无机盐混合溶液透过纳滤膜过程中同号离子的透过率竞争现象

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1、无机盐混合溶液透过纳滤膜过程中同号离子的透过率竞争现象伍灵，王晓琳*，李节北京清华大学化学工程系，100084摘要：本文考察了在含有多种离子的混合盐溶液透过纳滤膜实验中，各种离子的表观透过率+及其竞争现象。实验中所用纳滤膜为ESNA1-LF，ESNA1和LES90，所用离子包括Na，+2+2+--2--K，Ca，Mg和Cl，NO3，SO4和F。同号离子透过纳滤膜时，其表观透过率之比仅与纳滤膜的种类有关，与原料液浓度、离子组成及其当量分数无关，其大小关系与离子在无限稀-+释溶液中的扩散系数相关。定义阴阳离子分别以Cl和Na为标准离子，混合溶液中其他离子与标准离子的表观透过率之比为竞争系数。

2、竞争系数是计算混合溶液中各离子表观透过率时的重要参数。关键词：纳滤无机盐竞争系数扩散系数引言纳滤膜由于低压力、高通量等优点，具有广泛应用前景，可应用于地下水和地表水处理、工业废水处理、食品加工处理等[1-4]。纳滤膜的分离机理分为筛分效应和电荷效应两部分：由于纳滤膜带有纳米级的孔径，其截留分子量在200～2000道尔顿，对于其截留分子量以上的中性物质有较好的截留性能，一般可达90%。除分子大小以外，分子形状对纳滤膜的截留性能也有一定影响。其次，由于纳滤膜带有电荷。不同电荷和不同价态数的离子在膜层中具有不同的道南电位，其截留性能也各有差异。一般来说二价及以上价态的离子截留率高，阴离子如硫酸

3、根、磷酸根，阳离子如钙镁离子。纳滤膜对单价离子的截留率相对较低，如氯离子和纳离子，平均截留率在70～90%。本文中本实验室过去在无机盐透过纳滤膜的截留性能方面进行了较为深入的研究。研究内容包括多种单组分无机盐、双组分混合无机盐及多种混合无机盐体系中，纳滤膜对各种离子的截留性能。在此基础上提出加和模型，可用于预测无机盐混合溶液透过纳滤膜时，各种离子的表观透过率。其中，混合无机盐体系中同号离子之间的截留竞争关系作为重要模型参数，进行了深入的研究，并与各种离子的扩散系数进行了对比。[5,6]实验部分作者简介：伍灵(1982-)，女，清华大学化工系博士。研究方向为纳滤膜对混合无机盐溶液截留性能研

4、究。xl-wang@tsinghua.edu.cn1.纳滤膜实验中选用三种商品纳滤膜，型号分别为ESNA1-LF，ESNA1和LES90，由日本日东电工公司（NittoDenkoCorporation）提供。三种纳滤膜为复合型平膜，芳香族聚酰胺材料，保存在500ppm的亚硫酸氢纳溶液中。实验测得三种纳滤膜的平均孔径分别为0.30、0.30和0.26nm。2.透过实验实验装置由恒温槽、料液槽、膜器以及循环管路组成，如文献所示[5,6]。由NittoDenko2Corporation制作，膜器中的膜面面积为0.00353m。透过液回流至原料桶中进行循环操作。实验操作压力在0.3~1.5MPa

5、之间，通过改变操作压力调节膜的通过通量。实验中所用原料水由反渗透和离子交换装置（MilliporeCorporation提供）进行净化处理制备。3.分析方法单组分无机电解质溶液浓度通过电导率法获得，电导率仪型号：DDS-11A型，上海雷磁仪器厂。溶液pH值由奥立龙868型pH计测得。混合电解质溶液中的阳离子浓度通过原子吸收分光光度计（Hitachi）测量，阴离子浓度通过高效液相离子色谱（Shimadzu）测量。中性溶质透过实验中的有机物浓度通过总有机碳测定仪（TOC5000，Shimadzu）测量。结果与讨论1.双组分无机盐2.02.0ESNA1-LFESNA11.6100mN1.610

6、0mN40mN40mN[-]+20mN[-]+20mN1.21.2obs,Naobs,Na/Tr0.8/Tr0.82+2+obs,Ca0.4obs,Ca0.4TrTr0.00.00.00.20.40.60.81.00.00.20.40.60.81.0x2+[-]x2+[-]b,Cab,Ca2.0LES901.6100mN40mN[-]+20mN1.2obs,Na/Tr0.82+obs,Ca0.4Tr0.00.00.20.40.60.81.0x2+[-]b,Ca2++图1双组分混合盐溶液（NaCl和CaCl2）中Ca和Na通过ESNA1膜的表观透过率的比值+随混合盐溶液中的Na当量分数的变

7、化关系。2+++图1中给出了Ca和Na通过ESNA1膜的表观透过率的比值随随混合盐溶液中的Ca当2++量分数的变化关系。随着混合盐溶液中的离子当量分数的变化，Ca和Na通过ESNA1膜的表观透过率的比值基本保持不变，该比值与膜的种类有关。1.01.0ESNA1-LFESNA1-LFc=40mNc=40mN0.8b,salts0.8b,saltsc=100mNc=100mNb,saltsb,salts[-]-[-]-30.60.6ob