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纳滤(Nanofiltration,NF)膜是在20世纪80年代末期发展起来的一种新型分离膜,它的出现填补了超滤和反渗透之间的空白。纳滤膜已广泛应用于中低分子量物质的脱盐和纯化,但关于高盐浓度下的纳滤脱盐过程报道较少,对高盐环境下纳滤分离性能知之甚少。本文主要研究高盐对有机溶质的纳滤截留性能和浓差极化的影响,并将纳滤脱盐技术分别应用于中性溶质体系-右旋糖酐铁络合原液、带电溶质体系-亚氨基二乙酸酸化母液、混合溶质体系-酱油原液三种高盐工业料液的脱盐浓缩,对其工艺过程进行优化并开展中试放大试验。
本文首先利用基于扩展Nernst-Planck方程的数学模型,评测了盐离子对纳滤膜和溶质的影响,并建立半经验模型预测高盐浓度对有机物的纳滤截留率的影响,分析了高浓度盐离子对纳滤膜以及溶质的影响机理,提出了高盐对纳滤过程的影响机理为:减小溶质半径、增加膜孔半径、增加有效膜厚,从而对实际工业物料的纳滤脱盐过程提供理论指导。
将纳滤脱盐技术应用到右旋糖酐铁络合原液的脱盐过程,发现纳滤膜对右旋糖酐铁分子有优良的抗污染性,重点探讨了高浓度无机盐对纳滤浓差极化的影响,证明了盐离子会增加物料的粘度从而加重浓差极化的机理,并优化工艺以控制高盐高粘度物料纳滤脱盐过程中的通量衰减。最后进行了右旋糖酐铁络合原液的纳滤脱盐浓缩中试试验,将络合原液中的盐浓度从18%wt降至2%wt以下,同时将右旋糖酐铁浓度提高至原来的3倍。
将纳滤脱盐技术应用到亚氨基二乙酸(IDA)酸化母液的脱盐过程,重点探讨了工艺参数对IDA纳滤截留性能的影响,发现NF270纳滤膜对IDA的表观截留率大于90%。优化了操作模式,采用浓缩-渗滤相结合的模式,脱盐率为58.4%时IDA回收率达95.8%。进行了初步的中试试验,提出了IDA酸化母液纳滤脱盐循环套用新工艺。
将纳滤脱盐技术应用到酱油原液的脱盐和脱色过程,通过两步纳滤法分别获得了低盐酱油和浅色酱油,所得低盐酱油达到国家特级酱油标准(氨基酸念氮≥8.0 gL-1,可溶性无盐固形物≥150 gL-1)。重点研究了酱油纳滤脱盐的操作方式优化,建立了稀释-浓缩-渗滤模型用以预测截留液的溶质浓度或者耗水量,分析了膜污染规律并探讨了酱油污染清洗方法。完成现场中试试验,建立了将酱油原液稀释2倍后一步浓缩至合格产品的简单操作策略,并寻找到合适的食品级复合清洗剂,实现了纳滤膜的高效再生。