10.1　概述

渗析，又称透析，是最早被发现和研究的一种膜分离过程。渗析是一种自然发生的物理现象。借助于膜内的溶质分子扩散作用使各种溶质得以分离的膜过程即为渗析，也称扩散渗析或自然渗析。由于过程的推动力是浓度梯度，因而又称浓差渗析［1-6］。

渗析过程的最简单原理如图10-1所示。即中间以膜（虚线）相隔，其A侧通原液，B侧通溶剂。如此，溶质由A侧依据扩散而溶剂（水）由B侧依据渗透相互进行移动。一般而言，小分子比大分子扩散得快。

图10-1　渗析的原理示意

渗析的目的就是借助这种扩散速度的差，并利用渗析膜孔的选择性分离作用，使A侧的多组分（两种及两种以上）溶质得以分离。不过这里不是溶剂和溶质的分离（浓缩），而是不同尺寸的溶质之间的分离。浓度（化学势）差是过程进行的唯一推动力。

19世纪50年代初，苏格兰化学家Graham开始系统地研究溶液中溶质的扩散作用，随后又研究了不同溶质通过半透膜（羊皮纸或棉胶等制成的薄膜）的特性。1861年，Graham最先尝试用渗析来分离胶体与低分子溶质，发现一些溶质的分子或离子能通过半透膜的细孔、而较大的胶体粒子则不能通过的现象，Graham称此现象为渗析［7］。20世纪初，渗析在工业领域主要应用于以下两方面：一是用羊皮纸膜从纤维素的浸泡液中回收NaOH；二是从铜的淋洗液中回收硫酸。1913年Abel用火棉胶膜管制成了世界上第一台用于动物的血液透析器，并根据半透膜平衡原理进行了成功的透析试验；1923年Ganter首先用腹膜进行腹膜透析治疗尿毒症；1938年Thalhimer以赛璐玢纸膜作透析膜，进行了人工肾试验。1943年Kolff利用醋酸纤维素膜制成转鼓式人工肾进行血液透析，成功治疗了尿毒症。至今血液透析已成为常规疗法，透析用膜种类繁多，并从单一的透析技术发展成包括血液透析、血液滤过、血液灌流和血浆分离等多种治疗方法的血液净化疗法，每年拯救上百万肾病患者的生命［8，9］。血液透析示意见图10-2。

图10-2　血液透析示意

如前所述，渗析是一个以溶质浓度差为驱动力的自发进行的过程，在这一过程中，体系的熵增加，Gibbs自由能降低，因而在热力学上是有利的。与其他分离方法比较，渗析法的主要优点如下：

①能耗低，通常无需额外施加压力；

②安装和操作成本低；

③稳定、可靠、容易操作；

④对环境无污染。

尤其在环保和节能方面的优势，是其他分离方法难以比拟的。

但由于体系本身条件的限制，工业渗析过程的速度慢，效率较低，同时选择性不高，化学性质相似或分子大小相近的溶质体系很难用渗析法分离，这使其发展受到了很大的限制，它逐渐被借助外力驱动的膜过程（如电渗析、超滤等）所取代，应用范围日渐缩小。

然而，当使用外力困难或系统本身有足够高的浓度差时，渗析仍为行之有效的膜分离方法。另外，对少量物料的处理，如果可长时间任其进行，也是渗析的用武之处。在医疗保健领域得到广泛应用的血液透析已成为当前渗析法最大的应用市场；在工业废水处理中废酸、碱液的回收也是渗析应用的一个方面；另外在实验室中渗析可用于少量料液的净化。近年来关于渗析的专利数量也呈递增之势（图10-3）。

图10-3　1960～2016年与透析有关的专利数量变化曲线

来源：www.scopus.com［检索设定：TITLE-ABS-KEY（dialysis）；检索日期：2017年10月31日］