有機相納濾傳遞機理的研究.pdf

1、納濾(NF)是介于反滲透(RO)與超濾(UF)之間的一種膜技術，已在水處理、食品、制藥、化學工業(yè)等諸多領域得到廣泛的工業(yè)應用。納濾膜分離技術應用于有機相中時，被稱為耐溶劑納濾(SRNF)，它具有傳統(tǒng)分離技術(如蒸餾和結晶)不可比擬的優(yōu)點：無需任何添加劑，分離過程無相變，在較溫和的溫度條件下操作物質不易失活和降解，在較低壓力下就可回收有機溶劑，減輕了環(huán)境污染，并且可以顯著降低能耗。盡管SRNF技術的優(yōu)點很多，但是大規(guī)模的SRNF過程很少。

2、與傳統(tǒng)的水相NF過程相比，SRNF過程由于溶質-溶劑-膜間復雜的相互作用使其傳遞過程更難以預測，而且，溶劑和溶質通過有機相SRNF膜的傳遞是受粘性流機理還是擴散機理控制至今尚無定論。現有的傳遞模型的缺陷，以及缺乏普適性的傳遞膜型等問題都嚴重阻礙了SRNF技術的工業(yè)應用，因此，探討有機相中的NF傳遞機理已經成為當前國內外學者的研究熱點。
　　 首先，本文選用SRNF疏水膜(STARMEMTM122膜)，在SterlitechHP4

3、750死端流膜分離裝置中測定了8種有機溶劑的通量。鑒于溶劑通過SRNF膜的傳遞與溶劑的性質(如分子量、粘度、摩爾體積和介電常數等)和膜-溶劑間的相互作用(如膜-溶劑溶解度參數差、膜-溶劑表面張力差等)有關，本文采用相關分析方法，對文獻中常用的各種溶劑參數和溶劑-膜間相互作用參數與23種溶劑通量數據的相關性進行了研究，發(fā)現溶劑的粘度、介電常數、膜-溶劑溶解度參數差和膜-溶劑表面張力差與通量具有較高的相關系數。因此，對于所研究的SRNF膜體

4、系，可以確定這四個參數是影響膜通量的主要因素。
　　 然后，在不完全溶解-擴散模型基礎上，考慮這些參數對溶劑通量的影響，建立了一個新的半經驗溶劑傳遞模型。為了驗證新模型描述溶劑傳遞行為的普遍適用性，在多種純溶劑體系和二元混合溶劑體系中，利用本文測定的通量數據以及文獻數據，將新建模型和5種文獻模型對溶劑滲透系數的預測性進行對比，發(fā)現對于不同膜體系中的全體溶劑，本模型都表現出很高的相關性，并且溶劑滲透系數的實驗值與模型計算值的標準誤

5、差較小，說明本模型能很好地預測純溶劑和二元混合溶劑通過疏水SRNF膜的傳遞過程。這些結果證明，新模型適用于不同疏水膜體系，而且粘性流-擴散機理可以很好地描述溶劑在疏水性耐溶劑納濾膜中的傳遞過程。
　　 在NF膜分離過程中，溶質分子的尺寸和形狀顯著影響著溶質的傳遞和截留特性。當利用納濾截留模型去預測膜對溶質分子的截留率時，無論是通過致密膜的溶解-擴散模型還是通過多孔膜的孔流模型，都需要確定一些與溶質的分子尺寸相關的模型參數?，F有的

6、分子尺寸參數對于表征溶質在某個NF膜體系中的截留行為是有用的，但并不適于描述大范圍膜體系中的溶質傳遞過程。本文考慮溶劑對溶質分子性質的影響，根據溶質分子的全優(yōu)化構型計算得到了一個新的分子幾何尺寸參數(“計算平均尺寸”)，同時利用實驗截留數據和文獻數據，在不同的有機相和水相NF膜體系中，對新參數描述溶質截留行為的適用性進行了評價。
　　 最后，本文選擇了一系列分子量在116～228Da的中性乙酸酯類化合物(包括直鏈的、帶支鏈的、帶

7、環(huán)己烷的和芳香乙酸酯)作為溶質，測定了它們在甲醇中通過三種SRNF膜(STARMEMTM122膜、STARMEMTM240膜和MPF-44膜)的截留數據；發(fā)現對于具有相近分子量而分子結構不同的溶質分子，直鏈的傳遞優(yōu)于環(huán)狀的，而帶支鏈的具有最慢的傳遞速度。為了關聯(lián)截留率與溶質的分子尺寸和形狀之間的關系，將“計算平均尺寸”與8個常用的分子尺寸參數(包括分子量、Stokes直徑、當量摩爾直徑、經驗有效直徑、回轉半徑、“計算分子直徑”、“分子長