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关于半透膜（原创）

2007-10-14 18:30阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/1436139094

这是一个中学化学问题,如右图所示,问蒸馏水含有什么物质?关于半透膜（原创）
按照题意 半透膜内盛有淀粉胶体和食盐溶液,应该都不能透过半透膜。但中学生不同意这答案，因为在中学化学教材中对半透膜的定义是指只能让小分子或离子透过，而大分子物质则不能透过的多孔性薄膜。而在水处理中，半透膜是指只能通过水,不能通过盐类和其他溶解的物质，用反渗透技术制作淡水已是很成熟的技术。当静下来思考时，认为中学化学教材不应该出错，也许在理解上片面了。
维基百科(R),半透膜(英语：semipermeable membrane)是一种只给某种分子或离子扩散进出的薄膜。
百度百科，半透膜(英语：
semipermeable membrane)是一种只给某种分子或离子扩散进出的薄膜，对不同质点的通过具有选择性的薄膜。例如细胞壁、膀胱膜、羊皮纸以及人工制的胶棉薄膜等。现代半透膜还用多孔性壁（如无釉陶瓷）并使适当的化合物（如铁氰化铜）沉淀于其孔隙中制成。半透膜用于渗透溶胶和测定渗透压强等。生物吸取养分也是通过半透膜进行的。
中国大百科全书：只透过溶剂，或只透过溶剂和小分子溶质而截留大分子溶质，显示半透性的膜称半透膜，主要用于反渗透和超过滤。
从这三个权威的名词解释中看出，对半透膜的定义是有出入的，百度定义半透膜是具有选择性的。其它资料对半透膜的定义大多是从本学科出发，定义更是多种多样。在水处理领域，反渗透膜和离子选择性透过膜都是半透膜，它的定义是有选择性的。反渗透膜是只透过水分子的膜，离子选择性透过膜分为阳膜和阴膜，当然是只能透过阳离子和阴离子的，甚至连水分子都不透过。而超滤膜也是半透膜，只是孔径较大，在定义时就没有指出选择性，溶液中的溶剂和电解质等能透过﹐而胶体﹑微粒和分子量较大的物质则被截留。从中也可以看出，实际上半透膜的种类很多，选择性只是某些半透膜的特性，并不是全部膜的共性。
现在回到中学化学对半透膜的定义，从水处理概念上看，所指的半透膜属于超滤膜，通过超滤膜可以提纯胶体，这与中学化学的知识相符。但教材对半透膜的定义还是特定的，并不能说是一个准确的定义。
半透膜这个概念主要体现在半透性上，它应该最早出现在生物学科中。细胞壁是全透性的，是不加选择地透过所有能透过的物质，而细胞膜是半透性的（也就是具有选择透过性），二者在通透性上有差别。半透性是一个物理概念，它只与孔的半径、微粒的大小有关。选择透过性是一个生物概念，它不仅与孔的半径、微粒的大小有关，更重要的是它是有生命活性的，由生物自主选择来决定物质出入或过膜的方式。
半透膜分为生物膜和物理性膜，如动物的膀胱膜、肠衣、蛋壳膜、羊皮纸(一种把羊皮刮薄做成的纸)等属于生物膜，人工制成的半透膜有玻璃纸、胶棉膜等属于物理性膜。在工业上，目前应用较广的半透膜是醋酸纤维素膜﹐其次为芳香聚酰胺膜﹐中国普遍应用前者。醋酸纤维素膜是一种不对称膜﹐由表面致密层和支撑层组成。表面致密层起脱盐作用﹐厚约0.2～1.0微米﹐占膜总厚度的0.2～1.0％﹔支撑层是多孔结构﹐起支撑表层的作用并便于透水。利用半透膜分离水溶液中某些物质的方法称为膜析法，目前有扩散渗析法(渗析法)、电渗析法、反渗透法和超过滤法等。
渗析法：食盐能透过羊皮纸，而糖、淀粉、树胶等则不能。如果用羊皮纸或其他半透膜包裹一个穿孔杯，杯中满盛盐水，放在一个盛放清水的烧杯中，隔上一段时间，我们会发现烧杯内的清水带有咸味，表明盐的分子已经透过羊皮纸或半透膜进入清水。如果把穿孔杯中的盐水换成糖水，则会发现烧杯中的清水不会带甜味。显然，如果把盐和糖的混合液放在穿孔杯内，并不断地更换烧杯里的清水，就能把穿孔杯中混合液内的食盐基本上都分离出来，使混合液中的糖和盐得到分离。这种方法叫渗析法。半透膜的渗析作用有三种类型：①依靠薄膜中“孔道”的大，小分离大小不同的分子或粒子；②依靠薄膜的离子结构分离性质不同的离子，例如用阳离子交换树脂做成的薄膜可以透过阳离子，叫阳离子交换膜，用阴离子树脂做成的薄膜可以透过阴离子，叫阴离子交换膜；③依靠薄膜：的有选择的溶解性分离某些物质，例如醋酸纤维膜有溶解某些液体和气体的性能，而使这些物质透过薄膜。一种薄膜只要具备上述三种作用之一，就能有选择地让某些物质透过而成为半透膜。
反渗透法：是一种借助压力促使水分子反向渗透，以浓缩溶液或废水的方法。如果将纯水和盐水用半透膜隔开，此半透膜只有水分子能够透过而其他溶质不能透过，则水分子将透过半透膜进人溶液(盐水)，溶液逐渐从浓变稀，液面则不断上升，直到某一定值为止。这个现象叫渗透，高出于水面的水柱高度(决定于盐水的浓度)是由于溶液的渗透压所致。可以理解，如果我们向溶液的一侧施加压力，并且超过它的渗透压，则溶液中的水就会透过半透膜，流向纯水一侧，而溶质被截留在溶液一侧，这种方法就是反渗透法(或称逆渗透法)。
超过滤法：与反渗透法相似。但超滤膜的微孔孔径比反渗透膜大，在0.005—1um之间。超滤的过程并不是单纯的机械截留，物理筛分，而是存在着以下三种作用：①溶质在膜表面和微孔孔壁上发生吸附；②溶质的粒径大小与膜孔径相仿，溶质嵌在孔中，引起阻塞；③溶质的粒径大于膜孔径，溶质在膜表面被机械截留，实现筛分。毫无疑问，我们应力求避免在孔壁上的吸附和膜孔的阻塞，应选用与被分离溶质之间相互作用弱和膜孔结构是外密内疏的不对称构造的超滤膜。
在废水处理中，超过滤法目前主要用于分离有机的溶解物，如淀粉、蛋白质、树胶、油漆等。超过滤法所需的压力比反渗透法要低，一般为0.1—0.7MPa。

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