實驗室用的正滲透裝置

㈠ 水處理的正滲透

正滲透-尋找水處理脫鹽新技術
正滲透作為一種潛在的水純化和淡化新技術，世界上正對其進行著多角度、深層次的理論研究和實踐探索。正滲透與反滲透是一對互逆的方法。國外1976年，有液-液體系的原始嘗試，國內1992年，發明過液-固體系的正向滲透（非加壓）吸附滲透法脫鹽（CN92110710.2）。直到約10年後，又重新跟隨國際潮流，開始標準的模仿復制的模式， 2008年有綜述報告。 隨著科技的飛速發展，壓力驅動反滲透膜分離技術（RO）在膜、膜組器、設備和工藝等方面都有了較大創新和改進，但人們也越來越意識到RO技術在節能、環保領域存在的局限，而且就脫鹽來講，RO技術可認為已接近發展的頂峰。因此，國外已經開展了「正向滲透膜分離技術（FO）」的相關研究，並取得了一定的成果，在海水淡化、污水處理、食品加工、醫葯等領域得到了應用，特別是「壓力延緩滲透（FRO）海水發電」，更是一項極具前景的清潔再生能源開發技術J。但是國內對正向滲透膜分離技術關注得很少，相關研究和論文也不多。雖然，上個世紀90年代中國有了創造性的發明「非加壓吸附滲透法海水淡化」（CN92110710.2）。

正向滲透分離技術很早就得到了應用。很久以前，人們就採用食鹽來長期貯存食物，因為在高鹽環境下多數細菌、黴菌和病原菌由於滲透作用會脫水死亡或暫時失去活性。如今，人們已經開始利用正向滲透膜分離技術進行海水淡化、工業廢水處理、垃圾滲透液處理等研究；食品工業在實驗室利用正向滲透膜分離來濃縮飲料；緊急救援時的生命支持系統利用正向滲透膜分離技術製取淡水。隨著材料科學的發展，正向滲透技術已經應用於人體的葯物控制釋放。 （90年代）
非加壓吸附滲透海水淡化法，或稱為「正向滲透法」，讓水通過多孔膜正向滲透進入一種超強吸水的吸附劑或鹽濃度甚至超過海水的溶液或固態物，不需要外界加壓，但溶液里的特殊鹽分提取液很容易蒸發，不需要加太多的熱（加熱能與反滲透加壓的能量比？）。分固態鹽、液態鹽方向。固態鹽解吸附耗能更小。
海水淡化技術：非加壓吸附滲透海水淡化法（CN92110710.2）1992年：上個世紀90年代鄧宇的發明，《美國化學文摘》收錄。
另外兩種方法都在薄膜結構上有了創新和改進： 軟水機原理及功能：根據離子交換的原理，即用 Na+交換Mg2+Ca2+，使水中的硬度降低到70毫克/升以下成為軟水，此水處理設備主要功能是祛除水鹼，水垢。
軟水機水處理設備的優缺點：
優點：祛除水垢，水鹼效果好，同時流量大，基本上不降低水壓。經過軟水機水處理設備產生的水，清潔能力特強，洗衣，淋浴，美容護膚效果強；也能減輕能源消耗。同時也節約洗滌用品，降低家務強度。軟水機水處理設備產生的水最適宜作為生活用水的。
缺點：軟水機水處理設備不能祛除細菌，病毒，有機物，不能直接飲用；再生時需要耗鹽；並產生一定量的廢水。
軟化水的適用領域:浴室、廚房、洗衣、暖氣、鍋爐、中央空調設備供水、美容保健等廣大領域。 純水機原理及功能：採用PP棉，活性炭及RO膜等濾芯，五級或五級以上過濾，其中最核心是RO膜，RO膜是目前過濾精度最高的濾芯。制出的水為純凈水，可以直接生飲。
純水機水處理設備優缺點：
優點：純水機水處理設備過濾精度高，適用於多種水質，凈化後的水是純凈水，口感好，不含任何雜質。
缺點：純水機水處理設備每日制水量少，只能解決飲用和做飯；前三級濾芯使用壽命短，需要定期更換濾芯；不適宜長期作為直飲水，尤其是兒童和老人更不宜長期飲用純凈水。
超濾機是凈水機水處理設備中的主流產品，具有精度高，凈化效果好，濾芯壽命長，並能自動清洗濾芯。
凈水機原理及功能：採用0.01微米的超濾膜分離技術，能有效祛除水的泥沙，鐵銹，懸浮物，膠體，細菌，病毒，大分子有機物等有害物。
凈水機水處理設備優點缺點：
優點：凈水機水處理設備過濾精度高；凈化水接近礦泉水，能直接生飲；流量大；濾芯使用年限長；自動清洗濾芯；不需要電；不浪費水。
缺點：凈水機水處理設備祛除水垢，水鹼效果較差，適用中等以下硬度地區；單一超濾機不能徹底去除水中異味，水質口感較差；換芯比較麻煩，不能徹底去除水中重金屬。 納濾膜水處理機是以納濾膜為主要部件，結構略為疏鬆，類似反滲透膜的水處理機，納濾膜是荷電膜，能進行電性吸附，對電性高的F離子等，能部分去除，並具有納密級孔徑，大分子不能通過，游離態的水分子部分通過，NaCl部分透過，鈣離子，鎂離子更少部分能通過。囊括了以上水處理機的優點，且避免了二水處理。

㈡ 結合以下實驗室製取氣體的常用裝置回答問題：（1）寫出圖1標號儀器的名稱：①______；②______．（2）實

（1）試管是常用的反應容器，分液漏斗可以控制反應的速率，故答案為：試管；分液漏斗；
（2）如果用雙氧水和二氧化錳制氧氣就不需要加熱，它與採用裝置A製取氧氣時比較，主要優點是：節約能源或操作簡便等；檢查B裝置氣密性的方法是：關閉分液漏斗的活塞，先把導管的一端浸入水中，然後兩手緊握錐形瓶的外壁，觀察導管口是否有氣泡冒出；故答案為：B；二氧化錳；節約能源（或操作簡便等）；關閉分液漏斗的活塞，先把導管的一端浸入水中，然後兩手緊握錐形瓶的外壁，觀察導管口是否有氣泡冒出；
（3）實驗室製取CO₂，是在常溫下，用大理石或石灰石和稀鹽酸製取的，碳酸鈣和鹽酸互相交換成分生成氯化鈣和水和二氧化碳，因此不需要加熱．二氧化碳能溶於水，密度比空氣的密度大，因此只能用向上排空氣法收集；二氧化碳的驗滿方法是：將一根燃著的木條平放在集氣瓶口，木條熄滅，證明滿了；故答案為：B；D；將一根燃著的木條平放在集氣瓶口，木條熄滅，證明滿了；
（4）如果用高錳酸鉀制氧氣就需要加熱，加熱高錳酸鉀時，試管口要放一團棉花，是為了防止高錳酸鉀粉末進入導管；實驗室用高錳酸鉀製取氧氣的主要操作步驟是：檢驗裝置的氣密性；加入葯品；加熱；收集氣體；從水槽中取出導管；故答案為：②⑥⑤④③①；A；一團棉花；
（5）實驗室用電石（固體）與水在常溫下反應製取乙炔，因此不需要加熱，要想收集更純凈的乙炔氣體，最好選用排水法收集；故答案為：B；E；
（6）用圖2收集氣體時，當用排空氣法收集二氧化碳時，瓶內沒有水，氣體從長管進入，因為二氧化碳的密度比空氣大；當用排水法收集氧氣時，瓶內裝滿水，氧氣從短管進入，因為氧氣的密度比水的密度小，故答案為：a；b；

㈢ 實驗室超純水機的設備工藝

實驗室超純水機工藝流程

1、預處理-反滲透-水箱-陽床-陰床-混合床-純化水箱-純水泵-紫外線殺菌器-精製混床-精密過濾器-用水對象。

2、預處理-一級反滲透-加葯機(PH調節)-中間水箱-第二級反滲透-純化水箱-純水泵-紫外線殺菌器-0.2或0.5μm精密過濾器-用水對象

3、預處理-反滲透-中間水箱-水泵-EDI裝置-純化水箱-純水泵-紫外線殺菌器-0.2或0.5μm精密過濾器-用水對象

4、預處理-反滲透-中間水箱-水泵-EDI裝置-純化水箱-純水泵-紫外線殺菌器-精製混床-0.2或0.5μm精密過濾器-用水對象為滿足用戶需要，達到符合標準的水質，盡可能地減少各級的污染，在工藝設計上，取達國家自來水標準的水為源水，再設有介質過濾器，活性碳過濾器，精密過濾器等預處理系統、RO反滲透主機系統、離子交換混床系統等。

㈣ 如何用紅細胞探究細胞膜的選擇透過性

細胞膜選擇透過性的一組實驗

細胞膜的選擇通過性是「細胞結構與功能」一節的難點內容之一，也是第2章「滲透作用原理」，「根對礦質離子選擇吸收」的基礎。在教學過程中如能把學生帶進實驗室，使用直觀手段教學，不但有助於突破教學難點，提高教學質量，而且還能引起學生對科學實驗的濃厚興趣。

一、演示擴散、滲透作用裝置

1．演示擴散裝置：將1粒高錳酸鉀輕輕放入1杯清水中，讓學生觀察高錳酸鉀的溶解過程，了解擴散作用的原理。

2．演示滲透裝置：如圖1所示，讓學生思考，推測實驗結果，為理解細胞膜的選擇透過性打下基礎。

圖1

二、演示紅細胞的滲透反應裝置

取3支試管，第1支試管加入2mL 0.9%的生理鹽水、第2支試管加入2mL蒸餾水，第3支試管加入2mL10%的氯化鈉溶液，然後各滴加2滴哺乳動物紅細胞懸浮液，震盪混勻，放在試管架上。引導學生思考：一段時間後，3支試管中將分別出現何種結果，其原因是什麼？在學生思維活動展開並形成一致性結論後即板畫出紅細胞的3種不同形態（圖2），說明紅細胞對水是自由滲透的，水能夠借濃度梯度被動地透過細胞膜，從而引起紅細胞吸水膨脹破裂（溶血）或失水皺縮。

圖2

那麼正常細胞在和環境進行物質交換時，能否也遵循高濃度低濃度的擴散原理，被動地吸收各種不同分子量的物質呢？

給學生分發實驗材料、用具及實驗報告，要求學生在觀察演示實驗2的基礎上，設計實驗方案來驗證自己的設想。最後教師用啟發誘導的方式歸納出一個正確的設想，提出合理的實驗方案來加以驗證。

三、學生實驗——細胞膜被動吸收的驗證

1．實驗原理 紅細胞對水是自由滲透的，但對大多數物質具有選擇透過性，在等滲條件下，稀釋的紅細胞懸浮液呈渾濁狀且透光性差。但當紅細胞溶血後，其懸浮液就變得透明且光線容易透過。本實驗用稀釋的紅細胞懸浮液在不同溶質中是否出現溶血現象，來驗證細胞膜的選擇透過性。

2．材料、用具 量筒、試管和試管架、秒錶、紅細胞懸浮液、蒸餾水、乙二醇、甘油、10%葡萄糖、1%澱粉液。

3．方法步驟 取5支試管編號，並在試管底部背面襯1張印有印刷字體的小紙片，按下表加入下列各種物質，振動混勻後，置於試管架上。當通過試管看到其背面清晰的印刷字體時，此時間即是該溶劑或溶質分子透過紅細胞膜所需的時間，用秒錶記錄，結果記錄在下表中。

細胞膜對不同物質的透性

試管
編號
試劑（mL） 細胞懸浮液（滴） 結果及原因
1 蒸餾水2mL 2
2 乙二醇2mL 2
3 甘油2mL 2
4 10%葡萄糖2mL 2
5 1%澱粉液2mL 2

註：①取新鮮哺乳動物血液適量，按4：1加入5%的檸檬酸鈉溶液，震盪混勻，靜置數小時，待血液分層後，倒去血漿及部分血細胞，再按1：5的比例加入0.9%的生理鹽水靜置，分層後，倒去上清液即成。

②1g澱粉加0.9%的生理鹽水至100mL，煮開後冷卻。

4．實驗結論 實驗表明小分子物質（如、、甘油、乙二醇、葡萄糖）能夠藉助簡單的擴散作用，透過細胞膜，而大分子物質（如澱粉、蛋白質）則不能通過。然後教師依據實驗結論講述自由擴散和協助擴散原理。

四、細胞膜生動吸收是生活細胞的特徵

細胞膜具有一種非常重要的特性，就是能選擇性地透過一些物質，一些離子、小分子可以以自由擴散、協助擴散的方式順利通過，另一些「禁止通行」。如果細胞死亡，則細胞膜將失去選擇透性，也就失去了主動吸收的功能。

1．教師演示實驗 取2支試管，分別放入1朵蒲公英（或其他有色花瓣）並注入適量清水，將其中1支試管放在酒精燈上加熱至沸，引導學生觀察並分析實驗結果。

2．學生實驗——小麥種子發芽率的快速測定：提供浸泡5h的小麥種子，10%的紅墨水（染色劑）、刀片、培養皿、載玻片。由學生自己設計實驗步驟，分析實驗結果。教師巡視，個別指導。實驗結束後，教師對比前一個煮花瓣的實驗，進一步講清主動吸收的原理。

㈤ 根據如圖回答問題：（1）寫出圖中標號①儀器的名稱______；（2）實驗室用鋅粒和稀硫酸製取並收集較純凈的

(1)圖中標號①的裝置名稱為：集氣瓶。

(2)鋅粒和稀硫酸反應製取氫氣，應選擇裝置B。
該反內應的化學方程式為：Zn+H2SO4==ZnSO4+H2↑

A,B均為容氣體發生裝置。二者的區別在於，A為固體-加熱型裝置。B為固體-液體不加熱型。
鋅粒和稀硫酸反應制氫氣，鋅粒為固體，稀硫酸為液體。該反應無需加熱，因此選擇裝置B最為合適。

(3)①製取二氧化氮應選擇裝置B。
將銅片放入試管中的正確操作是：先將試管橫放，用鑷子夾持銅片放在試管口，慢慢豎起試管。

銅片為固體，濃硝酸為液體，製取NO2時無需加熱，因此選擇裝置B最為合適。
將固體放入試管時，切不可直接將固體丟入試管，這樣容易將試管底部砸破，發生危險。

②NO2最好放在上層集氣瓶中。
看到的現象是：上層集氣瓶中的紅棕色氣體向下層集氣瓶中擴散，最終上下層集氣瓶中充滿顏色相同的氣體。

因NO2的密度大於空氣，也就是說:NO2在空氣中會向下沉。
因此將NO2放在上層瓶中，除了擴散的作用，還有一個下沉的作用，使演示時間大為縮短。