实验三--纳滤反渗透膜分离实验

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1、实验三--纳滤反渗透膜分离实验实验三纳滤反渗透膜分离实验1.实验目的1.了解膜的结构和影响膜分离效果的因素，包括膜材质、压力和流量等。2.了解膜分离的主要工艺参数，掌握膜组件性能的表征方法。3.掌握膜分离流程。4.掌握电导率仪等检测方法。2.基本原理2.1膜分离简介膜分离是以对组分具有选择性透过功能的膜为分离介质，通过在膜两侧施加（或存在）一种或多种推动力，使原料中的某组分选择性地优先透过膜，从而达到混合物的分离，并实现产物的提取、浓缩、纯化等目的的一种新型分离过程。其推动力可以为压力差（也称跨膜压差）、浓度差、电位

2、差、温度差等。膜分离过程有多种，不同的过程所采用的膜及施加的推动力不同，通常称进料液流侧为膜上游、透过液流侧为膜下游。微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）与反渗透（R0）都是以压力差为推动力的膜分离过程，当膜两侧施加一定的压差时，可使一部分溶剂及小于膜孔径的组分透过膜，而微粒、大分子、盐等被膜截留下来，从而达到分离的目的。四个过程的主要区别在于被分离物粒子或分子的大小和所采用膜的结构与性能。微滤膜的孔径范围为0.05〜10Pm，所施加的压力差为0.015〜0.2MPa;超滤分离的组分是大分子或直径不大于0.1Um

3、的微粒，其压差范围约为0.1〜0.5MPa;反渗透常被用于截留溶液中的盐或其他小分子物质，所施加的压差与溶液中溶质的相对分子质量及浓度有关，通常的压差在2MPa左右，也有高达lOMPa的；介于反渗透与超滤之间的为纳滤过程，膜的脱盐率及操作压力通常比反渗透低，一般用于分离溶液中相对分子质量为几百至几千的物质。2.2纳滤和反渗透机理对于纳滤，对于超滤，筛分理论被广泛用来分析其分离机理。该理论认为，膜表面具有无数个微孔，这些实际存在的不同孔径的孔眼像筛子一样，截留住分子直径大于孔径的溶质和颗粒，从而达到分离的目的。应当指出

4、的是，在有些情况下，孔径大小是物料分离的决定因素；但对另一些情况，膜材料表谢的化学特性却起到了决定性的截留作用。如有些膜的孔径既比溶剂分子大，又比溶质分子大，本不应具冇截留功能，但令人意外的是，它却仍具有明显的分离效果。由此可见，膜的孔径大小和膜表面的化学性质将分别起着不同的截留作用。纳滤分离作为一项新型的膜分离技术，技术原理近似机械筛分。但是纳滤膜木体带有电荷性。这是它在很低压力下仍具有较高脱盐性能和截留分子量为数百的膜也可脱除无机盐的重要原因。反渗透是一种依靠外界压力使溶剂从高浓度侧向低浓度侧渗透的膜分离过程,其

5、基木机理为Sourirajan在Gibbs吸附方程基础上提出的优先吸附一毛细孔流动机理，而后又按此机理发展为定量的表面力一孔流动模型（详见教材）。2.3膜性能的表征一般而言，膜组件的性能可用截留率（R）、透过液通量U）和溶质浓缩倍数（N）来表示。R?式中，R—截流率；c0-cP?100%c0（1—1）CO—原料液的浓度，kmol/m3；Cp—透过液的浓度，kmol/m3。对于不同溶质成分，在膜的正常工作压力和工作温度下，截留率不尽相同，因此这也是工业上选择膜组件的基本参数之一。J?VPS?t?Lm?h?2（1-2）式

6、中，J一透过液通量，L/（m2•h）Vp—透过液的体积，L;S—膜面积，m2;t一分离时间，h。其屮，Q=Vp/t,即透过液的体积流量，在把透过液作为产品侧的某些膜分离过程中（如污水净化、海水淡化等），该值用来表征膜组件的工作能力。一般膜组件出厂，均有纯水通量这个参数，即用日常自来水（显然钙离子、镁离子等成为溶质成分）通过膜组件而得出的透过液通量。N?式中，N—溶质浓缩倍数；cRcP（1一3）CR—浓缩液的浓度，kmol/m3；CP—透过液的浓度，kmol/m3。该值比较了浓缩液和透过液的分离程度，在某些以获取浓缩液

7、为产品的膜分离过程中（如大分子提纯、生物酶浓缩等），是重要的表征参数。1.实验装置与流程本实验装置均为科研用膜，透过液通量和最大工作压力均低于工业现场实际使用情况，实验中不可将膜组件在超压状态下工作。主要工艺参数如表1-1所示。表1-1膜分离装置主要工艺参数膜组件纳滤（NF）反渗透膜材料芳香聚纤胺芳香聚纤胺膜面积/m20.40.4最大工作压力/Mpa0.70.7反渗透可分离分子量为100级別的离子，实验取0.5wt%硫酸钠水溶液为料液，浓度分析采用电导率仪，即分别取各样品测取电导率值，然后比较相对数值即可（可根据实验

8、前做得的浓度一电导率值标准曲线获取浓度值）。液流量计4.实验步骤和注意事项图1-1膜分离流程示意图4.1实验步骤(1)用淸水淸洗管路，通电检测高低压泵，温度、压力仪表是否正常工作。(2)在配料槽中配置实验所需料液，打开低压泵，料液经预过滤器进入预过滤液槽。(3)在低压预过滤5〜10min后，幵启高压泵，分别将清液、浓液转子流量计打到一定的开度，