需要证实和说明的是100%截留率的问题。
按照筛子理论,膜对物质的筛分是通过膜上的孔径大小来实现的,大的留,小的放过。
根据膜的额定孔径范围作为区分标准,可将膜分为微孔膜(MF)额定孔径为0.02~10um,超滤膜(UF)额定孔径为0.001~0.02um,反渗透膜(RO膜,Reverse Osmosis membrane)额定孔径为0.0001~0.001um。
一般性的自来水经过RO膜过滤后的纯水电导率5μs/cm(RO膜过滤后出水电导=进水电导×除盐率,一般进口反渗透膜脱盐率都能达到95%以上,5年内运行能保证90%以上。对出水电导要求比较高的,可以采用2级反渗透,再经过简单的处理,水电导能小于1μs/cm)。即RO膜的孔径与NaCL溶液中的离子大小接近甚至应该小于钠离子、氯离子的直径(当然也可能是钠离子、氯离子在水中以某种水合态或胶态存在),而蔗糖分子直径比离子直径大至少十倍,淀粉和蛋白质比蔗糖大千倍甚至几十万倍。而且人工可以(改变交联度或对天然化合物的多种修饰)合成分子直径大小不同的化合物(包括离子化合物)。
另一方面,通过改变交联剂的成分和含量,可以制造孔径大小在一定范围内不同的膜。还有一点就是,膜的孔径大小与分子的大小种类(键长、键能)有关,并且分子间产生的孔径受到温度和压力的影响而变化,记得有报道说在氮的人工合成过程中,钢板也可以渗出水份。总而言之,物质在受到外界压力时会产生形变(微小形变)。也就是说,其分子排列出现移动,分子键会发生变化。
总之,不管是从溶液的溶质分子的大小上进行选择,还是在膜的额定孔径上进行选择,或者同时进行,必定能实现100%的截留率。也许RO膜对蔗糖或淀粉或蛋白质就是100%的截留率。
(我的实验水不纯,且无痕量检测仪器如色谱仪或者测微电导率的设备,所以不能从实验直接证明100%截留率,只能从理论上说明。)
四、实验
材料:RO膜(Reverse Osmosis Element反渗透膜,购买于淘宝网,韩国制造)、鸡蛋膜(采用内撕法可以得到大块甚至完整的膜,预实验证明其对蔗糖、淀粉、甚至蛋白质都在一定程度上不能完全截留)、某黄色塑料包装袋(预实验证明其有半透性)
玻璃胶(中性硅酮密封胶 793-A,南昌塑胶有限公司生产,用于将膜与管口的接触出的密封)、半透明塑胶软管(内径0.9cm,外径1.4cm,用于充当连通器和临时试管并用于装置2的上部)、塑料软管(内径1.5cm,用于装置2的下部)、一次性塑料饮水杯(充当临时烧杯并用于装置2的顶部)、竹签(用于涂取玻璃胶)、透明胶(用于贴标签)、黑色细线(用于标液面高度)、塑料瓶(百事可乐或鲜橙多的瓶子,去掉上部五分之一,充当水槽和大烧杯)、筷子(充当玻璃棒)、吸管(用于细细品尝糖开水)、注射器(充当量筒移液管和吸管)水桶(充当装置2的B)
蔗糖、味精、鸡蛋清、纯牛奶、淘米水(充当淀粉溶液)、自来水(暂时担当纯水的职责,当实验要求不严格时,可以得到预期的结果,膜内外干扰离子的浓度相等时不影响渗透的短期结果,长期的结果会因离子的富集而受到干扰)、注射用头孢拉定和盐酸林可霉素注射液(这两种抗生素用于加入鸡蛋清、纯牛奶、淘米水溶液中,以达到短期防止微生物滋生,保护实验结果的目的。蔗糖或味精的溶液,成分较单一,且下部浓度较高,细菌滋生较慢,对短期结果影响很小。)。
实验一:
步骤:取两个一次性塑料饮水杯,加入少量蔗糖(约为杯子的六分之一左右),倒入冷开水(约为杯子的五分之四左右),用筷子搅拌,使蔗糖溶解。静置24小时后,取其中一杯对光轻轻震荡或用筷子在溶液上部轻轻搅动,从侧壁观察溶液的上下部分的折光度差异。取另一杯,用吸管(或者直接用嘴)慢慢并连续的品尝其甜度的变化。
结果:观察到上下溶液之间有一个明显的界面被扰动。品尝感到溶液开始时微甜甚至感觉不到甜味,慢慢觉得越来越甜,最后的一部分格外甜甚至腻。
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