納濾濃縮和脫鹽的傳質過程研究

1、南京工業(yè)大學博士學位論文納濾濃縮和脫鹽的傳質過程研究姓名：楊剛申請學位級別：博士專業(yè)：化學工程指導教師：徐南平時鈞2002.5.1摘要DK4040C納濾膜的電荷密度明顯高于CA2020。上述的膜結構和膜性能表征表明，這兩種納濾膜具有不同的潛在應用領域。DK4040C納濾膜適合于小分子中性有機物體系的尺寸篩分和脫鹽(NaCl等單價電解質)，CA2020納濾膜適合于截留較大分子量的溶質，以及較大分子有機物溶液體系的脫鹽。NT染料水溶液納濾濃

2、縮和脫鹽過程的研究根據(jù)模型表征結果，本文采用CA卷式納濾膜進行了NT(商品名)染料水溶液濃縮和脫鹽過程的實驗研究。結果表明，在溫度304K一3lOK和壓力18MPa下，NT成分的表觀截留率達到998％以上，NT含量從014molL。濃縮到025molL～，NaCl濃度從105molL’1降到O023molL一。根據(jù)對濃縮過程中滲透流率、NaCl表觀截留率以及膜污染的考察，認為在濃縮過程中膜表面形成了凝膠層，也可能形成了沉積層。根據(jù)上述實

3、驗考察的結果以及深入的理論分析，本文建立了高濃度染料水溶液納濾過程的物理模型。該模型認為在高分子膜表面形成了具有溶質截留能力的二次膜層。NaCl主要通過擴散傳遞透過膜層，二次膜層和濃差極化層的厚度都發(fā)生變化，這些是該模型的主要特征，是引起滲透流率下降和截留率上升的主要原因。本文由此建立了相應的納濾過程數(shù)學模型。在擴散傳遞控制的納濾過程中將NaCI的濃差極化層傳質系數(shù)與滲透流率相關聯(lián)，得到簡潔的經(jīng)驗式。該關系式與簡化的SK方程以及Donn

4、an效應相結合的結果表明，采用這種方法描述NT溶液的納濾過程，符合膜過程理論，與實驗結果具有良好的一致性，因而這種方法對類似的納濾工藝設計具有指導意義。通過模擬分析，本文對工業(yè)規(guī)模的納濾濃縮和脫鹽裝置所需要的膜面積和去離子水的使用量進行了評估，表明充分利用Donnan效應促進脫鹽過程，有利于減少納濾裝置膜面積、用水量以及能耗，并得到了優(yōu)化的工藝設計參數(shù)。該結果與工業(yè)實際運行結最相吻合，表現(xiàn)出良好的實用價值。綜上所述，y本文工作從研究卷式

5、納濾膜元件內的濃差極化入手，從理論和實驗兩個角度考察了濃差極化現(xiàn)象，得到了可信的結論，為進一步的傳質過程研究奠定了基礎。在此基礎上，本文聯(lián)合采用SK模型和DSPM模型，對納濾膜的孔徑、膜厚、體積電荷密度展開了定量研究，初步考察了納濾膜的孔徑分布狀況及其對膜過程的影響，就納濾模型對不同分子量的中性有機溶質分離性能的可預測性，對不同濃度NaCI溶質分離性能的可預測性進行了論述。這些膜結構特征，從根本上為納濾技術的開發(fā)和應用提供了理論指導，大