10.1　概述

滲析，又稱透析，是最早被發(fā)現(xiàn)和研究的一種膜分離過(guò)程。滲析是一種自然發(fā)生的物理現(xiàn)象。借助于膜內(nèi)的溶質(zhì)分子擴(kuò)散作用使各種溶質(zhì)得以分離的膜過(guò)程即為滲析，也稱擴(kuò)散滲析或自然滲析。由于過(guò)程的推動(dòng)力是濃度梯度，因而又稱濃差滲析［1-6］。

滲析過(guò)程的最簡(jiǎn)單原理如圖10-1所示。即中間以膜（虛線）相隔，其A側(cè)通原液，B側(cè)通溶劑。如此，溶質(zhì)由A側(cè)依據(jù)擴(kuò)散而溶劑（水）由B側(cè)依據(jù)滲透相互進(jìn)行移動(dòng)。一般而言，小分子比大分子擴(kuò)散得快。

滲析的目的就是借助這種擴(kuò)散速度的差，并利用滲析膜孔的選擇性分離作用，使A側(cè)的多組分（兩種及兩種以上）溶質(zhì)得以分離。不過(guò)這里不是溶劑和溶質(zhì)的分離（濃縮），而是不同尺寸的溶質(zhì)之間的分離。濃度（化學(xué)勢(shì)）差是過(guò)程進(jìn)行的唯一推動(dòng)力。

19世紀(jì)50年代初，蘇格蘭化學(xué)家Graham開(kāi)始系統(tǒng)地研究溶液中溶質(zhì)的擴(kuò)散作用，隨后又研究了不同溶質(zhì)通過(guò)半透膜（羊皮紙或棉膠等制成的薄膜）的特性。1861年，Graham最先嘗試用滲析來(lái)分離膠體與低分子溶質(zhì)，發(fā)現(xiàn)一些溶質(zhì)的分子或離子能通過(guò)半透膜的細(xì)孔、而較大的膠體粒子則不能通過(guò)的現(xiàn)象，Graham稱此現(xiàn)象為滲析［7］。20世紀(jì)初，滲析在工業(yè)領(lǐng)域主要應(yīng)用于以下兩方面：一是用羊皮紙膜從纖維素的浸泡液中回收NaOH；二是從銅的淋洗液中回收硫酸。1913年Abel用火棉膠膜管制成了世界上第一臺(tái)用于動(dòng)物的血液透析器，并根據(jù)半透膜平衡原理進(jìn)行了成功的透析試驗(yàn)；1923年Ganter首先用腹膜進(jìn)行腹膜透析治療尿毒癥；1938年Thalhimer以賽璐玢紙膜作透析膜，進(jìn)行了人工腎試驗(yàn)。1943年Kolff利用醋酸纖維素膜制成轉(zhuǎn)鼓式人工腎進(jìn)行血液透析，成功治療了尿毒癥。至今血液透析已成為常規(guī)療法，透析用膜種類繁多，并從單一的透析技術(shù)發(fā)展成包括血液透析、血液濾過(guò)、血液灌流和血漿分離等多種治療方法的血液凈化療法，每年拯救上百萬(wàn)腎病患者的生命［8，9］。血液透析示意見(jiàn)圖10-2。

如前所述，滲析是一個(gè)以溶質(zhì)濃度差為驅(qū)動(dòng)力的自發(fā)進(jìn)行的過(guò)程，在這一過(guò)程中，體系的熵增加，Gibbs自由能降低，因而在熱力學(xué)上是有利的。與其他分離方法比較，滲析法的主要優(yōu)點(diǎn)如下：

①能耗低，通常無(wú)需額外施加壓力；

②安裝和操作成本低；

③穩(wěn)定、可靠、容易操作；

④對(duì)環(huán)境無(wú)污染。

尤其在環(huán)保和節(jié)能方面的優(yōu)勢(shì)，是其他分離方法難以比擬的。

但由于體系本身?xiàng)l件的限制，工業(yè)滲析過(guò)程的速度慢，效率較低，同時(shí)選擇性不高，化學(xué)性質(zhì)相似或分子大小相近的溶質(zhì)體系很難用滲析法分離，這使其發(fā)展受到了很大的限制，它逐漸被借助外力驅(qū)動(dòng)的膜過(guò)程（如電滲析、超濾等）所取代，應(yīng)用范圍日漸縮小。

然而，當(dāng)使用外力困難或系統(tǒng)本身有足夠高的濃度差時(shí)，滲析仍為行之有效的膜分離方法。另外，對(duì)少量物料的處理，如果可長(zhǎng)時(shí)間任其進(jìn)行，也是滲析的用武之處。在醫(yī)療保健領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用的血液透析已成為當(dāng)前滲析法最大的應(yīng)用市場(chǎng)；在工業(yè)廢水處理中廢酸、堿液的回收也是滲析應(yīng)用的一個(gè)方面；另外在實(shí)驗(yàn)室中滲析可用于少量料液的凈化。近年來(lái)關(guān)于滲析的專利數(shù)量也呈遞增之勢(shì)（圖10-3）。