納濾反滲透膜分離

1、納濾反滲透膜分離實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書納濾反滲透膜分離實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?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、基本原理2.1 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(dòng)力，使原料中的某組分選擇性地優(yōu)先透過膜，從而達(dá)到混合物的分離，并實(shí)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(dòng)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施加的推動(dòng)力不同，通常稱進(jìn)料液流側(cè)為膜上游、透過液流側(cè)為膜下游。微濾（MF）

2、、超濾（UF）、納濾（NF）與反滲透（RO）都是以壓力差為推動(dòng)力的膜分離過程，當(dāng)膜兩側(cè)施加一定的壓差時(shí)，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(dá)到分離的目的。四個(gè)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0.0510g,所施加的壓力差為0.0150.2MPa；超濾分離的組分是大分子或直徑不大于0.1師的微粒，其壓差范圍約為0.10.5MPa；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)的相對分子質(zhì)量及濃度有關(guān)，通常的壓差在2MPa左右，也有高達(dá)10MPa的；介于反滲透與超濾之間的為納濾過

3、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)。2.2 納濾和反滲透機(jī)理對于納濾，篩分理論被廣泛用來分析其分離機(jī)理。該理論認(rèn)為，膜表面具有無數(shù)個(gè)微孔，這些實(shí)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(dá)到分離的目的。應(yīng)當(dāng)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(xué)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，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(xué)第2頁共7頁性質(zhì)將分別起著不同的截留作用。反滲透

4、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(jī)理為Sourirajan在Gibbs吸附方程基礎(chǔ)上提出的優(yōu)先吸附一毛細(xì)孔流動(dòng)機(jī)理，而后又按此機(jī)理發(fā)展為定量的表面力-孔流動(dòng)模型（詳見教材）。2.3 膜性能的表征一般而言，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=£CpI。%Co（11）式中，R截流率；Co-原料液的濃度，kmol/m3;CP透過液的濃度，kmol/m3。對于不同溶質(zhì)成分，在膜的正常工作壓力和工作溫度下，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=VpL.m2hSt（12）式中，J透過液通量，L/

5、（m2h）Vp透過液的體積，L;2S一膜面積，m;t分離時(shí)間，hoVP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t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(gè)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。cRN=（1-3）cp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/m3。該值比較了濃縮液和透過液的分離程度，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)。第3頁共7頁三、實(shí)驗(yàn)裝置與流程本實(shí)驗(yàn)裝置均為科

6、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(shí)際使用情況，實(shí)驗(yàn)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/m2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(jí)別的離子，學(xué)生實(shí)驗(yàn)常取0.5%濃度的硫酸鈉水溶液為料液，濃度分析采用電導(dǎo)率儀，即分別取各樣品測取電導(dǎo)率值，然后比較相對數(shù)值即可（也可根據(jù)實(shí)驗(yàn)前做得的濃度電導(dǎo)率值標(biāo)準(zhǔn)曲線獲取濃度值）10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(yù)過濾器；5預(yù)過濾液灌；6配液灌；7清液灌;8濃液灌；9清液流量計(jì)；1

7、0濃液流量計(jì)；11膜組件；12壓力表；13排水閥第4頁共7頁四、實(shí)驗(yàn)步驟和注意事項(xiàng)1.實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)所需料液，打開低壓泵，料液經(jīng)預(yù)過濾器進(jìn)入預(yù)過濾液槽。(3)低壓預(yù)過濾510min后，開啟高壓泵，分別將清液、濃液轉(zhuǎn)子流量計(jì)打到一定的開度，實(shí)驗(yàn)過程中可分別取樣。(4)若采用大流量物料(與實(shí)驗(yàn)量產(chǎn)有關(guān))，可在底部料槽中配好相應(yīng)濃度料液。(5)實(shí)驗(yàn)結(jié)束，可在配料槽中配置消毒液(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(shí)驗(yàn)，可采用安裝不同膜組件實(shí)現(xiàn)。2.注意事項(xiàng)(1) 每個(gè)單元分離過程前，均

8、應(yīng)用清水徹底清洗該段回路，方可進(jìn)行料液實(shí)驗(yàn)。清水清洗管路可仍舊按實(shí)驗(yàn)單元回路，對于微濾組件則可拆開膜外殼，直接清洗濾芯，對于另一個(gè)膜組件則不可打開，否則膜組件和管路重新連接后可能造成漏水情況發(fā)生。(2) 整個(gè)單元操作結(jié)束后，先用清水洗完管路，之后在儲(chǔ)槽中配置0.5-1%濃度的甲醛溶液，用水泵逐個(gè)將保護(hù)液打入各膜組件中，使膜組件浸泡在保護(hù)液中。以反滲透膜加保護(hù)液為例，說明該步操作如下：打開高壓泵，控制保護(hù)液進(jìn)入膜組件壓力也在膜正常工作下；調(diào)節(jié)清液流量計(jì)開度，可觀察到保護(hù)液通過清液排空軟管溢流回保護(hù)液儲(chǔ)槽中；調(diào)節(jié)濃液流量計(jì)開度，可觀察到保護(hù)液通過濃液排空軟管溢流回保護(hù)液儲(chǔ)槽中；則說明反滲透膜浸泡在

9、保護(hù)液中；。(3) 對于長期使用的膜組件，其吸附雜質(zhì)較多，或者濃差極化明顯，則膜分離性能顯著下降。對于預(yù)過濾和微濾組件，采取更換新內(nèi)芯的手段；對于超濾、納濾和反滲透組件，一般先采取反清洗手段，即將低濃度的料液溶液逆向進(jìn)入膜組件，同時(shí)關(guān)閉濃液出口閥，使料液反向通過膜內(nèi)芯而從物料進(jìn)口側(cè)出液，在這個(gè)過程中，料液可溶解部分溶質(zhì)而減少膜的吸附。若反清洗后膜組件仍無法回復(fù)分離性能(如基本的截留率顯著下降)，則表面膜組件使用壽命已到盡頭，需更換新內(nèi)芯。第5頁共7頁附：膜組件工作性能與維護(hù)要求本裝置中的所有膜組件均為科研用膜(工業(yè)上膜組件的使用壽命因分離物系不同而受影響)，為使其能較長時(shí)間的保持正常分離性能，

10、請注意其正常工作壓力、工作溫度，并選取合適濃度的物料，并作好保養(yǎng)工作。(1)系統(tǒng)要求最高工作溫度：50C正常工作溫度：5-45C正常工作壓力：反滲透進(jìn)口壓力0.6MPa最大工作壓力：反滲透進(jìn)口壓力0.7MPa(2)膜組件性能預(yù)濾組件：濾芯材料為聚丙稀混纖，孔徑5dm納濾組件：膜材料：芳香聚纖胺膜組件形式：卷式有效膜面積：0.4m2純水通量(0.6MPa,25C)：6-8L/h脫鹽率：Na2SO,>50%原料液溶質(zhì)濃度：<2%反滲透組件：膜材料：芳香聚纖胺膜組件形式：卷式有效膜面積：0.4m2純水通量(0.6MPa,25C)：2.5-25L/h脫鹽率：Na2SO,>95%原料液溶質(zhì)濃度：<1%第6頁共7頁（3）維修與保養(yǎng)a. 實(shí)驗(yàn)前請仔細(xì)閱讀“實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書”和系統(tǒng)流程，特別要注意各種膜組件的正常工作壓力與溫度。b. 新裝置首次使用前，先用清水進(jìn)料10-20分鐘，洗去膜組件內(nèi)的保護(hù)劑（為一些表面活性劑或高分子物質(zhì)，對膜組件孔徑定型用）。c. 實(shí)驗(yàn)原料液必須經(jīng)過5dm微孔膜預(yù)過濾（即本實(shí)驗(yàn)裝置中的預(yù)過濾器），防止硬顆粒混入而劃破膜組件。d.使用不同料液實(shí)驗(yàn)時(shí)，必須對膜組件及相關(guān)管路進(jìn)行徹底清洗。e. 暫時(shí)不使