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年美國科學家DR.S.Sourirajan無意中發現海鷗在海上飛行時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？這位科學家把海鷗帶回了實驗室，經過解剖發現在海鷗嗉囊位置有一層薄膜，該薄膜構造非常精密。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。

對透過的物質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的薄膜稱之為理想半透膜。當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時，稀溶液中的溶劑將自然穿過半透膜而自發地向濃溶液一側流動，這一現象稱為滲透。當滲透達到平衡時，濃溶液一側的液面會比稀溶液的液面高出一定高度，即形成一個壓差，此壓差即為滲透壓。滲透壓的大小取決于溶液的固有性質，即與濃溶液的種類、濃度和溫度有關而與半透膜的性質無關。若在濃溶液一側施加大于滲透壓的壓力時，溶劑的流動方向將與原來的滲透方向相反，開始從濃溶液向稀溶液一側流動，這一過程稱為反滲透。反滲透是滲透的一種反向遷移運動，是一種在壓力驅動下，借助于半透膜的選擇截留作用將溶液中的溶質與溶劑分開的分離方法，它已廣泛應用于各種液體的提純與濃縮，其中最普遍的應用實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、有機物、膠體、細菌、病毒等。利用反滲透原理進行水提純系統具有水質好、耗能低、無污染、工藝簡單、操作簡便等優點。反滲透膜能截留直徑大于0.0001微米的物質，是最精細的一種膜分離產品，其能有效截留所有溶解鹽份及分子量大于100的有機物，同時允許水分子通過，以獲得高質量的純凈水。

請根據上述材料，回答下列問題：

（1）要將自來水中的無機鹽、重金屬離子、有機物、膠體、細菌、病毒等雜質阻隔，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格區分開來，反滲透膜的孔徑要達到___________以下。

（2）圖甲中容器兩側液面在自然狀態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）圖乙中兩側液體靜止達到液透平衡。如果左右兩容器橫截面積均為100cm2，要實現反滲透，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______？請寫出計算過程和結果。（g=10N/kg，ρ鹽水=1.03×103kg/m3）

（4）RO反滲透是當前最先進的凈水分離技術，請舉出一個它在生產生活方面的應用_______________。

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、制藥等

【解析】

（1）根據反滲透膜能截留直徑大于0.0001微米的物質可知，反滲透膜的孔徑要達到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地向濃溶液一側流動，這一現象稱為滲透，所以圖甲中容器兩側液面在自然狀態下液體的流動方向是從純水到鹽水；

（3）由于圖乙中兩側液體靜止達到液透平衡，且右側液面比左側液面高出h1=10cm；而在圖甲中盛鹽水一側可利用液體的壓強太小，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反滲透是當前最先進的凈水分離技術，它在生產生活方面的應用有：海水淡化、凈水機、制藥等。