2014-2015膜科学与技术考试题

1.对分离膜进行化学清洗可能用到的化学试剂有哪些？各试剂可主要去除何种污染物，原理是什么？P292减少膜污染的方法：水力学清洗、机械清洗、化学清洗、电清洗化学清洗从本质上讲，是污染物与清洗剂之间的一个多项反应。清洗剂改变污染物的组成或属性，然后使其排出膜元件，恢复膜元件的性能。主要用到的化学试剂：酸（“三酸”、磷酸、草酸、柠檬酸）；碱（NaOH、KOH）；·生物酶清洗剂；螯合剂；消毒剂；蒸汽和气体（环氧乙烷）消毒酸类清洗剂可以溶解并去除无机矿物质（金属氧化物、钙沉淀物、无机络合物）和盐类，溶出结合在凝胶层和水垢层中的铜、镁等无机金属离子，将残存的凝胶层和水垢层从膜表面彻底清洗以恢复其通透能力。碱性清洗液可以有效去除蛋白质污染，破坏凝胶层，使其从膜表面剥离下来。如对于大分子物质等在膜表面形成的凝胶层，水反冲洗效果甚微，可用酸或碱液浸泡清洗污染膜，碱性条件下有机物、二氧化硅和生物污染物易被清除。原理：碱的皂化作用、乳化作用、浸透润湿作用。生物酶清洗剂：包括各种分解蛋白酶、脂质酶等，用于除去细胞碎片、蛋白质、油脂类的污染。酶清洗剂是一种温和的试剂，它可以在较缓和的pH值、温度、离子强度的条件下应用，对膜的损伤较小。螯合剂：EDTA、六偏磷酸钠等，可与污染物中的无机离子络合生成溶解度大的物质，减少沉积盐和吸附物污染。此外，表面活性剂和有机溶剂(如乙醇)主要用于清除有机污染物。消毒剂：H2O2、NaCIO是目前常用的杀菌剂。双氧水：利用过氧化氢的强氧化性破坏组成细菌的蛋白质，使之死亡。NaCIO在化学清洗中既可以作为杀菌剂又可以作为氧化剂。作为杀菌剂，对水中的微生物的杀生作用很强，并对水中的其他的还原性物质起氧化作用，用于防止微生物、细菌、有机物的污染。当用NaOH清洗不起作用时，可以用活性氯进行清洗，活性氯特别适合膜孔污染的清除，它似乎能将膜孔打开，并在压力作用下将膜孔中的污染物挤出。作用机理如下：蒸汽和气体：利用一些化学试剂的蒸汽可以起到消毒杀菌的作用，如甲醛：细菌及粘泥。环氧乙烷：可杀灭细菌（及其内孢子）、霉菌及真菌。2.分别简述烧结法、拉伸法和相转化法制膜工艺调控膜孔或膜内间隙的大小及形状的方法(500-800字)。（1）结烧法所制得膜的孔的大小取决于粉末的颗粒大小及颗粒大小的分布。一般而言，大颗粒团聚后形成大孔；小颗粒团聚后形成小孔。因为粒子团聚后在粒子间形成的空隙形成膜孔。所以，孔结构受颗粒的三维空间几何分布或颗粒自身几何尺寸的影响。颗粒大小分布越窄，则所制成的膜孔径分布也越窄。采用这种方法所制得的孔径大约为0.1~10μm,其孔径下限有所选用的最小颗粒的大小而定。颗粒大小分布均匀的，可望形成孔径均匀的微孔膜。筛分或水力沉降可以使分离粒径分布相对均匀，并使其团聚后形成的膜孔满足不同的制备要求。要得到良好的孔结构，同时又具有一定的机械强度，必须选择和确定最佳焙烧温度。（2）拉伸法微纤维之间的孔隙大小决定孔径的大小,结点的多少与大小则对孔隙率的大小起决定作用。拉伸后,在一定张力下,对该膜进行热定型,则孔结构可保持下来,形成一定孔径、孔隙率的微孔膜。当其它条件相同时,拉伸温度较高,则微孔膜孔径较大,在其它条件相同，拉仲间距大,则孔径小拉伸倍数对孔径的影响较大。拉伸倍数越大,则孔拉得越长。烧结温度高、时间长,则微孔膜中品区熔化较多、收缩大,使孔径减小。（3）相转化法相转化法成膜过程属于非平衡过程,因而获得的膜的性能(膜结构,孔径及孔隙率)取决于初始铸膜聚合物溶液的热力学性质和制膜过程中的动力学行为,因此我们可以从热力学和动力学两方面实现对膜孔结构的控制。不论改变铸膜液中添加剂的种类、用量,还是改变相转化过程中的气浴的湿度、膜在气浴中的停留时间、凝胶浴的温度等条件,都可以改变孔径,从而实现对膜孔尺寸的控制。当溶剂和非溶剂的亲和性较强时形成多孔膜,反之得到的膜往往为无孔膜。当加入凝胶浴中的溶剂超过最小值时可以得到多孔膜,不同的体系具有不同的最小值;随着溶剂的加入,所得多孔膜的孔径增大。3.简述表征膜形态结构、结晶态结构和分子态结构的仪器(或方法)及原理（每个层次至少写出一种仪器或方法）。形态结构：光学显微镜，电子显微镜，原子力学显微镜结晶态结构：X射线衍射、差热分析分子态结构：红外线扫描、核磁共振、X射线光电子能谱电子显微镜原理：利用电子与物质作用所产生之讯号来监定微区域晶体结构，微细组织，化学成份，化学键结和电子分布情况的电子光学装置。常用的有透射电子显微镜和扫描电子显微镜。与光学显微镜相比电子显微镜用电子束代替了可见光，用电磁透镜代替了光学透镜并使用荧光屏将肉眼不可见电子束成像。X射线衍射：当一束单色X射线入射到晶体时，由于晶体是由原子规则排列成的晶胞组成，这些规则排列的原子间距离与入射X射线波长有X射线衍射分析相同数量级，故由不同原子散射的X射线相互干涉，在某些特殊方向上产生强X射线衍射，衍射线在空间分布的方位和强度，与晶体结构密切相关。红外线扫描：光源发出的光被分束器（类似半透半反镜）分为两束，一束经透射到达动镜，另一束经反射到达定镜。两束光分别经定镜和动镜反射再回到分束器，动镜以一恒定速度作直线运动，因而经分束器分束后的两束光形成光程差，产生干涉。干涉光在分束器会合后通过样品池，通过样品后含有样品信息的干涉光到达检测器，然后通过傅里叶变换对信号进行处理，最终得到透过率或吸光度随波数或波长的红外吸收光谱图。4.针对反渗透处理盐水溶液的过程，（1）写出K-K模型（2）设计一组实验，说明如何利用该组实验数据得到K-K模型中的有关参数。5.任选下列一个题目：（1）评述一项膜技术的新应用。（2）评述一项膜科学与技术的最新基础研究。（3）字数：1500-3000。要求：正文至少也包括如下三个部分（a）介绍或描述“技术应用”或“基础研究”的基本内容；（b）评论分析优缺点；（c）提出可能更好的方案、方法或思路。本题答案在寒假前通过e-learning系统上传。或发到[e-mail]