Question

【題目】閱讀“RO反滲透膜原理”，回答第35題。

RO反滲透膜原理

反滲透，英文為Reverse Osmosis，它所描繪的是一個(gè)自然界中水分自然滲透過程的反向過程。早在1950年美國科學(xué)家DR.S.Sourirajan無意中發(fā)現(xiàn)海鷗在海上飛行時(shí)從海面啜起一大口海水，隔了幾秒后吐出一小口的海水。他由此而產(chǎn)生疑問：陸地上由肺呼吸的動物是絕對無法飲用高鹽份的海水，那為什么海鷗就可以飲用海水呢？這位科學(xué)家把海鷗帶回了實(shí)驗(yàn)室，經(jīng)過解剖發(fā)現(xiàn)在海鷗嗉囊位置有一層薄膜，該薄膜構(gòu)造非常精密。海鷗正是利用了這層薄膜把海水過濾為可飲用的淡水，而含有雜質(zhì)及高濃縮鹽份的海水則被從口中吐出。這就是以后逆滲透法（Reverse Osmosis 簡稱 R.O）的基本理論架構(gòu)。

對透過的物質(zhì)具有選擇性的薄膜稱為半透膜，一般將只能透過溶劑而不能透過溶質(zhì)的薄膜稱之為理想半透膜。當(dāng)把相同體積的稀溶液(例如淡水)和濃溶液(例如鹽水)分別置于半透膜的兩側(cè)時(shí)，稀溶液中的溶劑將自然穿過半透膜而自發(fā)地向濃溶液一側(cè)流動，這一現(xiàn)象稱為滲透。當(dāng)滲透達(dá)到平衡時(shí)，濃溶液一側(cè)的液面會比稀溶液的液面高出一定高度，即形成一個(gè)壓差，此壓差即為滲透壓。滲透壓的大小取決于溶液的固有性質(zhì)，即與濃溶液的種類、濃度和溫度有關(guān)而與半透膜的性質(zhì)無關(guān)。若在濃溶液一側(cè)施加大于滲透壓的壓力時(shí)，溶劑的流動方向?qū)⑴c原來的滲透方向相反，開始從濃溶液向稀溶液一側(cè)流動，這一過程稱為反滲透。反滲透是滲透的一種反向遷移運(yùn)動，是一種在壓力驅(qū)動下，借助于半透膜的選擇截留作用將溶液中的溶質(zhì)與溶劑分開的分離方法，它已廣泛應(yīng)用于各種液體的提純與濃縮，其中最普遍的應(yīng)用實(shí)例便是在水處理工藝中。反滲透膜的孔徑非常小，因此能夠有效地去除水中比反滲透膜孔徑大的溶解鹽類、重金屬離子、有機(jī)物、膠體、細(xì)菌、病毒等。利用反滲透原理進(jìn)行水提純系統(tǒng)具有水質(zhì)好、耗能低、無污染、工藝簡單、操作簡便等優(yōu)點(diǎn)。反滲透膜能截留直徑大于0.0001微米的物質(zhì)，是最精細(xì)的一種膜分離產(chǎn)品，其能有效截留所有溶解鹽份及分子量大于100的有機(jī)物，同時(shí)允許水分子通過，以獲得高質(zhì)量的純凈水。

請根據(jù)上述材料，回答下列問題：

（1）要將自來水中的無機(jī)鹽、重金屬離子、有機(jī)物、膠體、細(xì)菌、病毒等雜質(zhì)阻隔，并使之無法通過反滲透膜，從而使可以透過的純水和無法透過的濃縮水嚴(yán)格區(qū)分開來，反滲透膜的孔徑要達(dá)到___________以下。

（2）圖甲中容器兩側(cè)液面在自然狀態(tài)下液體的流動方向是____________（選填“從純水到鹽水”或“從鹽水到純水”）。

（3）圖乙中兩側(cè)液體靜止達(dá)到液透平衡。如果左右兩容器橫截面積均為100cm2，要實(shí)現(xiàn)反滲透，需要在圖甲中_________液面（選填“純水”或“鹽水”）施加豎直向下的壓力至少是多大______？請寫出計(jì)算過程和結(jié)果。（g=10N/kg，ρ鹽水=1.03×103kg/m3）

（4）RO反滲透是當(dāng)前最先進(jìn)的凈水分離技術(shù)，請舉出一個(gè)它在生產(chǎn)生活方面的應(yīng)用_______________。

Answer 1

【答案】0.0001(10-4 )微米（μm） 從純水到鹽水 鹽水 10.3N 海水淡化、凈水機(jī)、制藥等

【解析】

（1）根據(jù)反滲透膜能截留直徑大于0.0001微米的物質(zhì)可知，反滲透膜的孔徑要達(dá)到0.0001微米以下。

（2）由題意可知，稀溶液中的溶劑將自然穿過半透膜而自發(fā)地向濃溶液一側(cè)流動，這一現(xiàn)象稱為滲透，所以圖甲中容器兩側(cè)液面在自然狀態(tài)下液體的流動方向是從純水到鹽水；

（3）由于圖乙中兩側(cè)液體靜止達(dá)到液透平衡，且右側(cè)液面比左側(cè)液面高出h1=10cm；而在圖甲中盛鹽水一側(cè)可利用液體的壓強(qiáng)太小，所以需要在圖甲中鹽水液面施加豎直向下的壓力，才能使得鹽水向純水流動；施加的壓力：F=p1S=ρ鹽水gh1S=1.03×103kg/m3×10N/kg×0.1m×102m2=10.3N；

（4）RO反滲透是當(dāng)前最先進(jìn)的凈水分離技術(shù)，它在生產(chǎn)生活方面的應(yīng)用有：海水淡化、凈水機(jī)、制藥等。