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《南京师范大学》 2007年
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纳滤膜的模型表征及其在电镀废水处理中的应用

薛莉娉  
【摘要】: 纳滤是在超滤和反渗透的基础上发展起来的介于两者间新型膜分离技术,自问世以来迅速得到广泛应用。由于纳滤膜孔的范围接近分子水平以及纳滤膜的荷电特性,使得纳滤膜的分离机理十分复杂,在目前还不能直接准确探测纳滤膜的细孔结构和荷电特性之际,要在实际膜过程中精确描述纳滤膜的分离机理是十分困难的,而通过模型对纳滤膜进行表征,求得细孔结构和荷电特性参数,对于解析纳滤膜的分离机理、预测膜的分离性能以及为纳滤膜的实际应用提供理论指导都具有重要价值。 本文依据卷式纳滤膜循环流道的构造特点,对可用于卷式纳滤膜的浓差极化传质关联式进行分析,以NaCl溶液为实验体系考察了传质系数k与浓差极化程度随膜面流速变化的关系。结果表明传质系数k随膜面流速增加而增加,浓差极化程度相应下降,同时渗透流率J对浓差极化有一定的影响,当渗透率增加时,传质系数k下降,浓差极化程度增加。 对NF90-2540膜的结构表征,以葡萄糖溶液为实验体系得出膜的孔径r_p为0.45nm,孔积率与膜厚之比为0.34。针对DSPM(Donnan steric partitioning pore model)模型计算复杂性,基于荷负电纳滤膜中同离子浓度显著低于反离子浓度的假设,对DSPM模型进行简化并给出详细推导过程。以NaCl溶液为实验体系简化了DSPM模型,并用简化的DSPM模型估算了NF90-2540膜的荷电密度X(x=K_(2effφ_1φ_2)~2′-(1-σ)~2/1-σz_1c_1(0~-)。表征结果NF90膜适合截留小分子溶质和较高的除盐体系。 依据对纳滤膜模型表征结果的指导作用可知NF90膜具有荷电的纳米微孔结构,离子在带电微孔内进行扩散和对流传递过程时受到立体阻碍和静电排斥两方面的作用,重金属离子(Ni~(2+)、Cu~(2+)、CrO_4~(2-)、Zn~(2+)等)离子属于二价离子(团),与单价离子(Na~+)相比,它们具有较大的半径和较小的扩散系数,膜对它们的截留率更高。因此,利用其从废水中分离有害的重金属离子方面具有应用前景。 本文选择纳滤处理电镀废水的实验研究,电镀液浓度对截留率影响不大,但产水中的重金属离子浓度随电镀液浓度的增加有上升的趋势。控制好电镀废水(Ni~(2+)、Cu~(2+)、CrO_4~(2-)、Zn~(2+)等)的进水浓度、PH值、流速等条件,经纳滤处理后出水都可以达标排放或回用;而实际的电镀废水中重金属离子浓度100-200mg/L,经纳滤处理后出水是可以达标排放的。若将纳滤和反渗透集成,可做到对有毒重金属离子的回收利用和出水回用,实现清洁生产,既具经济效益,又具环境效益,在工程实际中极具推广应用价值。
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