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浓差极化concentration polarization

时间：2020-03-01 来源：网络 浏览：
在以非浓度差(如压力差、电位差等)为推动力的一些膜分离过程中的流动边界层内，出现的浓度分布现象。浓差极化的成因和极化现象在不同过程中不完全一样。
　　超过滤和反渗透过程是以压力差为推动力的，溶剂在压力推动下通过膜体。由于膜对溶质的透过有选择性，一些随溶剂流动又不能透过膜的溶质在膜前停滞下来，形成溶质的高浓区（图1），然后以浓差扩散的方式，返回液体主流。膜面出现高浓区，增加了溶液的渗透压，即降低了溶剂透过膜的推动力，但却增加了溶质渗漏的推动力。工作压力差越大，极化程度也越严重。超过滤出现严重极化时，膜面产生凝胶层（图2），对溶剂流动产生附加阻力，并使渗透速率的提高受到限制。反渗透出现严重极化时，则由于溶质浓度过高，会导致沉淀析出。

图1

 

图2

　　电渗析过程是以电位差作推动力的。不论在阳离子交换膜（简称阳膜）、阴离子交换膜(简称阴膜)或溶液中，电流密度是一致的。在膜内和在电解质溶液中同样依靠阴阳离子的迁移来导电。但由于离子交换膜对离子具有选择透过性，阳离子在阳膜中具有最大的迁移数(在溶液导电过程中，该种离子所分担的份额），在溶液中次之，在阴膜中最小；阴离子则相反。以阳离子透过阳膜为例，由电场引起的离子迁移通量在膜内比在溶液中大。因此在膜前借浓差扩散来补足送往膜面的离子通量，这样便出现了离子的低浓区。在膜后借浓差扩散来分担送往液体主流的离子通量，因而出现了离子的高浓区，总的情况是淡化室两测的膜面出现溶质的低浓区，在浓缩室两侧膜面出现溶质的高浓区（图3）。低浓区导致膜面电阻的增大，严重时发生水的电离，不仅降低了电流效率，而且酸度变化还会引起其他不良影响；高浓区则导致沉淀析出，堵塞膜内通道。

图3

　　降低浓差极化以减少其不良影响的对策是：①合理的设计和操作，强化液体的湍动，以减小边界层厚度；②限制操作压力或电流，以免出现严重的极化现象。  
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