過程，可形成一個(gè)相當(dāng)陡的濃度梯面，使得溶液中的某一成分優(yōu)先吸附在界面上。這種優(yōu)先吸附的狀態(tài)與界面性質(zhì)（物化作用力）密切相關(guān)。

索里拉金等人提出了優(yōu)先吸附一毛細(xì)孔流理論，以氯化鈉水溶液為例，溶質(zhì)是氯化鈉，溶劑是水，膜的表面選擇性地吸收水分子而排斥氯化鈉，鹽是負(fù)吸附，水是正吸附。水優(yōu)先吸附在膜的表面上。在壓力作用下，優(yōu)先吸附的水分子通過膜，從而形成了脫鹽的過程。這種理論同時(shí)給出了混合物分離和滲透性的一種臨界孔徑的概念。當(dāng)膜表面毛細(xì)孔直徑為純水層厚的2倍時(shí)，對(duì)一個(gè)毛細(xì)孔而言，將能夠得到最大流量的純水，此時(shí)對(duì)應(yīng)的毛細(xì)孔徑稱為臨界孔徑。從理論上講，制膜時(shí)應(yīng)使孔徑為2倍純水厚度的毛細(xì)孔盡可能多地存在，以使膜的純水通量最大。當(dāng)膜毛細(xì)孔的孔徑大于臨界孔徑時(shí)，溶液將從毛細(xì)孔的中心部位通過而導(dǎo)致溶質(zhì)的泄漏。

在該理論中，膜被假定為有微孔，分離機(jī)理由膜的表面現(xiàn)象和液體通過孔的傳質(zhì)所決定。膜層有優(yōu)先吸附水及排斥鹽的化學(xué)性質(zhì)，使膜表面及膜孔內(nèi)形成一層幾乎為純?nèi)軇┑娜軇樱搶觾?yōu)先吸附的溶劑在壓力作用下，連結(jié)通過膜而形成產(chǎn)液，其坡度低于料液。在料液和膜表面層之間形成一層濃縮的邊界層。根據(jù)該理論，反滲透過程是由平衡效應(yīng)和動(dòng)態(tài)效應(yīng)兩個(gè)因素控制的，平衡效應(yīng)是指膜表面附近呈現(xiàn)的排斥力或吸引力；動(dòng)態(tài)效應(yīng)是指溶質(zhì)和溶劑通過膜孔的流動(dòng)性，既與平衡效應(yīng)有關(guān)，又與溶質(zhì)在膜孔中的位阻效應(yīng)有關(guān)。

根據(jù)這一理論，索里拉金等于1960年8月研制出一種具有高脫鹽率和高通量的可用于海水脫鹽的多孔醋酸纖維素反滲透膜。從此，反滲透開始作為海水和苦咸水淡化的技術(shù)進(jìn)入實(shí)用裝置的研制階段。