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陶瓷纳滤膜以其操作压力低,热稳定性、化学稳定性好,选择透过性高及寿命长等优点在饮用水处理、废水污水处理、制药方面及某些高温、高腐蚀性领域具有广阔的应用前景。陶瓷纳滤膜的应用体系繁多,针对不同的应用体系需筛选不同规格的陶瓷纳滤膜,因此确立合适的方法用以表征陶瓷纳滤膜成了关键问题。 本研究工作以建立多通道陶瓷纳滤膜的孔径表征标准为目标,以溶质截留法为实验方法,通过筛选合适的操作条件,确定了表征的最佳参数,并将表征后的陶瓷膜用于模拟染料废水的处理研究,为陶瓷膜在染料行业中的应用提供依据。 针对AFNOR纳滤标准NF X45-103,采用改进的表征方法,以聚乙二醇(PEG)作为基准物,通过尝试不同相对分子质量的PEG混合配比,考察表征介质中添加大分子量PEG对截留结果的影响,同时考察了操作过程中跨膜压差及膜面流速对测定准确性影响的规律,确定了合适的操作参数,最终确定选用相对分子质量分别为200,600,1500,4000,10000 Da五种PEG配成总浓度为3g/L的溶液作为表征纳滤膜的基准物。随着跨膜压差的增大,陶瓷纳滤膜的截留率降低,当跨膜压差范围为0.2-0.4 MPa时,膜的截留率变化较小,故确定0.2 MPa作为表征的最佳跨膜压差。随着膜面流速的提高,膜表面湍流程度逐渐增大,当膜面流速升至2 m/s,流体处于湍流状态,测得的实验结果不再受流速的影响,准确性更好,故确定2 m/s作为合适的表征陶瓷纳滤膜的膜面流速。 针对陶瓷纳滤膜对离子的截留性能,筛选出适用于纳滤膜的表征介质及操作条件。由于荷负电纳滤膜对Na2SO4截留率最高,采用Na2SO4作为表征荷负电纳滤膜截留性能的介质,用于对比不同膜对离子的截留率大小,以提高表征结果的准确性。无机离子浓度是影响纳滤膜对溶质截留率的主要因素之一,确定离子浓度为5mM;实验过程中跨膜压差对膜的截留率影响也较大,随着跨膜压差的增大,截留率逐渐增大,当跨膜压差升至0.4 MPa时,增大的趋势变缓,后逐渐趋于稳定,故确定0.4 MPa作为膜对无机离子截留表征的合适跨膜压差;由于当膜面流速达2 m/s时,对应流体在管道中达到湍流状态,随着膜面流速的增大,膜对无机离子截留率呈缓慢增大直至趋于稳定,故确定膜表征的合适膜面流速为2m/s。 采用多通道陶瓷膜对模拟染料废水中的染料进行分离研究,考察了陶瓷膜在不同运行时间、跨膜压差下对不同染料的过滤性能的影响,随着运行时间的延长,染料中盐的截留率略有降低,而运行时间对染料的截留率影响较小。截留分子量为2364 Da的国外商品化的陶瓷膜M1对直接黄及直接黑染料的截留率均大于99%,且随着跨膜压差的增大,截留率均较为稳定;膜对活性黄染料的截留率次之,随着跨膜压差的增大,截留率从89%升至94%,当跨膜压差升至0.4 MPa时,截留率已基本保持稳定为94%;相比而言,膜对酸性靛蓝染料的截留效果最差,当跨膜压差升至0.7 MPa时,截留率最高仅达34%。截留分子量为2238 Da的实验室研制的陶瓷膜M3也表现出相同的过滤规律。同时研究了模拟染料废水中染料浓度及盐浓度对膜过滤性能的影响,盐浓度及直接黄染料浓度的增大导致膜对染料的截留率变化较小,使膜对盐的截留率逐渐下降,从而使盐和染料分离,达到分离及纯化的目的。 综上所述,本文针对陶瓷纳滤膜表征方法不统一的问题,以有机物PEG以及无机离子作为两种不同的基准物,提出了合适的陶瓷纳滤膜截留性能的表征方法,从而为应用过程中筛选合适的纳滤膜提供依据,将表征后的陶瓷纳滤膜用于模拟染料废水的研究,为膜的工业化应用提供了基础数据。