有機相納濾傳遞機理的研究.pdf

1、納濾(NF)是介于反滲透(RO)與超濾(UF)之間的一種膜技術(shù)，已在水處理、食品、制藥、化學工業(yè)等諸多領(lǐng)域得到廣泛的工業(yè)應(yīng)用。納濾膜分離技術(shù)應(yīng)用于有機相中時，被稱為耐溶劑納濾(SRNF)，它具有傳統(tǒng)分離技術(shù)(如蒸餾和結(jié)晶)不可比擬的優(yōu)點：無需任何添加劑，分離過程無相變，在較溫和的溫度條件下操作物質(zhì)不易失活和降解，在較低壓力下就可回收有機溶劑，減輕了環(huán)境污染，并且可以顯著降低能耗。盡管SRNF技術(shù)的優(yōu)點很多，但是大規(guī)模的SRNF過程很少。

2、與傳統(tǒng)的水相NF過程相比，SRNF過程由于溶質(zhì)-溶劑-膜間復雜的相互作用使其傳遞過程更難以預測，而且，溶劑和溶質(zhì)通過有機相SRNF膜的傳遞是受粘性流機理還是擴散機理控制至今尚無定論?，F(xiàn)有的傳遞模型的缺陷，以及缺乏普適性的傳遞膜型等問題都嚴重阻礙了SRNF技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用，因此，探討有機相中的NF傳遞機理已經(jīng)成為當前國內(nèi)外學者的研究熱點。
　　 首先，本文選用SRNF疏水膜(STARMEMTM122膜)，在SterlitechHP4

3、750死端流膜分離裝置中測定了8種有機溶劑的通量。鑒于溶劑通過SRNF膜的傳遞與溶劑的性質(zhì)(如分子量、粘度、摩爾體積和介電常數(shù)等)和膜-溶劑間的相互作用(如膜-溶劑溶解度參數(shù)差、膜-溶劑表面張力差等)有關(guān)，本文采用相關(guān)分析方法，對文獻中常用的各種溶劑參數(shù)和溶劑-膜間相互作用參數(shù)與23種溶劑通量數(shù)據(jù)的相關(guān)性進行了研究，發(fā)現(xiàn)溶劑的粘度、介電常數(shù)、膜-溶劑溶解度參數(shù)差和膜-溶劑表面張力差與通量具有較高的相關(guān)系數(shù)。因此，對于所研究的SRNF膜體

4、系，可以確定這四個參數(shù)是影響膜通量的主要因素。
　　 然后，在不完全溶解-擴散模型基礎(chǔ)上，考慮這些參數(shù)對溶劑通量的影響，建立了一個新的半經(jīng)驗溶劑傳遞模型。為了驗證新模型描述溶劑傳遞行為的普遍適用性，在多種純?nèi)軇w系和二元混合溶劑體系中，利用本文測定的通量數(shù)據(jù)以及文獻數(shù)據(jù)，將新建模型和5種文獻模型對溶劑滲透系數(shù)的預測性進行對比，發(fā)現(xiàn)對于不同膜體系中的全體溶劑，本模型都表現(xiàn)出很高的相關(guān)性，并且溶劑滲透系數(shù)的實驗值與模型計算值的標準誤

5、差較小，說明本模型能很好地預測純?nèi)軇┖投旌先軇┩ㄟ^疏水SRNF膜的傳遞過程。這些結(jié)果證明，新模型適用于不同疏水膜體系，而且粘性流-擴散機理可以很好地描述溶劑在疏水性耐溶劑納濾膜中的傳遞過程。
　　 在NF膜分離過程中，溶質(zhì)分子的尺寸和形狀顯著影響著溶質(zhì)的傳遞和截留特性。當利用納濾截留模型去預測膜對溶質(zhì)分子的截留率時，無論是通過致密膜的溶解-擴散模型還是通過多孔膜的孔流模型，都需要確定一些與溶質(zhì)的分子尺寸相關(guān)的模型參數(shù)?，F(xiàn)有的

6、分子尺寸參數(shù)對于表征溶質(zhì)在某個NF膜體系中的截留行為是有用的，但并不適于描述大范圍膜體系中的溶質(zhì)傳遞過程。本文考慮溶劑對溶質(zhì)分子性質(zhì)的影響，根據(jù)溶質(zhì)分子的全優(yōu)化構(gòu)型計算得到了一個新的分子幾何尺寸參數(shù)(“計算平均尺寸”)，同時利用實驗截留數(shù)據(jù)和文獻數(shù)據(jù)，在不同的有機相和水相NF膜體系中，對新參數(shù)描述溶質(zhì)截留行為的適用性進行了評價。
　　 最后，本文選擇了一系列分子量在116～228Da的中性乙酸酯類化合物(包括直鏈的、帶支鏈的、帶

7、環(huán)己烷的和芳香乙酸酯)作為溶質(zhì)，測定了它們在甲醇中通過三種SRNF膜(STARMEMTM122膜、STARMEMTM240膜和MPF-44膜)的截留數(shù)據(jù)；發(fā)現(xiàn)對于具有相近分子量而分子結(jié)構(gòu)不同的溶質(zhì)分子，直鏈的傳遞優(yōu)于環(huán)狀的，而帶支鏈的具有最慢的傳遞速度。為了關(guān)聯(lián)截留率與溶質(zhì)的分子尺寸和形狀之間的關(guān)系，將“計算平均尺寸”與8個常用的分子尺寸參數(shù)(包括分子量、Stokes直徑、當量摩爾直徑、經(jīng)驗有效直徑、回轉(zhuǎn)半徑、“計算分子直徑”、“分子長