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《中国海洋大学》 2010年
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纳滤膜的荷电性能及对盐水溶液体系的截留机理研究

段晓杰  
【摘要】:纳滤膜已广泛用于水处理领域。由于膜中引入了荷电基团,膜的亲水性得到了加强,进而增加了膜的透水率,膜的抗污染性显著增强。因此,开展纳滤膜表面荷电性能的研究与表征工作,对于深入认识纳滤膜截留机理、推动纳滤膜的广泛应用具有极其重要的意义。 本文以纳滤膜表面荷电性能的研究为出发点,进行流动电位实验,考察了各种测试条件对纳滤膜荷电性能的影响,并从膜结构参数、分离性能等几个方面研究了荷电纳滤膜的传递现象,在此基础上分析了盐水溶液的截留机理。 根据双电层的形成机理,通过对表面电位的研究,分析给出了膜表面Zeta电位计算式。建立了流动电位测试系统,采用理论计算的办法对流道高度进行了校正,得到合适的流道高度值。进而研究了各种操作条件(电极的选择、温度因素、膜片浸泡时间、压差、流道高度、电解质浓度等)对流动电位的影响。结果表明:(1)在碱性环境中,宜采用Pt电极,在酸性环境中,宜采用Ag-AgCl电极(电解质溶液中含有氯离子);(2)进行流动电位实验之前,纳滤膜片应浸泡4小时以上,才能保证膜片表面电荷解离吸附的动态平衡;(3)对于本实验装置,流道高度控制在60μm~300μm之间,操作压差控制在0.4MPa以下,满足流道内料液层流条件,电解质浓度控制在0.0005M到0.05M之间,得到的Zeta电位较为可靠。 考察了不同浓度、不同pH值、不同组分电解质溶液对流动电位、Zeta电位、表面电荷密度的影响。结果表明:(1)系统的总电导包括溶液电导、膜电导(膜面电导和膜本体电导)、外回路电导,Zeta电位计算时应以总电导值计算。随着溶液浓度的增加,溶液电导所占比例逐渐上升,膜电导所占比例逐渐下降,外回路电导所占比例基本不变;(2)随着溶液浓度的增加,膜表面Zeta电位绝对值减小,但是,膜表面电荷密度绝对值增加;在低浓度时,膜表面电荷密度与电解质浓度之间符合Freundlich等温吸附式;(3)二价同离子通过范德华力特性吸附进入到内亥姆霍兹层,增强了膜表面荷电密度,而二价反离子通过静电作用吸引到外亥姆霍兹层,降低了膜表面荷电密度;(4)随着溶液pH值的减小,膜表面Zeta电位绝对值随之减小,当pH值小于等电点时,其膜表面电负性发生改变;(5)水溶液中,反离子水化半径越小,其吸附能力越强,导致膜表面Zeta电位绝对值越小;(6)当有二价反离子加入到1-1电解质体系中时,由于二价离子的吸附能力较强,降低了膜表面Zeta电位值,进而降低了膜表面电荷密度;(7)当有电解质溶液透过膜片时,更多的电解质溶液进入到膜片支持层,进而增加了电导值,导致膜表面Zeta电位绝对值增加。 在对DSPM模型进行简化分析的同时,对膜的传递参数进行了实验表征。实验结果表明:对中性溶质分子体系(VB12)截留实验,得出反射系数为0.986,根据细孔模型,计算出膜孔半径为0.78nm,;进行纯水通量实验,根据Hagen-Poiseuille方程,推算出膜厚为5.1μm;对不同浓度NaCl电解质体系,计算和比较了两种方法得到的体积电荷密度值Xd,将其代入到DSPM模型,对电解质溶液截留率进行预测。在低浓度时,体积电荷密度应选择无电解质透过膜片时动电法得到的值;当浓度较高时,应选择由固定电荷模型计算得到的体积电荷密度值。
【学位授予单位】:中国海洋大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TQ028.8

【引证文献】
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1 宋跃飞;高学理;苏保卫;高从堦;;高回收率反渗透海水淡化工艺的应用研究进展[J];水处理技术;2013年03期
【参考文献】
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【共引文献】
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