CN110605026A - 一种离子渗透调节方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种离子渗透调节方法和装置，属于渗透领域，本发明克服了对于渗透现象认识的偏见，解决了渗透理论及微观结构的难题，并在此基础上，开发了一种调节改良方法和装置，适用于有离子溶质参与的渗透，可以产生以下作用：1）调节渗透压、2）改善浓差极化、3）减少膜污染、4）锁定部分或全部离子溶质在膜两侧，该方法包括：a)使用带离子溶质的溶液作为渗透的参与者，以下所有溶液无特别说明均指带离子溶质的溶液；b)在溶液和半透膜所在的部分区域或全部区域布置电场或布置磁场或布置电场和磁场。

Description

一种离子渗透调节方法和装置

技术领域

本发明涉及渗透辅助领域，具体涉及一种离子渗透调节方法和装置。

背景技术

对透过的物质具有选择性的薄膜称为半透膜。一般将只能透过溶剂而不能透过溶质的薄膜视为理想的半透膜。当把稀溶液和浓溶液分别置于一容器的两侧，中间用半透膜阻隔，稀溶液中的溶剂将自然的穿过半透膜，向浓溶液侧流动，此现象即是渗透现象。流动一段时间，浓溶液侧的液面会比稀溶液的液面高出一定高度，形成一个压力差，达到渗透平衡状态，此压力差即为渗透压。

目前，基础化学教科书上对于渗透现象的解释是：由于半透膜两边溶剂的浓度不相同，以至单位时间内由纯溶剂扩散进入溶液的溶剂分子数目要比从溶液扩散进入纯溶剂的溶剂分子数多，从而导致了渗透现象的发生，并认为渗透压不是溶质分子的压力，而是溶剂扩散引起的。宏观的化学热力学认为：渗透现象是溶液中溶剂的化学势与纯溶剂的化学势差造成的。范特霍夫（Van’t Hoff）是1901年以渗透压和化学动力学的研究成果而获第一位诺贝尔化学奖的世界著名科学家，他发现，稀溶液的渗透压居然等于溶质在相同温度下转化为理想气体并占有溶液体积时产生的气压。因此他认为：“气体产生气压和溶液产生渗透压的实质机理是相同的，不仅是形式上的相似而已。在气体场合，气压是由气体分子冲击容器壁产生的；在溶液情况下，由于溶质分子冲击半透膜而产生渗透压。至于溶剂分子，由于存在于半透膜两边，可以自由穿行，因此不产生压力作用”。

基于渗透现象的技术应用有正渗透（FO）技术和反渗透（RO）技术。其中，正渗透（FO）技术仍处于理论实验阶段，但越来越多国家认识到其在医药、食品加工、膜分离、海水淡化、污水处理、发电等领域具有很好的应用前景，特别是“压力延缓渗透（PRO）海水发电”，更是一项极具前景的清洁再生能源开发技术，因此投入大量资金进行研究。反渗透（RO）技术，是一种以大于渗透压的压力作用于溶液，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作，是对渗透现象的反向利用，可以达到分离、提取、纯化和浓缩的目的。目前反渗透（RO）技术已经相当成熟，在海水淡化、海水浓缩制盐、废水处理以及食品医药等行业中规模化应用。

发明内容

本发明克服了对于渗透现象认识的偏见，解决了渗透理论及微观结构的难题。并在此基础上，开发了一种离子渗透调节改良方法和装置，适用于有离子溶质参与的渗透，可以产生以下作用：1）调节渗透压、2）改善浓差极化、3）减少膜污染、4）锁定部分或全部离子溶质在膜两侧形成持续存在的渗透压。

对于渗透现象的几种理论解释，均存在着很多难以自圆其说之处，说明这些理论还有待商榷。“迄今还没有一个可以接受的理论能解释渗透的微观结构”，在上世纪80年代末，由美国物理学评述委员会组织的等离子体和流体物理学专门小组曾这样描述。因此，他们将渗透现象的微观结构列为20世纪90年代的物理学重要课题之一。但直到现在，仍没有取得实质性的进展。

以下将从微观宏观两方面分析溶液中的各种现象及其微观结构，并提出渗透理论。

溶解现象。

微观：溶质能溶解到溶剂中，说明在溶液和纯溶质的接触面（附图1-1）上，溶剂分子对溶质分子的作用力F₂是引力且不会远小于纯溶质分子间作用力F₁，绝大多数情况下，F₂≥ F₁，接触面上的溶质分子才会不断进入溶剂中，形成溶解现象，而分子间作用力皆是随着分子间距离而改变的，即可以得出溶液和纯溶质接触面上的溶质分子受力平衡界面8已经贴近纯溶质的第一层溶质分子甚至已经越过第一层溶质分子进入纯溶质内。随着溶解的溶质越来越多，接触面上溶质分子还受到溶液中其他溶质分子对其作用力F₁＇且越来越大，因溶液中的溶质分子间距离在分子级别上是非常大的，故F₁＇是引力，意味着溶解的速率随着溶液浓度的增大越来越快。

宏观：溶质能溶解到溶剂中，说明溶质分子在溶液中的势能小于其在纯溶质中的势能，故溶质分子优先排满低势能区域。在溶解过程中，能的变化有：纯溶质分子间分子势能Ep₁大幅增大，溶液外溶质分子与溶剂分子之间的分子势能Ep₂大幅减小，溶液中溶质分子与溶剂分子之间的分子势能Ep₂＇少量减小，溶液中溶质分子间分子势能Ep₁＇微量减小，大部分情况下溶液的分子动能（Ek₁+Ek₂）增大，等式△Ep₂+△Ep₂＇+（△Ep₁＇）=△Ep₁+△（Ek₁+Ek₂）成立，（△Ep₁＇）可以近似忽略。变化的势能中， Ep₁和Ep₂在纯溶质中，Ep₁＇和Ep₂＇在溶液中，由溶质分子在溶液中的势能小于其在纯溶质中的势能得出Ep₁+Ep₂＞Ep₁＇+Ep₂＇，变换可得（Ep₂-Ep₂＇）＞（Ep₁＇-Ep₁）。由以上两式皆可得出溶解是溶剂分子与溶质分子之间的分子势能转化为溶质分子间分子势能的现象。随着溶液浓度的增大，Ep₁＇和Ep₂＇均减小，溶质分子在溶液中的势能和溶质分子在纯溶质中的势能之差增大，意味着溶解的速率随着溶液浓度的增大越来越快。

溶液中溶质分子热运动状态、扩散现象。

微观：对于溶液中的溶质分子进行受力分析（附图1-2），其受到溶剂分子对其的作用力F₂，受到溶液中其他溶质分子对其作用力F₁＇，溶剂分子在溶液中均匀分布，故综合考虑F₂相互近似抵消，仅会溶质分子的运动路线产生影响，不会对溶质分子的运动状态产生过大影响，而溶液中的溶质分子间距离在分子级别上是非常大的，故F₁＇很小，综上，溶液中的溶质分子受力状态近似于气体中气体分子受力状态，可得出溶液中溶质分子热运动近似于气体分子热运动的结论。随着溶液浓度增加，作用力F₁＇也会缓慢增大，意味着溶液中溶质分子热运动随着溶液浓度的增大而减弱。

宏观：将溶液中的溶剂和溶质分割作为两个个体考虑，它们处于同一环境，相互密切接触，故温度趋于一致，即热交换单位区域内两者热运动的总动能趋于一致, 溶质质量为M₁、分子热运动方均根速率为V_1rms，溶剂质量为M₂、分子热运动方均根速率为V_2rms，则有M₁V_1rms ²/2=M₂V_2rms ²/2，在单位区域溶液中溶质的质量M₁通常远远小于溶剂的质量M₂，所以溶质分子热运动方均根速率V_1rms远大于溶剂分子热运动方均根速率V_2rms，宏观即表现为扩散现象，溶剂分子热运动方均根速率即是液体的热运动方均根速率，溶液中溶质分子热运动方均根速率V_1rms远大于液体的热运动方均根速率，可得出溶液中溶质分子热运动方均根速率V_1rms接近于气体分子热运动方均根速率。随着溶液浓度增加，溶质质量M₁增大而溶剂质量M₂和溶剂分子热运动方均根速率V_2rms均不变，可得出溶液中溶质分子热运动方均根速率V_1rms随着溶液浓度的增大而减小。

渗透现象/壁面吸水循环现象/溶液冰点、凝点降低现象。

微观：在溶液和半透膜、溶液和壁或溶液和空气的接触面上，当溶质分子到达溶剂外时，其受到溶剂分子对其的作用力——引力F₂，受到溶液中其他溶质分子对其作用力——引力F₁＇，受到半透膜、壁或空气的分子对其的作用力F₃。在F₂的作用下溶质分子的动能减小，相应的溶剂分子会增加动能，其值为溶质分子在溶剂外运动的整个过程中F₂所做的功。当接触半透膜或壁时，溶剂分子增加动能的速度指向溶剂外溶质分子的方向，该速度在附近各种分子的共同作用下反向朝向溶液内部，然后此部位便会吸引附近其他的溶剂分子，形成渗透现象或壁面吸水循环现象；当接触空气时，溶剂分子的动能增加表现为溶液表面活性增大、冰点降低、凝点降低。

宏观：溶质是溶解在溶剂中，所以当溶质分子运动到溶液和任何物质的接触表面上时溶剂会阻止溶质脱离溶液范围，此时有三种情况：一种是溶质分子在溶剂作用下直接返回溶液中，溶质的分子动能Ek₁＇大幅减小，溶剂的分子动能Ek₂大幅增大，接触面附近溶液中溶质分子的分子势能Ep₁＇少量减小，接触面附近溶液中溶剂的分子势能Ep₂少量增大；另一种是溶质分子在溶剂作用下先到达所接触物质的表面而后返回溶液中，溶质的分子动能Ek₁＇大幅减小，溶剂的分子动能Ek₂大幅增大，所接触物质的分子动能Ek₃少量增大，接触面附近溶液中溶质分子的分子势能Ep₁＇少量减小，接触面附近溶液中溶剂的分子势能Ep₂少量增大；第三种是溶质分子脱离溶液附着在所接触物质的表面，溶质的分子动能Ek₁＇大幅减小，溶剂的分子动能Ek₂大幅增大，溶质分子与其他物质分子的分子势能Ep₃大幅减小，溶液外溶质分子与溶剂分子之间的分子势能Ep₂大幅增大，溶液中溶质分子与溶剂分子之间的分子势能Ep₂＇少量增大，溶质分子的分子势能Ep₁＇微量增大。以上这三种情况都是由溶液中溶质的分子动能Ek₁＇驱动的。溶液和任何物质的接触面上，溶剂的分子动能Ek₂大幅增加，溶剂的分子势能Ep₂少量增大，部分分子动能Ek₂和分子势能Ep₂的增大宏观表现为溶液表面活性增大、冰点降低、凝点降低，部分整体增加的分子动能Ek₂会汇聚为宏观的溶剂运动，在不同接触面分别是渗透现象、壁面吸水循环现象。

饱和现象/溶质析出现象/溶质凝结现象/膜污染现象。

微观：在溶液和纯溶质、溶液和壁或溶液和半透膜的接触面上，当溶质分子到达溶剂外时，其受到溶剂分子对其的作用力——引力F₂，受到溶液中其他溶质分子对其作用力——引力F₁＇，受到纯溶质分子对其的作用力F₁，或受到壁、半透膜对其的作用力F₃，溶液中溶质分子可以到达溶液与纯溶质接触面上溶质分子受力平衡界面8的最小速度为V₁ ⁸，溶液中溶质分子可以到达溶液和壁或溶液和半透膜接触面上溶质分子受力平衡界面9的最小速度为V₁ ⁹。当运动到溶剂外的溶质分子在溶液中的速度V₁＞V₁ ⁸，其会脱离溶液返回纯溶质，即是溶质析出现象，当此过程与溶解过程达到平衡时，溶液即达到饱和状态。当运动到溶剂外的溶质分子在溶液中的速度V₁＞V₁ ⁹，其会脱离溶液到达壁或半透膜表面，此即是溶质凝结现象或膜污染现象。

宏观：溶解过程中有等式△Ep₂+△Ep₂＇+（△Ep₁＇）=△Ep₁+△（Ek₁＇+Ek₂）成立，等式左边为：溶液外溶质分子与溶剂分子之间的分子势能Ep₂，溶液中溶质分子与溶剂分子之间的分子势能Ep₂＇，溶液中溶质分子间分子势能Ep₁＇；等式右边为：纯溶质分子间分子势能Ep₁，溶液的分子动能（Ek₁＇+Ek₂）。溶解是由等式左边向右边的转化，析出即是反向的转化，反向转化要求变化状态的溶质分子变化前在溶液中的分子动能Ek₁＇＞△（Ek₁+Ek₂），随着溶液浓度的增加，溶质分子数量增多，满足分子动能Ek₁＇＞△（Ek₁+Ek₂）的溶质分子数目增多，析出转化的速率增大。饱和状态即是析出转化和溶解转化的动态平衡。凝结和污染是右侧的Ep₁替换为Ep₃——溶质分子与其他物质分子的分子势能后向左侧的转化。溶质分子在溶液中的势能小于其在纯溶质中的势能，溶质分子在溶液中的动能大于其在纯溶质中的动能，在高能的推动下发生变化，即溶解是溶质分子在纯溶质中的高势能推动的，析出是溶质分子在溶液中的高动能推动。随着溶液浓度的增加，溶质分子在溶液中的势能和溶质分子在纯溶质中的势能之差增大，溶液中具有高动能的溶质分子数量增多，即溶解和析出的循环速率随着溶液浓度的增大越来越快。

教科书的溶剂扩散理论，没有任何根据，完全就是臆想。而宏观的化学热力学的看法，若将渗透前的浓溶液和溶剂与渗透后的稀溶液进行比较，溶质分子与溶剂分子之间的分子势能Ep₂＇减小，溶质分子间分子势能Ep₁＇减小，似乎可得出“渗透现象是溶液中溶剂的化学势与纯溶剂的化学势差造成的”。但是这之中存在认识偏差，渗透现象是溶剂自发穿过半透膜的现象，而不是浓溶液和溶剂合并变为稀溶液的现象，后者即宏观的化学热力学描述的“渗透现象”不仅仅包含渗透现象还包含渗透后一系列的能量转化。所以，只能说是渗透现象的一种结果是释放了溶液中溶剂的化学势与纯溶剂的化学势差。范特霍夫（Van’tHoff）的理论是最接近实际情况的，唯一的问题是溶质分子碰撞的对象。

综上所述，渗透现象是溶液中溶质分子冲击溶液边界上最外层溶剂分子所组成的膜造成的。此原因不仅产生渗透现象，还产生两种现象——溶液表面活性增大、冰点降低、凝点降低现象，壁面吸水循环现象。渗透现象的速率——即渗透压的大小不仅与溶液的浓度、温度正相关，还与不能穿过溶剂膜的溶质分子的最大动能正相关，不能穿过溶剂膜的溶质分子的最大动能由溶质种类、溶剂种类、半透膜材质、溶液压强、溶液浓度等多个因素共同决定。

权利要求1.一种离子渗透调节方法，其包括：a)使用带离子溶质的溶液作为渗透的参与者，以下所有溶液无特别说明均指带离子溶质的溶液；b)在溶液和半透膜所在的部分区域或全部区域布置电场或布置磁场或布置电场和磁场。

当参与渗透的溶液中存在离子溶质时，可以布置电磁场，通过对离子溶质产生作用来影响渗透。

权利要求2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：以溶液与半透膜的接触面为界，将整个空间划分为溶液侧和膜侧两个区域，溶液侧指与溶液在界面同一侧的所有空间，膜侧指与半透膜在界面同一侧的所有空间，所述电场的布置：a)对于需增强某种电性离子渗透压的溶液，布置与该电性相反的电极在膜侧，与该电性相同的电极在溶液侧，单电极电场可仅布置上述任一个电极；b)对于需减弱某种电性离子渗透压的溶液，布置与该电性相反的电极在溶液侧，与该电性相同的电极在膜侧，单电极电场可仅布置上述任一个电极；c)对于需同时增强所有离子渗透压的溶液，两个电极都布置在膜侧，最优方式是在该溶液两侧布置两个半透膜，两个电极分别布置在两个膜侧；d)对于需同时减弱所有离子渗透压的溶液，两个电极都布置在溶液侧。

电场利用电势能的分布来达到下列作用：a)电势能低的区域离子浓度增大，电势能高的区域离子浓度降低，通过改变膜附近溶液中离子溶质浓度来调节渗透；b)离子朝向其低电势能方向的运动速率增大，离子朝向其高电势能方向的运动速率减小，通过增大或减小离子溶质冲击溶剂膜的速率来改变渗透速率；c)甚至可以锁定离子溶质在膜附近的溶液中，使其浓度不随渗透的发生而降低，从而保持渗透现象持续进行。对于两个电极在相同侧的情况，可以采用交流电场，交流电场的变化可以减少膜污染，但其变化频率不宜过高，过高的变化频率会导致离子溶质来不及重新分布，从而影响减弱电场的调节效果。

权利要求3.根据权利要求1或2所述的方法，其进一步包括：所述磁场的布置：a)对于需减弱离子渗透压的溶液，磁场布置在溶液和膜所在区域，磁场线将大部分或全部离子溶质与半透膜分隔开；b)对于需增强离子渗透压的溶液，磁场布置在溶液所在区域，磁场线将大部分或全部离子溶质与半透膜分隔在同一侧。

磁场可将离子溶质垂直于磁场线方向的运动变为圆周运动，从而使离子溶质不能垂直的穿过磁场，且磁场边界相当于一个没有渗透压的半透膜，在溶液区域利用磁场的限制作用可限制离子溶质保持或远离膜附近的溶液来调节渗透速率，在膜区域利用磁场的限制作用可限制离子溶质冲击膜的速率来减小渗透速率。

权利要求4.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：所述磁场的产生结构中包含以下任一种或几种：a)永磁体、b)电磁体、c)超导磁体。

权利要求5.根据权利要求3所述的方法，其进一步包括：所述磁场的产生结构中包含以下任一种或几种：a)永磁体、b)电磁体、c)超导磁体。

永磁体：能够长期保持其磁性的磁体。电磁体：由磁芯和线圈构成，当线圈中有电流流过时能产生磁场的装置。超导磁体：用超导导线作励磁线圈的磁体。

权利要求6.根据权利要求1、2、4、5之一所述的方法，其进一步包括：所述电场的产生结构中包含以下任一种或几种：a)电导体、b)永电体、c)电容器结构。

电导体：具备传导电荷能力的物质。永电体：又称驻极体，是一种具有持久性极化的电介质。电容器结构：两个彼此绝缘的导体。

权利要求7.一种离子渗透调节装置，其包括：半透膜和与半透膜接触可容纳或已容纳带离子溶质溶液的腔体、电磁场发生装置，电磁场发生装置是可以产生电场，或可以产生磁场，或可以即产生电场又产生磁场的装置，当电磁场发生装置工作时，腔体和半透膜两者的部分或全部处于电磁场发生装置产生的场中。

权利要求8.根据权利要求7所述的装置，其进一步包括：所述的电磁场发生装置结构中包含以下任一种或几种结构：a)电导体、b)永电体、c)电容器结构、d)永磁体、e)电磁体、f）超导磁体。

附图说明

附图1-1是溶液现象总图，附图1-2是溶解现象微观示意图，附图1-3是溶质分子热运动微观受力示意图，附图1-4是渗透现象/壁面吸水循环现象/溶液冰点、凝点降低现象微观示意图，附图1-5饱和现象/溶质析出现象/溶质凝结现象/膜污染现象微观示意图。

附图2至附图7是电场调节渗透的几种实施例，其中，附图2和3是同时增强两种离子渗透压，附图4和5是同时减弱两种离子渗透压，附图6是增强负离子渗透压并减弱正离子渗透压，附图7是减弱负离子渗透压并增强正离子渗透压。

附图8至附图11是磁场调节渗透的几种实施例，其中，附图8和9是增强离子渗透压，附图10和11是减弱离子渗透压。

附图12至附图16是电场和磁场共同调节渗透的几种实施例，其中，附图12和13是同时增强两种离子渗透压，附图14是同时减弱两种离子渗透压，附图15是增强负离子渗透压并减弱正离子渗透压，附图16是减弱负离子渗透压并增强正离子渗透压。

图中标注为：1为纯溶质，2为纯溶剂，3为溶液，4为半透膜，5为容器壁，6为溶质分子，7为溶剂分子，8为溶液和纯溶质接触面上的溶质分子受力平衡界面，9为溶液和壁或溶液和半透膜接触面上溶质分子受力平衡界面，10为空气中气体分子，11为容器壁的分子，12为半透膜的分子，F₁为纯溶质分子间作用力，F₂为溶剂分子对溶质分子的作用力，F₃为半透膜、壁或空气的分子对其的作用力，F₁＇为溶液中溶质分子之间作用力，13为带离子溶质的溶液，14为稀溶液或溶剂，15为电场正极，16为电场负极,17为磁场，其中箭头为几种示意磁场线，18为溶液流动方向。

具体实施方式

附图2至附图7是电场调节渗透的几种实施例，本实施例仅示意电场电极、半透膜和带离子溶质的溶液三者的位置关系。其中，以溶液与半透膜的接触面为界，将整个空间划分为溶液侧和膜侧两个区域，双膜结构则有两个膜侧区域和一个溶液侧区域，15电场正极和16电场负极的位置仅表示在溶液侧和膜侧区域的其中一个中。15电场正极和16电场负极的符号仅为示意，电场可以采用任意形式电场，匀强电场、点电场、异形电场等等，当15电场正极和16电场负极在相同侧时，可采用交流电场。在具体实施中常采用多膜复合、异形膜等复杂结构，只要其结构中电场电极、半透膜和带离子溶质的溶液三者的基础位置关系与某个实施例中相同，则该结构就属于该实施例的指代范围。本发明中电场调节渗透的方式包括此处列举的几种实施例，但不局限于这几种实施例。

附图8至附图11是磁场调节渗透的几种实施例，本实施例仅示意磁场、半透膜和带离子溶质的溶液三者的位置关系。图中17为磁场，其中箭头为几种示意磁场线，磁场可以采用任意形式磁场，匀强磁场、异形磁场等等，只要满足部分磁场线分隔溶液即可。图中带离子溶质的溶液13中标注13的位置为大部分离子溶质所在位置。在具体实施中常采用多膜复合、异形膜等复杂结构，只要其结构中磁场、半透膜和带离子溶质的溶液三者的基础位置关系与某个实施例中相同，则该结构就属于该实施例的指代范围。本发明中磁场调节渗透的方式包括此处列举的几种实施例，但不局限于这几种实施例。

附图12至附图16是电场和磁场共同调节渗透的几种实施例，本实施例仅示意电场电极、磁场、半透膜和带离子溶质的溶液四者的位置关系。其中，以溶液与半透膜的接触面为界，将整个空间划分为溶液侧和膜侧两个区域，双膜结构则有两个膜侧区域和一个溶液侧区域，15电场正极和16电场负极的位置仅表示在溶液侧和膜侧区域的其中一个中。15电场正极和16电场负极的符号仅为示意，电场可以采用任意形式电场，匀强电场、点电场、异形电场等等，当15电场正极和16电场负极在相同侧时，可采用交流电场。图中17为磁场，其中箭头为几种示意磁场线，磁场可以采用任意形式磁场，匀强磁场、异形磁场等等，只要满足部分磁场线分隔溶液即可。图中带离子溶质的溶液13中标注13的位置为大部分离子溶质所在位置。在具体实施中常采用多膜复合、异形膜等复杂结构，只要其结构中电场电极、磁场、半透膜和带离子溶质的溶液四者的基础位置关系与某个实施例中相同，则该结构就属于该实施例的指代范围。本发明中电场和磁场共同调节渗透的方式包括此处列举的几种实施例，但不局限于这几种实施例。

电场的调节，分为两个方面：一是电势能低的位置离子溶质浓度高于电势能高的位置，在溶液内部增加或减少膜附近离子溶质浓度。二是朝向电势能低的方向离子溶质的运动速率增大，朝向电势能高的方向离子溶质的运动速率减小，在膜区域增大或减小离子溶质冲击溶剂膜的速率。

电场强度与调节关系，在一般不发生其他变化的情况下，渗透压的调节强度随着电场强度的增大而增大，其相关关系与渗透装置、离子溶质种类、溶剂种类等多个因素有关。同时，溶液内部有电场调节的情况下，浓差极化现象会随着电场强度的增大而减弱，甚至，在一定情况下，电场可以锁定离子溶质，即使膜附近离子溶质的浓度高于溶液其他部分并不随渗透的发生而降低，从而可以使渗透持续进行。在膜区域电场增大某离子渗透压的同时，也会增加该离子污染膜的概率；在膜区域电场减小某离子渗透压的同时，也会减少该离子污染膜的概率。

磁场的调节，磁场并不做功，只会使离子垂直于磁场方向的面上的运动变为圆周运动，当磁场强度足够时，磁场的边界便是一层其他物质可通过而离子不可通过的“半透膜”，且此“半透膜”没有渗透现象。可以利用此“半透膜”使膜附近离子浓度降低或不能降低来调节渗透，或利用此“半透膜”使离子冲击溶剂膜的速率降低来减弱渗透。即磁场的调节具有局限性，并不能直接使一种溶液渗透压增大。而且，在膜区域的磁场只能减弱渗透。

磁场强度与调节关系，磁场对于每个确定的渗透有一个基础的磁场强度，低于该强度则不具备调节能力，高于该强度则具有调节能力。基础的磁场强度与该渗透的离子种类、溶液运动情况和磁场的范围有关。当磁场强度高于基础的磁场强度，随着磁场强度的增大，调节能力增大。当所有离子溶质都完全不能通过磁场时，调节能力达到最大程度。此情况下，磁场可以锁定离子溶质，即使膜附近离子溶质的浓度高于溶液其他部分并不随渗透的发生而降低，从而可以使渗透持续进行。

Claims (8)

1.一种离子渗透调节方法，其包括：

使用带离子溶质的溶液作为渗透的参与者，以下所有溶液无特别说明均指带离子溶质的溶液；

在溶液和半透膜所在的部分区域或全部区域布置电场或布置磁场或布置电场和磁场。

2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：

以溶液与半透膜的接触面为界，将整个空间划分为溶液侧和膜侧两个区域，溶液侧指与溶液在界面同一侧的所有空间，膜侧指与半透膜在界面同一侧的所有空间，所述电场的布置：

对于需增强某种电性离子渗透压的溶液，布置与该电性相反的电极在膜侧，与该电性相同的电极在溶液侧，单电极电场可仅布置上述任一个电极；

对于需减弱某种电性离子渗透压的溶液，布置与该电性相反的电极在溶液侧，与该电性相同的电极在膜侧，单电极电场可仅布置上述任一个电极；

对于需同时增强所有离子渗透压的溶液，两个电极都布置在膜侧，最优方式是在该溶液两侧布置两个半透膜，两个电极分别布置在两个膜侧；

对于需同时减弱所有离子渗透压的溶液，两个电极都布置在溶液侧。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其进一步包括：

所述磁场的布置：

对于需减弱离子渗透压的溶液，磁场布置在溶液和膜所在区域，磁场线将大部分或全部离子溶质与半透膜分隔开；

对于需增强离子渗透压的溶液，磁场布置在溶液所在区域，磁场线将大部分或全部离子溶质与半透膜分隔在同一侧。

4.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：

所述磁场的产生结构中包含以下任一种或几种：a)永磁体、b)电磁体、c)超导磁体。

5.根据权利要求3所述的方法，其进一步包括：

所述磁场的产生结构中包含以下任一种或几种：a)永磁体、b)电磁体、c)超导磁体。

6.根据权利要求1、2、4、5之一所述的方法，其进一步包括：

所述电场的产生结构中包含以下任一种或几种：a)电导体、b)永电体、c)电容器结构。

7.一种离子渗透调节装置，其包括：

半透膜和与半透膜接触可容纳或已容纳带离子溶质溶液的腔体、电磁场发生装置，电磁场发生装置是可以产生电场，或可以产生磁场，或可以即产生电场又产生磁场的装置，当电磁场发生装置工作时，腔体和半透膜两者的部分或全部处于电磁场发生装置产生的场中。

8.根据权利要求7所述的装置，其进一步包括：

所述的电磁场发生装置结构中包含以下任一种或几种结构：a)电导体、b)永电体、c)电容器结构、d)永磁体、e)电磁体、f）超导磁体。