膜蒸餾過程中的膜污染研究
摘 要: 考察了膜蒸餾用于脫鹽時膜的污染情況,分析了不同無機鹽對疏水膜的具體影響. 未 處理的苦咸水含有難溶無機鹽,膜蒸餾過程中膜表面會出現沉積物. 沉積物會破壞膜的疏水性 影響滲透液的質量,同時影響膜蒸餾傳遞過程,降低滲透通量. 在無機鹽濃度較低時,通過料液 預處理剔除不溶物可以有效防止沉積物的出現.
關鍵詞: 膜蒸餾; 膜污染; 脫鹽
膜的污染問題普遍存在于各類膜過程,是制約 膜技術工業應用的主要原因之一 . 對于不同的膜過程,膜污染的表現和影響程度不盡相同.
膜蒸餾實際運行中,膜的性能會隨時間發生變化,一種典型的行為就是滲透通量隨時間的變 化. 造成通量衰減的原因有很多,如濃差極化、吸 附、膜表面凝膠層的形成等,所有這些原因對料液側 的傳遞過程形成新的阻力. 同時膜蒸餾只能在膜孔 道不被潤濕的情況下才能進行,可以說,膜孔潤濕 (water - logging) 是膜蒸餾過程中最嚴重的膜污染.
材料疏水性取決于膜表面單位面積的自由能. 但平均的表面能并不能滿意地描述一個真實的表 面,若在分子尺度上一部分一部分地檢驗固體的表 面,局部的表面能可以變化很大. 即不能排除疏 水膜的表面有疏水性差,甚至親水的局部點,這些點 有可能成為膜疏水性遭到破壞的內因. 料液組份的 沉積會降低膜的疏水性,并逐漸使料液充入膜孔.
有表面活性的有機物會影響膜的疏水性能,這 已是不爭的事實. Franken對有關情況做了深入的 研究,Curtin提出了料液預處理工藝,以剔除表面 活性物質. 而鹽類沉積物對膜疏水性的影響不明顯, 不易造成膜的潤濕,因此膜蒸餾常用于脫鹽及制備熱敏性晶體產品. 但由于濃差極化及料液的加 熱,膜表面的鹽濃度會長時間處于過飽和狀態,考察 無機類污染物對膜性能的影響是很有必要的.
苦咸水含有難溶無機鹽,膜蒸餾過程中膜表面 會出現沉積物. 沉積物會破壞膜的疏水性,基于以上 考慮,本文考察了膜蒸餾用于脫鹽時膜的污染情況, 分析了不同無機鹽對疏水膜的具體影響.
1 實驗部分
通過實驗研究了不(微) 溶無機物對疏水膜的影 響. 需考察的操作參數有無機物類型、飽和度、有無 固體懸浮物. 通過測試滲透液的電導率確定膜疏水 性被破壞的情況. 由于不溶物容易堵塞中空纖維膜 的管內流道,實驗采用了平面膜組件. 為便于監測滲 透液質量,采用氣隙式膜組件.
膜蒸餾實驗流程如圖1 所示.
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| 圖1 膜蒸餾實驗裝置流程圖 |
1.制冷機; 2.冷卻液儲槽; 3.流量計; 4.壓力表;5.溫度計; 6.泵; 7.調節閥; 8.恒溫加熱水浴; 9.放空閥
本文采用北京塑料研究所提供的PTFE 膜,實 驗中膜的有效面積為245 mm ×121 mm ,膜的孔徑 012μm ,厚度80μm ,空隙率018. 實驗中采用DDS11 - A 型電導率儀監測冷凝 液的質量.
實驗中的料液溫度為55 ℃,冷卻液溫度 為30 ℃.
2 結果與討論
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