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《北京化工大学》 2004年
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有机相中纳滤传递机理的研究

张新晖  
【摘要】:有机相纳米过滤是一种新型过滤技术,具有其它分离技术不可比拟的优点,在工业上具有广泛的应用前景。但是,由于人们对有机溶剂中纳滤传递机理的认识十分缺乏,限制了耐有机溶剂纳滤膜的开发以及有机相纳米过滤的广泛应用。因此,研究有机相纳滤传递机理具有非常重要的科学意义及实用价值。 本文将宏观与微观方法相结合,对有机溶剂中纳滤膜的传递机理进行研究。利用AFM表征纳滤膜在不同条件下不同材料、不同种类膜微观结构的变化,再利用宏观实验得到纳滤传递及截留性能。在此基础上,研究纳滤膜的传递机理,建立数学模型。 实验首先观察了两种纳滤膜 (NF–SH, MPF–44)的稳定性,并利用原子力电镜技术(AFM)观察膜的活性表面结构,发现有机溶剂导致膜结构发生显著变化。观测在溶剂中的传递通量以及溶质截留率时,发现不同的膜影响其通量的因素不同:对NF-SH膜,其主要因素为浸泡有机溶剂后膜结构的变化;对MPF–44膜,其主要因素则是溶剂性质(溶剂的极性)。对于这两种膜影响截留率的主要因素都是溶剂与溶质的相互作用。实验并利用氢键模型解释了浸泡天数对膜通过特性的影响情况。 利用NF-SH、Desal-DK和Les-90膜研究了操作条件对3种纯有机 WP=4 溶剂膜通量以及考马斯亮蓝甲醇溶液截留率的影响。结果表明,当透过溶剂为甲醇时,膜的压实效应比水明显;对于甲醇溶液,压力从0.5 Mpa升高到1.5 Mpa,溶质的截留率从48.5%降低到11.1%,表现出与水溶液中(截留率增大了12.4%)截然相反的趋势。 通过研究温度对溶剂传递通量的影响,发现Hagen-Poiseuille 模型在有机溶剂中同样适用;对于甲醇溶液,温度从10℃升高到40℃,溶质的截留率从31.3%降低到19.7%,表现出了与水溶液(截留率增大了13.0%)相同的趋势。 在甲醇溶液中,改变溶质浓度从1mg/l到30mg/l,发现在温度为20℃和40℃时截留率分别增大了19.2%和1.2%,在压力为1Mpa和1.5Mpa下,截留率分别增大了29.2%和1.6%,表明在较高的温度和压力下,浓度对截留率的影响较小。 另外,实验还对纯溶剂与考马斯亮蓝溶液膜通量进行比较,发现在考马斯亮蓝的甲醇和乙醇溶液中,由于反射系数较小,通量较纯甲醇和乙醇溶剂的膜通量变化小。 最后,实验考察了粘度、摩尔体积以及溶解性参数对纯溶剂透过系数的影响,拟合出透过系数与这些参数的关系式。结果表明,无论是同系溶剂还是非同系溶剂,对于亲水性纳滤膜,透过系数与3个参数的关系式均为A∝δ2/ Vmμ;而对于疏水性纳滤膜,透过系数与3个参数的关系式均为A∝1/ Vmμδ2。
【学位授予单位】:北京化工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TQ028

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