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纳滤膜是介于超滤膜和反渗透膜之间的压力驱动膜,根据膜材料主要分为有机纳滤膜与陶瓷纳滤膜。纳滤膜在水处理、化工、制药、染料等领域已经有了广泛的应用,现今有机纳滤膜的应用研究已较为成熟,而陶瓷纳滤膜具有优异的耐高温、耐有机溶剂及耐腐蚀性能,需要更多的研究。面对众多的应用体系,如何准确和有效的表征纳滤膜的截留性能已经成为关键问题。 本文以纳滤膜在高含盐体系中的应用为背景,以拓展陶瓷纳滤膜的应用领域为目标,采用溶质截留法对纳滤膜进行表征,将表征后的纳滤膜分别用于模拟高含盐体系和实际的高含盐体系中进行截留性能的研究。 研究纳滤膜的截留性能,考察了表征基准物聚乙二醇(PEG)的不同配比、溶质浓度及跨膜压差(TMP)对不同纳滤膜的截留分子量测定的影响;考察了纳滤膜对常用的四种电解质NaCl、MgCl2、 Na2SO4、MgSO4的截留性能。结果表明,表征基准物的配比、溶质浓度及跨膜压差等因素对纳滤膜截留分子量的测定影响皆较小。综合考虑,纳滤膜的截留分子量测定采用配比为200、600、1500 Da的PEG即可,适宜的溶质总浓度为3g/L。通用电气公司的两种荷负电的有机纳滤膜对同一浓度的四种电解质的截留率大小关系为R(Na2SO4)>R(MgSO4)>R(NaCl)>R(MgCl2),完全符合道南效应。由于陶瓷纳滤膜本身不带电荷,对离子的截留率与pH值有关,当pH<7时,纳滤膜对四种电解质截留率大小为R(MgCl2)>R(NaCl)>R(MgSO4)>R(Na2SO4);当pH>7时,纳滤膜对四种电解质截留率大小为R(Na2SO4)>R(NaCl)>R(MgCl2)>R(MgSO4)。 为获得纳滤膜材质对高含盐体系中有机物截留性能的影响规律,采用有机纳滤膜和陶瓷纳滤膜对模拟高含盐体系进行截留性能表征,考察运行时间、盐浓度、跨膜压差及有机物浓度等因素对纳滤膜截留效果的影响。结果表明,两种纳滤膜运行30 min后截留性能即可稳定;随着盐浓度的增加,膜的渗透通量和膜对有机物的截留率都下降,而陶瓷纳滤膜对有机物的截留效果优于有机纳滤膜;有机物浓度和跨膜压差对两种膜的截留性能影响较小。因此,在高含盐体系中,陶瓷纳滤膜相比于有机纳滤膜具有更大的通量和更高的有机物截留率。 研究陶瓷纳滤膜在实际的高含盐体系即荧光增白剂的脱盐过程中的截留性能,考察跨膜压差、膜面流速(CFV)及温度等操作条件对纳滤膜截留性能的影响,并在优化的条件下考察了纳滤膜的实验稳定性。结果表明,增大跨膜压差和膜面流速可增加荧光增白剂的截留率,提高渗透通量;提高温度有利于渗透通量的增大,但不利于荧光增白剂的截留。综合考虑在优化的操作条件下即跨膜压差1MPa、膜面流速2.0 m/s、温度60℃,陶瓷纳滤膜稳定运行12h后,对荧光增白剂的截留率仍在98%以上,对盐的截留率不足2%。该研究为陶瓷纳滤膜在实际的高含盐体系工程应用中提供一定的数据支持。