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濃差極化concentration polarization

時間：2020-03-01 來源：網絡 瀏覽：
在以非濃度差(如壓力差、電位差等)為推動力的一些膜分離過程中的流動邊界層內，出現(xiàn)的濃度分布現(xiàn)象。濃差極化的成因和極化現(xiàn)象在不同過程中不完全一樣。
　　超過濾和反滲透過程是以壓力差為推動力的，溶劑在壓力推動下通過膜體。由于膜對溶質的透過有選擇性，一些隨溶劑流動又不能透過膜的溶質在膜前停滯下來，形成溶質的高濃區(qū)（圖1），然后以濃差擴散的方式，返回液體主流。膜面出現(xiàn)高濃區(qū)，增加了溶液的滲透壓，即降低了溶劑透過膜的推動力，但卻增加了溶質滲漏的推動力。工作壓力差越大，極化程度也越嚴重。超過濾出現(xiàn)嚴重極化時，膜面產生凝膠層（圖2），對溶劑流動產生附加阻力，并使?jié)B透速率的提高受到限制。反滲透出現(xiàn)嚴重極化時，則由于溶質濃度過高，會導致沉淀析出。

圖1

 

圖2

　　電滲析過程是以電位差作推動力的。不論在陽離子交換膜（簡稱陽膜）、陰離子交換膜(簡稱陰膜)或溶液中，電流密度是一致的。在膜內和在電解質溶液中同樣依靠陰陽離子的遷移來導電。但由于離子交換膜對離子具有選擇透過性，陽離子在陽膜中具有最大的遷移數(在溶液導電過程中，該種離子所分擔的份額），在溶液中次之，在陰膜中最?。魂庪x子則相反。以陽離子透過陽膜為例，由電場引起的離子遷移通量在膜內比在溶液中大。因此在膜前借濃差擴散來補足送往膜面的離子通量，這樣便出現(xiàn)了離子的低濃區(qū)。在膜后借濃差擴散來分擔送往液體主流的離子通量，因而出現(xiàn)了離子的高濃區(qū)，總的情況是淡化室兩測的膜面出現(xiàn)溶質的低濃區(qū)，在濃縮室兩側膜面出現(xiàn)溶質的高濃區(qū)（圖3）。低濃區(qū)導致膜面電阻的增大，嚴重時發(fā)生水的電離，不僅降低了電流效率，而且酸度變化還會引起其他不良影響；高濃區(qū)則導致沉淀析出，堵塞膜內通道。

圖3

　　降低濃差極化以減少其不良影響的對策是：①合理的設計和操作，強化液體的湍動，以減小邊界層厚度；②限制操作壓力或電流，以免出現(xiàn)嚴重的極化現(xiàn)象。  
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