酸碱条件下纳滤过程的研究

来源 :南京工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yinhongtao2009
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纳滤膜是新型分离膜品种,其特性介于超滤膜及反渗透膜之间,目前被广泛应用于水处理领域。对于聚酰胺类纳滤膜,如DL,DK膜等,膜表面在酸碱环境下表现不同的荷电性,使其具备了广阔的应用前景。大部分的纳滤膜耐pH范围为2~11,但在实际应用中,会涉及到更苛刻的酸碱条件,这已成为纳滤技术发展的瓶颈。而在酸碱性条件下的膜性能表征有助于膜在这方面的扩展应用。主要研究内容包括:  ⑴考察了不同pH下葡萄糖纳滤膜截留性能,借助过程模型研究纳滤膜的结构的变化,结果如下:通量随着pH增大先增大后减小,且在pH为4.0时最大,随着浓度的增大而下降;浓度为0.5 g·L-1下截留率随着pH的增大而减小,是因为借助DSPM模型拟合实验数据获得等效孔径(rp)及等效膜厚(△x/Ak),它们在碱性下的数值明显大于酸性及中性条件下的;而浓度为5.0 g·L-1,截留率随pH的增大而增加,根据粘度修正-模型计算所得的rp变小,说明了截留率由膜孔及溶液黏度性质决定。SEM照片表明pH能影响膜表面颗粒间距,由于pH为4.0时,zeta电势测试结果表明膜表面缺少电荷不仅导致没有静电作用,还引起膜表面颗粒间距被压缩,而在pH为10.0时间距会变得疏松,也与膜所带较多的负电荷有关。则截留性质变化与荷电及孔径有关。  ⑵选择不同类型盐KCl、MgCl2、 MgSO4进行了纳滤分离实验,考察了pH及盐的耦合效应对DK膜性能的影响,并选择DSPM-DE模型对分离过程进行分析和预测。对于所研究的膜,通量随着pH的增高而变小,随盐浓度的升高而下降;通过DSPM-DE模型拟合实验数据计算膜的荷电密度,研究了膜性能荷电密度随浓度和pH变化趋势,结果表明:KCl的截留率随盐浓度增加而减小,在研究pH范围内pH为4.0时有1个区间最小值;MgCl2的截留率随盐浓度增加而增大,随pH增大而减小;MgSO4的截留率随盐浓度增加而增大,随pH增大而增大。模型分析发现Xd取决于原料液的pH、盐浓度及类型;对三种溶液,膜性能取决于所对应条件下Xd的大小。  ⑶对(Mg2+/K+/Cl-)、(Mg2+/SO42-/Cl-)三元混合离子体系在不同pH条件下进行了纳滤实验,利用DSPM-DE模型分析研究了pH、纳滤选择性(SF)及膜荷电性三者之间的关系。二价离子含量和原料液pH不同程度的影响SF的值:对于(Mg2+/K+/Cl-),SF随pH的增大而单调上升,随其Mg2+含量增大而增大;对于(Mg2+/SO42-/Cl-),在酸性条件下,SF随其SO42-含量的增大出现了一个区间极大值,在中性及碱性条件下,SO42-浓度及pH对SF基本没影响。用模型拟合混合离子实验数据得到的膜表面电荷密度和膜孔内介电常数(Xd,εp),它们均与原料液的pH及盐有关,因为pH不仅能改变膜表面的荷电密度,也会影响到离子透过膜孔大小的空间限制效应。对KCl/MgCl2,Xd随着原料液pH的增大由正变负,随Mg2+含量增加Xd减小;εp随pH的增大而增大,使得膜截留更多的K+和Mg2+,尤其是K+。在pH为4.0,MgCl2/MgSO4等量时, Xd接近0且εp最小,SF值最大,即Cl-/SO42-最差分离。对于所研究的DK膜,通过减少pH值及增加二价阳离子含量会使得增强道南排斥和介电排斥效应,而这有助于二价及单价阳离子分离。
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