納濾反滲透膜分離實驗

1、納濾反滲透膜分離實驗作者:日期:化工原理實驗報告學院：專業(yè)：班級:姓名學號實驗組號實驗日期指導教師成績實驗名稱納濾反滲透膜分離實驗、實驗?zāi)康?了解膜的結(jié)構(gòu)和影響膜分離效果的因素，包括膜材質(zhì)、壓力和流量等。 2了解膜分離的主要工藝參數(shù)，掌握膜組件性能的表征方法。二、實驗原理1 膜分離簡介膜分離是以對組分具有選擇性透過功能的膜為分離介質(zhì)，通過在膜兩側(cè)施加（或存在）一 種或多種推動力，使原料中的某組分選擇性地優(yōu)先透過膜，從而達到混合物的分離，并實現(xiàn)產(chǎn)物 的提取、濃縮、純化等目的的一種新型分離過程。其推動力可以為壓力差（也稱跨膜壓差）、濃度差、電位差、溫度差等。膜分離過程有多種，不同的過程所采用的膜及

2、施加的推動力不同，通常稱進料液流側(cè)為膜上游、透過液流側(cè)為膜下游。微濾（MF）、超濾（UF）、納濾（NF）與反滲透（RO）都是以壓力差為推動力的膜分離過程, 當膜兩側(cè)施加一定的壓差時，可使一部分溶劑及小于膜孔徑的組分透過膜， 而微粒、大分子、鹽 等被膜截留下來，從而達到分離的目的。四個過程的主要區(qū)別在于被分離物粒子或分子的大小和所采用膜的結(jié)構(gòu)與性能。微濾膜的 孔徑范圍為0.0510卩m所施加的壓力差為0 .01 50.2MPa ;超濾分離的組分是大分子或直 徑不大于0.1ym的微粒，其壓差范圍約為0. 1 0 .5MP a；反滲透常被用于截留溶液中的鹽 或其他小分子物質(zhì)，所施加的壓差與溶液中溶質(zhì)

3、的相對分子質(zhì)量及濃度有關(guān)，通常的壓差在2MP a左右，也有高達10MPa的;介于反滲透與超濾之間的為納濾過程，膜的脫鹽率及操作壓 力通常比反滲透低，一般用于分離溶液中相對分子質(zhì)量為幾百至幾千的物質(zhì)。2 納濾和反滲透機理對于納濾,篩分理論被廣泛用來分析其分離機理。該理論認為，膜表面具有無數(shù)個微孔，這些實際存在的不同孔徑的孔眼像篩子一樣，截留住分子直徑大于孔徑的溶質(zhì)和顆粒，從而達到分 離的目的。應(yīng)當指出的是，在有些情況下，孔徑大小是物料分離的決定因數(shù)；但對另一些情況， 膜材料表面的化學特性卻起到了決定性的截留作用。 如有些膜的孔徑既比溶劑分子大，又比溶質(zhì) 分子大，本不應(yīng)具有截留功能，但令人意外的是

4、，它卻仍具有明顯的分離效果。由此可見，膜的孔徑大小和膜表面的化學性質(zhì)將分別起著不同的截留作用反滲透是一種依靠外界壓力使溶劑從高濃度側(cè)向低濃度側(cè)滲透的膜分離過程，其基本機理 為Sourian 在G i b bs吸附方程基礎(chǔ)上提出的優(yōu)先吸附毛細孔流動機理,而后又按此機理發(fā)展為定量的表面力-孔流動模型（詳見教材）。3.膜性能的表征般而言，膜組件的性能可用截留率（R）、透過液通量（J）和溶質(zhì)濃縮倍數(shù)（N）來表示。R C0 CP 100% c0（1 2 1）式中，R 截流率；C0 -原料液的濃度，kmo l /m 3;CP-透過液的濃度，km ol/m 3o對于不同溶質(zhì)成分，在膜的正常工作壓力和工作溫度

5、下，截留率不盡相同，因此這也是工 業(yè)上選擇膜組件的基本參數(shù)之一。J Vt Lm2h（1 2 2）式中， J 透過液通量丄/（m 2 h）Vp-透過液的體積，L ;s -膜面積，m ；t 分離時間，hoVp0CrNCp其中，Q ：,即透過液的體積流量，在把透過液作為產(chǎn)品側(cè)的某些膜分離過程中（如污水 凈化、海水淡化等），該值用來表征膜組件的工作能力。 一般膜組件出廠，均有純水通量這個參 數(shù)，即用日常自來水（顯然鈣離子、鎂離子等成為溶質(zhì)成分）通過膜組件而得出的透過液通量（12 3）式中,N 溶質(zhì)濃縮倍數(shù)；Cr-濃縮液的濃度，kmol/m3；Cp-透過液的濃度,kmol/m 3o該值比較了濃縮液和透過

6、液的分離程度，在某些以獲取濃縮液為產(chǎn)品的膜分離過程中（如大 分子提純、生物酶濃縮等），是重要的表征參數(shù)。、實驗裝置本實驗裝置均為科研用膜，透過液通量和最大工作壓力均低于工業(yè)現(xiàn)場實際使用情況，實驗 中不可將膜組件在超壓狀態(tài)下工作。主要工藝參數(shù)如表1-1膜組件膜材料膜面積/m最大工作壓力/Mpa納濾(NF)芳香聚纖胺0.40.7反滲透(RO)芳香聚纖胺0.40.7表1-1膜分離裝置主要工藝參數(shù)反滲透可分離分子量為100級別的離子，學生實驗常取0.5 %濃度的硫酸鈉水溶液為料液， 濃度分析采用電導率儀，即分別取各樣品測取電導率值，然后比較相對數(shù)值即可(也可根據(jù)實驗 前做得的濃度-電導率值標準曲線獲取

7、濃度值)。圖1 1膜分離流程示意圖1料液灌；2 低壓泵；3 -高壓泵；4 -預過濾器；5-預過濾液灌；6 -配液灌;7-清液灌;8濃液灌；9 清液流量計；10濃液流量計;11 膜組件；1 2-壓力表;1 3 -排水閥四、實驗步驟(1 )用清水清洗管路，通電檢測高低壓泵，溫度、壓力儀表是否正常工作。(2) 在配料槽中配置實驗所需料液，打開低壓泵，料液經(jīng)預過濾器進入預過濾液槽。(3) 低壓預過濾5 10min后，開啟高壓泵，分別將清液、濃液轉(zhuǎn)子流量計打到一定的開度, 實驗過程中可分別取樣。(4 )若采用大流量物料(與實驗量產(chǎn)有關(guān))，可在底部料槽中配好相應(yīng)濃度料液。(5)實驗結(jié)束,可在配料槽中配置消

8、毒液(常用1%甲醛,根據(jù)物料特性)打入各膜芯中(6)對于不同膜分離過程實驗，可采用安裝不同膜組件實現(xiàn)。五、原始數(shù)據(jù)記錄原始數(shù)據(jù)記錄表實驗條件電導率k (ms/cm)室溫壓力原料液透過液濃縮液(C)(MPa)10.40.826.070.136.9910.40.85.950.077.26六、數(shù)據(jù)處理(1)料液濃度計算：常溫常壓下，電導率與溶液濃度關(guān)系曲線如圖1所示:kuiuB 曾OFX)conduc tivity(ms/cm)圖1電導率與溶液濃度關(guān)系曲線電導率與溶液濃度模型：C= 0.625 3 k0. 0 195式中k為電導率，單位m s/cm; C為溶液濃度，單位x 1 0 -g/cmi。 原

9、料液濃度 C o =0.6253*6.0 7 - 0.01 9 5 =3.7 7 6071*10-3(/ cm3)=0.026584561kmol/m3透過液濃度 G= 0 .6 2 5 3 *0.13-0 .0 1 9 5 =0.0610 - 3( g/cm3)=0 . 0 0043 5 0 1 1kmol/m 3濃縮液濃度c R= 0 . 6 2 53*6.99-0.0195=4.351347*1 0 -3(g/cm3)0 .030 6 3 4659 kmol/ m 3原料液濃度 C0 = 0.6253*5 . 95-0.0195=3.7 0 10 35*10-3(g/ c m3 )=0.

10、0260562 8 7 kmol/m33透過液濃度 G= 0. 62 5 3*0.07-0.0195 = 0. 0 24 271*10(g/cm ) = 0.0030 1708 7 4 k m ol / m濃縮液濃度 G =0 .6253*7.26-0. 0 1 95=4 .5201 7 8 伙 10 (g/cm3)=0.03182 3 275kmol/m 3(2)膜組件性能表征:利用公式：/? = cpcf xioo計算截留率R。式中，R-截流率；原料液的濃度,kmo l /ml；透過液的濃度，kmo l/ m3。截留率R。?=?-?“0.026584561-0.000435011? X10

11、0% = 一0Q26584561 ?100% = 98.3637%截留率R。?100% = 99.3442%-?-?0.026056287-0.000170874?= X100% =?0.026056287七、實驗結(jié)果及討論經(jīng)過對實驗數(shù)據(jù)的處理，計算結(jié)果 Ro為98唏口 99%截留率較好，與理論值有一定差距，說明過 濾膜有一定雜質(zhì)堵塞。實驗較為成功，存在一定誤差，誤差分析：存在一定的操作誤差，對低 濃度取樣后的儀器沒有高濃度潤洗，儀器顯示實驗數(shù)據(jù)不穩(wěn)定進行讀數(shù)，造成讀數(shù)誤差。八、思考題1. 常用膜分離技術(shù)有哪些？其特點和用途各是什么？答：微濾，超濾，納濾，反滲透。微濾：特點：微濾利用微孔膜將濾

12、液中大于膜孔徑的微粒、細菌及懸浮物資等截留下來達 到澄清的膜技術(shù)。用途：醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)（明膠、葡萄酒、白酒、果汁、牛奶等）、高純水、 城市污水、工業(yè)廢水、飲用水、生物技術(shù)、生物發(fā)酵等。超濾:特點:以壓力差為推動力，通過膜的篩分作用截留溶液中大于膜孔的大分子溶質(zhì)。用途:早期的工業(yè)超濾應(yīng)用于廢水和污水處理。 三十多年來，隨著超濾技術(shù)的發(fā)展，如今超濾技術(shù) 已經(jīng)涉及食品加工、飲料工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、生物制劑、中藥制劑、臨床醫(yī)學、印染廢水、食品 工業(yè)廢水處理、資源回收、環(huán)境工程等眾多領(lǐng)域。納濾：特點：用于從有機溶液中脫除氯化鈉等單價無機鹽離子，理論可截留摩爾質(zhì)量大于200的有機溶質(zhì)，使之與鹽離子分離。用途:食品工業(yè)、植物深加工、飲料工業(yè)、農(nóng)產(chǎn)品深加工、 生物醫(yī)藥、生物發(fā)酵、精細化工、環(huán)保工業(yè)等。反滲透：特點：是利用膜兩側(cè)溶液中的鹽溶質(zhì)濃度不同所產(chǎn)生的滲透壓 ，使低鹽濃度側(cè)的水 滲透過膜，實現(xiàn)溶質(zhì)的濃縮，飲用水的制備。用途:由于反滲透分離技術(shù)的先進、高效和節(jié)能的 特點，在國民經(jīng)濟各個部門都得到了廣泛的應(yīng)用，主要應(yīng)用于水處理和熱敏感性物質(zhì)的濃縮，主要應(yīng)用領(lǐng)域包括以下：食品工業(yè)、牛奶工業(yè)、飲料工業(yè)、植物（農(nóng)產(chǎn)品）