膜蒸馏过程中的膜污染研究
摘 要: 考察了膜蒸馏用于脱盐时膜的污染情况,分析了不同无机盐对疏水膜的具体影响. 未 处理的苦咸水含有难溶无机盐,膜蒸馏过程中膜表面会出现沉积物. 沉积物会破坏膜的疏水性 影响渗透液的质量,同时影响膜蒸馏传递过程,降低渗透通量. 在无机盐浓度较低时,通过料液 预处理剔除不溶物可以有效防止沉积物的出现.
关键词: 膜蒸馏; 膜污染; 脱盐
膜的污染问题普遍存在于各类膜过程,是制约 膜技术工业应用的主要原因之一 . 对于不同的膜过程,膜污染的表现和影响程度不尽相同.
膜蒸馏实际运行中,膜的性能会随时间发生变化,一种典型的行为就是渗透通量随时间的变 化. 造成通量衰减的原因有很多,如浓差极化、吸 附、膜表面凝胶层的形成等,所有这些原因对料液侧 的传递过程形成新的阻力. 同时膜蒸馏只能在膜孔 道不被润湿的情况下才能进行,可以说,膜孔润湿 (water - logging) 是膜蒸馏过程中最严重的膜污染.
材料疏水性取决于膜表面单位面积的自由能. 但平均的表面能并不能满意地描述一个真实的表 面,若在分子尺度上一部分一部分地检验固体的表 面,局部的表面能可以变化很大. 即不能排除疏 水膜的表面有疏水性差,甚至亲水的局部点,这些点 有可能成为膜疏水性遭到破坏的内因. 料液组份的 沉积会降低膜的疏水性,并逐渐使料液充入膜孔.
有表面活性的有机物会影响膜的疏水性能,这 已是不争的事实. Franken对有关情况做了深入的 研究,Curtin提出了料液预处理工艺,以剔除表面 活性物质. 而盐类沉积物对膜疏水性的影响不明显, 不易造成膜的润湿,因此膜蒸馏常用于脱盐及制备热敏性晶体产品. 但由于浓差极化及料液的加 热,膜表面的盐浓度会长时间处于过饱和状态,考察 无机类污染物对膜性能的影响是很有必要的.
苦咸水含有难溶无机盐,膜蒸馏过程中膜表面 会出现沉积物. 沉积物会破坏膜的疏水性,基于以上 考虑,本文考察了膜蒸馏用于脱盐时膜的污染情况, 分析了不同无机盐对疏水膜的具体影响.
1 实验部分
通过实验研究了不(微) 溶无机物对疏水膜的影 响. 需考察的操作参数有无机物类型、饱和度、有无 固体悬浮物. 通过测试渗透液的电导率确定膜疏水 性被破坏的情况. 由于不溶物容易堵塞中空纤维膜 的管内流道,实验采用了平面膜组件. 为便于监测渗 透液质量,采用气隙式膜组件.
膜蒸馏实验流程如图1 所示.
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| 图1 膜蒸馏实验装置流程图 |
1.制冷机; 2.冷却液储槽; 3.流量计; 4.压力表;5.温度计; 6.泵; 7.调节阀; 8.恒温加热水浴; 9.放空阀
本文采用北京塑料研究所提供的PTFE 膜,实 验中膜的有效面积为245 mm ×121 mm ,膜的孔径 012μm ,厚度80μm ,空隙率018. 实验中采用DDS11 - A 型电导率仪监测冷凝 液的质量.
实验中的料液温度为55 ℃,冷却液温度 为30 ℃.
2 结果与讨论
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