[发明专利]一种离子渗透调节方法和装置

说明书

一种离子渗透调节方法和装置，属于渗透领域，本发明克服了对于渗透现象认识的偏见，解决了渗透理论及微观结构的难题，并在此基础上，开发了一种调节改良方法和装置，适用于有离子溶质参与的渗透，可以产生以下作用：1）调节渗透压、2）改善浓差极化、3）减少膜污染、4）锁定部分或全部离子溶质在膜两侧，该方法包括：a)使用带离子溶质的溶液作为渗透的参与者，以下所有溶液无特别说明均指带离子溶质的溶液；b)在溶液和半透膜所在的部分区域或全部区域布置电场或布置磁场或布置电场和磁场。

技术领域

本发明涉及渗透辅助领域，具体涉及一种离子渗透调节方法和装置。

背景技术

对透过的物质具有选择性的薄膜称为半透膜。一般将只能透过溶剂而不能透过溶质的薄膜视为理想的半透膜。当把稀溶液和浓溶液分别置于一容器的两侧，中间用半透膜阻隔，稀溶液中的溶剂将自然的穿过半透膜，向浓溶液侧流动，此现象即是渗透现象。流动一段时间，浓溶液侧的液面会比稀溶液的液面高出一定高度，形成一个压力差，达到渗透平衡状态，此压力差即为渗透压。

目前，基础化学教科书上对于渗透现象的解释是：由于半透膜两边溶剂的浓度不相同，以至单位时间内由纯溶剂扩散进入溶液的溶剂分子数目要比从溶液扩散进入纯溶剂的溶剂分子数多，从而导致了渗透现象的发生，并认为渗透压不是溶质分子的压力，而是溶剂扩散引起的。宏观的化学热力学认为：渗透现象是溶液中溶剂的化学势与纯溶剂的化学势差造成的。范特霍夫（Van’t Hoff）是1901年以渗透压和化学动力学的研究成果而获第一位诺贝尔化学奖的世界著名科学家，他发现，稀溶液的渗透压居然等于溶质在相同温度下转化为理想气体并占有溶液体积时产生的气压。因此他认为：“气体产生气压和溶液产生渗透压的实质机理是相同的，不仅是形式上的相似而已。在气体场合，气压是由气体分子冲击容器壁产生的；在溶液情况下，由于溶质分子冲击半透膜而产生渗透压。至于溶剂分子，由于存在于半透膜两边，可以自由穿行，因此不产生压力作用”。

基于渗透现象的技术应用有正渗透（FO）技术和反渗透（RO）技术。其中，正渗透（FO）技术仍处于理论实验阶段，但越来越多国家认识到其在医药、食品加工、膜分离、海水淡化、污水处理、发电等领域具有很好的应用前景，特别是“压力延缓渗透（PRO）海水发电”，更是一项极具前景的清洁再生能源开发技术，因此投入大量资金进行研究。反渗透（RO）技术，是一种以大于渗透压的压力作用于溶液，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作，是对渗透现象的反向利用，可以达到分离、提取、纯化和浓缩的目的。目前反渗透（RO）技术已经相当成熟，在海水淡化、海水浓缩制盐、废水处理以及食品医药等行业中规模化应用。

发明内容

本发明克服了对于渗透现象认识的偏见，解决了渗透理论及微观结构的难题。并在此基础上，开发了一种离子渗透调节改良方法和装置，适用于有离子溶质参与的渗透，可以产生以下作用：1）调节渗透压、2）改善浓差极化、3）减少膜污染、4）锁定部分或全部离子溶质在膜两侧形成持续存在的渗透压。

对于渗透现象的几种理论解释，均存在着很多难以自圆其说之处，说明这些理论还有待商榷。“迄今还没有一个可以接受的理论能解释渗透的微观结构”，在上世纪80年代末，由美国物理学评述委员会组织的等离子体和流体物理学专门小组曾这样描述。因此，他们将渗透现象的微观结构列为20世纪90年代的物理学重要课题之一。但直到现在，仍没有取得实质性的进展。

以下将从微观宏观两方面分析溶液中的各种现象及其微观结构，并提出渗透理论。

溶解现象。