膜的分离透过特性

      反渗透膜,超过滤膜和微孔过滤膜的分离透过特性有不同的表示法。

(1)反渗透膜 在特定的溶液系统和操作条件下,反渗透膜主要是通过溶质分离率;溶剂透过、流速流量衰减系数三个参数来标明使用性能。

溶质分离率:溶质分离率又称截留率,对于溶液又称脱盐率,是指通过反渗透膜从系统进水中去除可溶性杂质的百分比。它以下式定义:R=(1-c3/c2)X100%

而通常实际测定的是溶质的表观分离率,定义为RE = (I- c3/Cl )X 100%

式中的Cl、C2、c3分别为被分离的主体溶液浓度、在高压侧膜与溶液的界面浓度和膜的透过液浓度。

水中可溶性杂质透过膜的百分比称为透盐率。透盐率=100%-脱盐率

②溶剂透过速度:对水溶液体系义称透水率或水通量,溶剂透过速度是指反渗透系统的产能,即单位时间内透过膜水量,通常用t/h来表示。如果用单位膜面积上透过液的流率来表示,则称为膜的透过速率,常以下式定义:j=V/(SXt), 式中,J是透过液的容积或质量,S是膜的有效面积,V是2时间内透过液的总容积或总重量,基是运转时间。在实验范围内通常以mL/cmh/为早位,工业生严常以L/(m2.d)为单位。

过高的渗透流率将导致垂直于膜表面的水流速加快,加剧膜污染。

③膜的流量衰减系数:是指膜因压密和浓差极化而引起的膜透过速度随时间衰减的程度。

上述反渗透膜性能的三个重要参数,是用特定的膜在特定的溶液和操作条件下测试的结果。它是膜的应用特性参数,但对不同的膜和不同的溶液及操作条件,膜性能难以对照,为此还建立了表征膜自身性能的两个重要参数,即纯水透过系数和蔼质渗透系数。

(2)超过滤膜 超过滤膜对溶质的分离率同样可以用上述反渗透中的定义,但更多的是: 用截留相对分子质量来表征膜对不同相对分子质量溶质的分离能力,它是由截留相对分子质量曲线来表示的。

①截留相对分子质量:截留相对分子质量或称相对分子质量截留值,是指阻留率达90%以上的最小被截留物质的相对分子质量,它表示了每种超滤膜所额定的截留溶质相对分子质量的范围,大于这个范围的溶质分子绝大多数不能通过该超滤膜。但是,由于额定截留相对分子质量的水平多以球形溶质分子的测定结果表示,而受试溶质分子能否被截留及阻留率的大小还与其分子形状、化学结合力、溶液条件及膜孔径差异有关,相同相对分子质量的质阻留率不尽相同。用具有相同相对分子质量及截留值的不同膜材料制备的超滤膜对同一物质的阻留率也不完全一致。

②透过速度:透过速度是超滤技术效率的重要参数。通常用在。定压力下每分钟通过位膜面积的液体量来表示,表示法同反渗透的透过速度。它不仅和膜的孔径大小有关,而且和膜的结构类别有关。

在实际操作过程中,超滤的透过速度和膜选择性是同溶质分子特性(除了相对分子质量外,还有分子形状、电荷、溶解度等因素)、膜的性质(除孔径外,还有膜结构,电荷等)i 以及膜装置和超滤运转条件等因素决定的。

④溶质分子性质和浓度:包括溶质分子大小、形状和带电性质。一般来说,相对密度大的纤维分子扩散性差,对流速的影响较大,在—定压力下浓缩到-定程度时,、大溶质分子很容易在膜的表面达到极限浓度而形成半固体状的凝胶层,使流速达不到极限水平。而且,随着凝胶层的不断增厚,原先能透过膜的小分子溶质和溶剂也受阻碍,流速越来越低,直至降到最低点。反之,相对密度较小的球形分子较易扩散,在一定压力下虽也形成浓度梯度,但不易形成凝胶层,且随着压力的增加,流率也有相应提高。在一定压力下,稀溶掖比浓溶流速高得多,一般稀溶液浓缩至一定浓度时流速才逐渐下降。 用补充溶液来稀释的办法可以减少浓度极化,加快流速,但延长了过滤时间。

⑥膜的性质:主要指膜的孔径、结构及吸附性质。在保证分辨率的前提下,使用孔径大的滤膜有利于提高过滤效率。各向异性膜不易被分子大小与孔径相当的溶质颗粒所堵塞,

因而便于提高分辨率和流速。膜的化学组成不同,对各种溶液分子的吸附情况也不相使用时i:应尽量选择吸附溶质少的膜。

⑧超滤装置和操作条件:其中包括膜或组合膜的构造、超滤器的结构以操作压、搅拌情况和液体物料的温度、黏度、pH、离子强度等因素。设备方面应考虑有效过滤面积、防止极化的措施、操作压力和压力损失以及设备对物料黏度的限制等。

对于具有高度扩散性的溶质分子和较稀的溶液,增压能增加流速,但增压也月争加速浓度,故开始增压时流速增加较快,当压力增至一定程度时,流速增加便减慢,二者并不成比例。对于易生成凝胶的溶质,一旦形成凝胶层,增压对流速就不再起作用。因此,对于溶质应选择不同的操作压力。

搅拌和振荡可以在一定程度上破坏溶质在膜表面形成的浓度梯度,即加快溶质分子的的扩散,减少浓度极化,从而提高流速。

升高温度通常可以降低溶液黏度及减少凝胶的形成,但温度过高易使活性分子变性。

溶液pH、离子强度及溶剂性质等因素对流速均有影响。可以认为,能增加溶质溶解度、降低膜吸附或减少溶液形成凝胶倾向的因素,都能增加超滤的流速。

 

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责任编辑:zhaohx
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