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纳滤膜是一种具有分离特性的分离膜,其性能介于超滤膜与反渗透膜之间,纳滤膜能有效的分离大分子有机物以及二价盐,目前被广泛应用于各类废水处理中。对于大部分有机纳滤膜,盐溶液的种类、浓度、溶液pH均会影响到盐溶液的截留率,以往的研究主要集中在低浓度、中性条件下,但在废水处理过程中盐浓度不仅仅局限在低浓度及中性环境范围内,因此扩大盐浓度范围及pH研究截留率变化将有助于纳滤膜在废水中的应用。 本文将以聚酰胺有机纳滤膜DK膜为研究对象,首先选择1~50 mol/m3不同类型的盐(NaCl、KCl、Na2SO4、K2SO4、MgCl2)进行纳滤实验,借助模型计算其电性参数及结构参数的变化。结果表明:在低浓度范围内,1-1型单价盐(如NaCl、KCl)截留率随着浓度的升高而降低,1-2型二价阴离子盐(如Na2SO4、K2SO4)截留率随着浓度的升高同样降低;而对于2-1型二价阳离子盐,其截留率随着浓度的升高而升高。由模型计算可知,对于1-1型单价盐和1-2型二价阴离子盐,其荷电密度随着浓度的升高而升高,电荷屏蔽作用增强,Donnan效应降低,而且随着浓度的增加膜孔内离子浓度升高,膜孔内双电层厚度降低,离子更容易透过膜孔,介电常数随着浓度的变化几乎不变;而对于2-1型二价阳离子盐MgCl2,其截留率随着浓度的升高而升高,造成这种现象的原因是Mg2+与膜面基团发生特性结合,随着浓度的增加,更多的Mg2+聚集在膜面,膜等效荷电密度随着浓度的升高由荷负电转变为荷正电,且随着浓度的增加,荷电密度升高,Mg2+与膜排斥力增强,随着浓度的升高孔内介电常数降低,介电排斥作用增强。 其次,在三种不同渗透流率条件下分别对1~200 mol/m3不同类型的盐(NaCl、KCl、Na2SO4、K2SO4、MgCl2、CaCl2)进行纳滤实验,观察不同渗透流率条件下截留率变化情况,结果如下:对于2-1型二价阳离子盐,其截留率随着浓度的升高出现先升高后降低的趋势,在一定浓度存在一个最大值,而且渗透流率的大小不会改变最大值点的位置,MgCl2溶液在浓度为100 mol/m3附近存在最大截留率,CaCl2在70 mol/m3附近存在最大截留率;对于1-1型单价盐(如NaCl、KCl),其截留率随着浓度的增加出现先降低后趋于平缓,并在50 mol/m3附近开始趋于某一定值(非零);对于1-2型二价阴离子盐,截留率均随着浓度的升高出现降低的趋势。由模型计算可知:对于二价阳离子盐,当溶液浓度升高时溶液中越来越多的Ca2+/Mg2+离子与纳滤膜进行特性吸附,Ca2+/Mg2+离子与膜上固定的-COO-基团进行结合,当离子浓度逐渐升高时膜面吸附的Ca2+/Mg2+离子越来越多,膜荷电密度逐渐升高,当膜面的羧基基团完全被Ca2+/Mg2+离子结合时,荷电密度达到最大,当继续升高溶液浓度时,二价阳离子已经不易吸附到膜面,由于膜面呈现荷正电,此时溶液中Cl-吸附占主导作用,随着浓度的升高,更多的Cl-吸附到纳滤膜膜面,对膜上的正电基团起到了中和作用,荷电密度出现降低的趋势;而对于1-2型二价阴离子盐及1-1型单价盐,其荷电密度均随着浓度的升高而降低,出现此情况的原因主要是阴离子吸附,1-1型单价盐截留率趋于某一定值的原因是浓度的增加荷电密度的影响逐渐降低,离子的空间位阻作用占据主导地位,因此其截留率随着浓度的增加并不会出现零截留或者负截留现象,而是趋于某一定值;渗透流率不会改变截留率随浓度变化的趋势,主要原因是渗透流率的变化不会影响荷电密度的大小,荷电密度对溶液浓度具有很强的依赖关系。 最后,分别对NaCl、KCl、MgCl2、CaCl2、Na2SO4、 K2SO4溶液在pH为3、3.5、4、5、6、7、8、9进行纳滤实验,结果表明:1-1型单价盐随着pH的变化存在一个固定的等电点,其截留率随着pH的增大出现先升高后降低的趋势;1-2型二价盐其截留率随着pH的增大而升高;2-1型二价盐截留率随着pH的增大出现降低的趋势。1-1型单价盐在等电点左右两侧其截留率均随着溶液浓度的升高而降低,在等电点处截留率最低,溶液pH的变化不影响其截留率随浓度变化的趋势;1-2型二价盐其截留率随浓度变化趋势同样不受pH的影响,无论膜荷正电或者荷负电其截留率均随着浓度的升高而降低,2-1型二价盐其截留率随浓度变化趋势同样不受pH的影响,其截留率随浓度变化的趋势和1-2型二价盐相反,随着浓度的升高而升高。由模型计算可知:对于2-1型二价盐在研究的pH范围内其荷电密度均随着浓度的升高而升高,主要因为整个过程中二价阳离子特性吸附占主导作用;对于1-1型单价盐,在荷正电范围内,荷电密度随着浓度的升高而升高,主要是因为阳离子吸附占主导作用,在荷负电范围内荷电密度随着浓度的升高而降低,主要是阴离子吸附占主导地位;对于1-2型单价盐在研究的pH范围内其荷电密度均随着浓度的升高而降低,主要因为在整个过程中较多带电子数的二价阴离子吸附占据主导地位;pH的变化会改变DK膜的等效膜孔及等效膜厚,改变了有机纳滤膜的截留性能,但盐浓度引起的荷电密度的变化对截留率的影响占据了主要地位。