实验室用的正渗透装置

㈠ 水处理的正渗透

正渗透-寻找水处理脱盐新技术
正渗透作为一种潜在的水纯化和淡化新技术，世界上正对其进行着多角度、深层次的理论研究和实践探索。正渗透与反渗透是一对互逆的方法。国外1976年，有液-液体系的原始尝试，国内1992年，发明过液-固体系的正向渗透（非加压）吸附渗透法脱盐（CN92110710.2）。直到约10年后，又重新跟随国际潮流，开始标准的模仿复制的模式， 2008年有综述报告。 随着科技的飞速发展，压力驱动反渗透膜分离技术（RO）在膜、膜组器、设备和工艺等方面都有了较大创新和改进，但人们也越来越意识到RO技术在节能、环保领域存在的局限，而且就脱盐来讲，RO技术可认为已接近发展的顶峰。因此，国外已经开展了“正向渗透膜分离技术（FO）”的相关研究，并取得了一定的成果，在海水淡化、污水处理、食品加工、医药等领域得到了应用，特别是“压力延缓渗透（FRO）海水发电”，更是一项极具前景的清洁再生能源开发技术J。但是国内对正向渗透膜分离技术关注得很少，相关研究和论文也不多。虽然，上个世纪90年代中国有了创造性的发明“非加压吸附渗透法海水淡化”（CN92110710.2）。

正向渗透分离技术很早就得到了应用。很久以前，人们就采用食盐来长期贮存食物，因为在高盐环境下多数细菌、霉菌和病原菌由于渗透作用会脱水死亡或暂时失去活性。如今，人们已经开始利用正向渗透膜分离技术进行海水淡化、工业废水处理、垃圾渗透液处理等研究；食品工业在实验室利用正向渗透膜分离来浓缩饮料；紧急救援时的生命支持系统利用正向渗透膜分离技术制取淡水。随着材料科学的发展，正向渗透技术已经应用于人体的药物控制释放。 （90年代）
非加压吸附渗透海水淡化法，或称为“正向渗透法”，让水通过多孔膜正向渗透进入一种超强吸水的吸附剂或盐浓度甚至超过海水的溶液或固态物，不需要外界加压，但溶液里的特殊盐分提取液很容易蒸发，不需要加太多的热（加热能与反渗透加压的能量比？）。分固态盐、液态盐方向。固态盐解吸附耗能更小。
海水淡化技术：非加压吸附渗透海水淡化法（CN92110710.2）1992年：上个世纪90年代邓宇的发明，《美国化学文摘》收录。
另外两种方法都在薄膜结构上有了创新和改进： 软水机原理及功能：根据离子交换的原理，即用 Na+交换Mg2+Ca2+，使水中的硬度降低到70毫克/升以下成为软水，此水处理设备主要功能是祛除水碱，水垢。
软水机水处理设备的优缺点：
优点：祛除水垢，水碱效果好，同时流量大，基本上不降低水压。经过软水机水处理设备产生的水，清洁能力特强，洗衣，淋浴，美容护肤效果强；也能减轻能源消耗。同时也节约洗涤用品，降低家务强度。软水机水处理设备产生的水最适宜作为生活用水的。
缺点：软水机水处理设备不能祛除细菌，病毒，有机物，不能直接饮用；再生时需要耗盐；并产生一定量的废水。
软化水的适用领域:浴室、厨房、洗衣、暖气、锅炉、中央空调设备供水、美容保健等广大领域。 纯水机原理及功能：采用PP棉，活性炭及RO膜等滤芯，五级或五级以上过滤，其中最核心是RO膜，RO膜是目前过滤精度最高的滤芯。制出的水为纯净水，可以直接生饮。
纯水机水处理设备优缺点：
优点：纯水机水处理设备过滤精度高，适用于多种水质，净化后的水是纯净水，口感好，不含任何杂质。
缺点：纯水机水处理设备每日制水量少，只能解决饮用和做饭；前三级滤芯使用寿命短，需要定期更换滤芯；不适宜长期作为直饮水，尤其是儿童和老人更不宜长期饮用纯净水。
超滤机是净水机水处理设备中的主流产品，具有精度高，净化效果好，滤芯寿命长，并能自动清洗滤芯。
净水机原理及功能：采用0.01微米的超滤膜分离技术，能有效祛除水的泥沙，铁锈，悬浮物，胶体，细菌，病毒，大分子有机物等有害物。
净水机水处理设备优点缺点：
优点：净水机水处理设备过滤精度高；净化水接近矿泉水，能直接生饮；流量大；滤芯使用年限长；自动清洗滤芯；不需要电；不浪费水。
缺点：净水机水处理设备祛除水垢，水碱效果较差，适用中等以下硬度地区；单一超滤机不能彻底去除水中异味，水质口感较差；换芯比较麻烦，不能彻底去除水中重金属。 纳滤膜水处理机是以纳滤膜为主要部件，结构略为疏松，类似反渗透膜的水处理机，纳滤膜是荷电膜，能进行电性吸附，对电性高的F离子等，能部分去除，并具有纳密级孔径，大分子不能通过，游离态的水分子部分通过，NaCl部分透过，钙离子，镁离子更少部分能通过。囊括了以上水处理机的优点，且避免了二水处理。

㈡ 结合以下实验室制取气体的常用装置回答问题：（1）写出图1标号仪器的名称：①______；②______．（2）实

（1）试管是常用的反应容器，分液漏斗可以控制反应的速率，故答案为：试管；分液漏斗；
（2）如果用双氧水和二氧化锰制氧气就不需要加热，它与采用装置A制取氧气时比较，主要优点是：节约能源或操作简便等；检查B装置气密性的方法是：关闭分液漏斗的活塞，先把导管的一端浸入水中，然后两手紧握锥形瓶的外壁，观察导管口是否有气泡冒出；故答案为：B；二氧化锰；节约能源（或操作简便等）；关闭分液漏斗的活塞，先把导管的一端浸入水中，然后两手紧握锥形瓶的外壁，观察导管口是否有气泡冒出；
（3）实验室制取CO₂，是在常温下，用大理石或石灰石和稀盐酸制取的，碳酸钙和盐酸互相交换成分生成氯化钙和水和二氧化碳，因此不需要加热．二氧化碳能溶于水，密度比空气的密度大，因此只能用向上排空气法收集；二氧化碳的验满方法是：将一根燃着的木条平放在集气瓶口，木条熄灭，证明满了；故答案为：B；D；将一根燃着的木条平放在集气瓶口，木条熄灭，证明满了；
（4）如果用高锰酸钾制氧气就需要加热，加热高锰酸钾时，试管口要放一团棉花，是为了防止高锰酸钾粉末进入导管；实验室用高锰酸钾制取氧气的主要操作步骤是：检验装置的气密性；加入药品；加热；收集气体；从水槽中取出导管；故答案为：②⑥⑤④③①；A；一团棉花；
（5）实验室用电石（固体）与水在常温下反应制取乙炔，因此不需要加热，要想收集更纯净的乙炔气体，最好选用排水法收集；故答案为：B；E；
（6）用图2收集气体时，当用排空气法收集二氧化碳时，瓶内没有水，气体从长管进入，因为二氧化碳的密度比空气大；当用排水法收集氧气时，瓶内装满水，氧气从短管进入，因为氧气的密度比水的密度小，故答案为：a；b；

㈢ 实验室超纯水机的设备工艺

实验室超纯水机工艺流程

1、预处理-反渗透-水箱-阳床-阴床-混合床-纯化水箱-纯水泵-紫外线杀菌器-精制混床-精密过滤器-用水对象。

2、预处理-一级反渗透-加药机(PH调节)-中间水箱-第二级反渗透-纯化水箱-纯水泵-紫外线杀菌器-0.2或0.5μm精密过滤器-用水对象

3、预处理-反渗透-中间水箱-水泵-EDI装置-纯化水箱-纯水泵-紫外线杀菌器-0.2或0.5μm精密过滤器-用水对象

4、预处理-反渗透-中间水箱-水泵-EDI装置-纯化水箱-纯水泵-紫外线杀菌器-精制混床-0.2或0.5μm精密过滤器-用水对象为满足用户需要，达到符合标准的水质，尽可能地减少各级的污染，在工艺设计上，取达国家自来水标准的水为源水，再设有介质过滤器，活性碳过滤器，精密过滤器等预处理系统、RO反渗透主机系统、离子交换混床系统等。

㈣ 如何用红细胞探究细胞膜的选择透过性

细胞膜选择透过性的一组实验

细胞膜的选择通过性是“细胞结构与功能”一节的难点内容之一，也是第2章“渗透作用原理”，“根对矿质离子选择吸收”的基础。在教学过程中如能把学生带进实验室，使用直观手段教学，不但有助于突破教学难点，提高教学质量，而且还能引起学生对科学实验的浓厚兴趣。

一、演示扩散、渗透作用装置

1．演示扩散装置：将1粒高锰酸钾轻轻放入1杯清水中，让学生观察高锰酸钾的溶解过程，了解扩散作用的原理。

2．演示渗透装置：如图1所示，让学生思考，推测实验结果，为理解细胞膜的选择透过性打下基础。

图1

二、演示红细胞的渗透反应装置

取3支试管，第1支试管加入2mL 0.9%的生理盐水、第2支试管加入2mL蒸馏水，第3支试管加入2mL10%的氯化钠溶液，然后各滴加2滴哺乳动物红细胞悬浮液，震荡混匀，放在试管架上。引导学生思考：一段时间后，3支试管中将分别出现何种结果，其原因是什么？在学生思维活动展开并形成一致性结论后即板画出红细胞的3种不同形态（图2），说明红细胞对水是自由渗透的，水能够借浓度梯度被动地透过细胞膜，从而引起红细胞吸水膨胀破裂（溶血）或失水皱缩。

图2

那么正常细胞在和环境进行物质交换时，能否也遵循高浓度低浓度的扩散原理，被动地吸收各种不同分子量的物质呢？

给学生分发实验材料、用具及实验报告，要求学生在观察演示实验2的基础上，设计实验方案来验证自己的设想。最后教师用启发诱导的方式归纳出一个正确的设想，提出合理的实验方案来加以验证。

三、学生实验——细胞膜被动吸收的验证

1．实验原理 红细胞对水是自由渗透的，但对大多数物质具有选择透过性，在等渗条件下，稀释的红细胞悬浮液呈浑浊状且透光性差。但当红细胞溶血后，其悬浮液就变得透明且光线容易透过。本实验用稀释的红细胞悬浮液在不同溶质中是否出现溶血现象，来验证细胞膜的选择透过性。

2．材料、用具 量筒、试管和试管架、秒表、红细胞悬浮液、蒸馏水、乙二醇、甘油、10%葡萄糖、1%淀粉液。

3．方法步骤 取5支试管编号，并在试管底部背面衬1张印有印刷字体的小纸片，按下表加入下列各种物质，振动混匀后，置于试管架上。当通过试管看到其背面清晰的印刷字体时，此时间即是该溶剂或溶质分子透过红细胞膜所需的时间，用秒表记录，结果记录在下表中。

细胞膜对不同物质的透性

试管
编号
试剂（mL） 细胞悬浮液（滴） 结果及原因
1 蒸馏水2mL 2
2 乙二醇2mL 2
3 甘油2mL 2
4 10%葡萄糖2mL 2
5 1%淀粉液2mL 2

注：①取新鲜哺乳动物血液适量，按4：1加入5%的柠檬酸钠溶液，震荡混匀，静置数小时，待血液分层后，倒去血浆及部分血细胞，再按1：5的比例加入0.9%的生理盐水静置，分层后，倒去上清液即成。

②1g淀粉加0.9%的生理盐水至100mL，煮开后冷却。

4．实验结论 实验表明小分子物质（如、、甘油、乙二醇、葡萄糖）能够借助简单的扩散作用，透过细胞膜，而大分子物质（如淀粉、蛋白质）则不能通过。然后教师依据实验结论讲述自由扩散和协助扩散原理。

四、细胞膜生动吸收是生活细胞的特征

细胞膜具有一种非常重要的特性，就是能选择性地透过一些物质，一些离子、小分子可以以自由扩散、协助扩散的方式顺利通过，另一些“禁止通行”。如果细胞死亡，则细胞膜将失去选择透性，也就失去了主动吸收的功能。

1．教师演示实验 取2支试管，分别放入1朵蒲公英（或其他有色花瓣）并注入适量清水，将其中1支试管放在酒精灯上加热至沸，引导学生观察并分析实验结果。

2．学生实验——小麦种子发芽率的快速测定：提供浸泡5h的小麦种子，10%的红墨水（染色剂）、刀片、培养皿、载玻片。由学生自己设计实验步骤，分析实验结果。教师巡视，个别指导。实验结束后，教师对比前一个煮花瓣的实验，进一步讲清主动吸收的原理。

㈤ 根据如图回答问题：（1）写出图中标号①仪器的名称______；（2）实验室用锌粒和稀硫酸制取并收集较纯净的

(1)图中标号①的装置名称为：集气瓶。

(2)锌粒和稀硫酸反应制取氢气，应选择装置B。
该反内应的化学方程式为：Zn+H2SO4==ZnSO4+H2↑

A,B均为容气体发生装置。二者的区别在于，A为固体-加热型装置。B为固体-液体不加热型。
锌粒和稀硫酸反应制氢气，锌粒为固体，稀硫酸为液体。该反应无需加热，因此选择装置B最为合适。

(3)①制取二氧化氮应选择装置B。
将铜片放入试管中的正确操作是：先将试管横放，用镊子夹持铜片放在试管口，慢慢竖起试管。

铜片为固体，浓硝酸为液体，制取NO2时无需加热，因此选择装置B最为合适。
将固体放入试管时，切不可直接将固体丢入试管，这样容易将试管底部砸破，发生危险。

②NO2最好放在上层集气瓶中。
看到的现象是：上层集气瓶中的红棕色气体向下层集气瓶中扩散，最终上下层集气瓶中充满颜色相同的气体。

因NO2的密度大于空气，也就是说:NO2在空气中会向下沉。
因此将NO2放在上层瓶中，除了扩散的作用，还有一个下沉的作用，使演示时间大为缩短。