科普丨膜科学技术发展简史（一）18-19世纪

01

—

图2-猪膀胱渗透试验

第二篇：19世纪

1.名词“渗透”的出现（1827年）

1827年Dutrochet最早引入名词“渗透”，渗透是指水分子以及溶质通过半透性膜的扩散。

图3-Henri Dutrochet

2.用膜进行气体分离的研究（1831年）

1831年J.V.Mitchell做了气体透过橡胶膜的研究，他用高聚物膜进行了氢气和二氧化碳混合气的渗透试验，发现了不同种类气体分子透过膜的速率不同的现象，首先提出了用膜实现气体分离的可能性。

图4-不同气体透过膜的速率不同

3.名词 “透析” 的出现（1854年）

1854年，苏格兰化学家Thomas Graham提出了“透析”的概念，他第一次提出晶体物质通过半透膜弥散并开创了渗透学说，他被称为现代透析之父。至此，人们才开始重视对膜的研究。

图5-Thomas Graham

4.菲克扩散定律（1855年）

1855年Fick提出扩散定律,至今仍用于研究膜的扩散过程，并且制备了早期的人工半渗透膜。

菲克扩散定律包括两个内容：

①在稳态扩散的条件下，单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面积的扩散物质，流量与该截面处的浓度梯度成正比，也就是说，浓度梯度越大，扩散通量越大，此为菲克第一定律。

图6-稳态扩散

②在非稳态扩散过程中，扩散物质的浓度随时间而变化，根据扩散物质的质量平衡，在菲克第一定律的基础上推导出了菲克第二定律，用以分析非稳态扩散。菲克第二定律指出，在非稳态扩散过程中，在距离x处，浓度随时间的变化率等于该处的扩散通量随距离变化率的负值。

5.历史上第一张人造膜（1864年）

最初，许多生理学家试验时所使用的膜主要是动物膜。一直到1864年，Traube才成功地制成人类历史上第一张人造膜----亚铁氰化铜膜。后来Preffer用这种膜以蔗糖和其他溶液进行试验，开始把渗透压和温度以及溶液的浓度联系了起来。

图7-亚铁氰化铜的基本信息

6.渗透压定律——“范特霍夫方程”（1886年）

Van't Hoff以Preffer的结论为出发点，完善了渗透压力定律，建立了完整的稀溶液理论。1886年范特霍夫根据实验数据得出了一条规律：对稀溶液来说，渗透压与溶液的浓度和温度成正比，它的比例常数就是气体状态方程式中的常数R。这条规律称为范特霍夫定律（又称渗透压定律）。用方程式表示如下：

πV=nRT  或  π=cRT

式中π是稀溶液的渗透压，V是溶液的体积，c是溶液的浓度，R是气体常数，n是溶质的物质的量，T是绝对温度。

图8-U型管半透膜试验

范特霍夫因为在渗透压和化学动力学等方面的研究，获得了第一届诺贝尔化学奖。

图9-Van't Hoff