正渗透膜用于橙汁浓缩及其污染研究

正渗透因其低能耗及低污染等优点,已在越来越多的领域得到应用.利用自制的醋酸纤维素正渗透膜应用于橙汁的浓缩,主要考察了不同汲取液、膜方位对浓缩过程的影响,并且研究了浓缩过程中的膜污染现象.结果表明,采用3 mol/L葡萄糖+2 mol/L NaCl混合溶质所配制的汲取液的通量较高,同时盐的反向渗透通量明显降低,浓缩14 h后总可溶物由11.5°Brix上升到40.5°Brix;同时还发现,FO模式下产生的稀释的内浓差极化对水通量的影响要小于PRO模式下产生的浓缩的内浓差极化.在浓缩过程中存在较轻的膜污染,清洗之后通量基本恢复,每6h清洗一次,浓缩25 h后总可溶物可从11.5°Brix达到48.0°Brix.     

醋酸纤维素正渗透膜的制备及性能研究

以醋酸纤维素(CA)为膜材料,涤纶网(PET)为增强材料,用相转化法制备一种正渗透膜.结果表明,所制得的膜为PET嵌入的非对称膜,厚度约为127μm,断裂强度为37.86N.该膜具有较好的亲水性,接触角为51.4°,孔隙率为74.2%;在pH为2~11的范围内可长时间保持性能稳定;抗污染性能优异,经简单物理清洗后可基本恢复原始通量;以0.2mol/L NaCl溶液为原料液,1.5mol/L的葡萄糖溶液为汲取液,对膜性能测试结果表明:在正渗透(FO)模式下,水通量和截盐率分别为3.78L/(m2·h)和95.65%;在PRO模式下,水通量和截盐率分别为5.34L/(m2·h)和96.25%.FO模式与PRO模式的水通量比为0.71,表明膜具有较低的内浓差极化效应(ICP).     

在汲取液中投加化学清洗剂控制压力延滞渗透膜生物反应器膜污染的研究

压力延滞渗透膜生物反应器(PROMBR)是一种将压力延滞渗透(PRO)技术与活性污泥法相结合的新型污水处理工艺,可以实现水和能量的同步回收.然而,由于正渗透(FO)膜的多孔支撑层朝向组成复杂的活性污泥,导致PROMBR的膜污染严重.本文借助在汲取液中添加化学清洗剂来实现PROMBR膜污染的原位控制.结果表明,在汲取液中投加化学清洗剂可以利用反向渗透将清洗剂输送到FO膜支撑层,从而实现膜污染物的去除.在汲取液中投加HCl可以显著提升FO膜的运行通量,而在汲取液中投加NaClO无法提升FO膜的运行通量.投加HCl对FO膜支撑层表面和孔内的有机污染和生物污染影响不大,但是可以有效缓解无机污染.投加NaClO能够有效减少FO膜支撑层表面和孔内的有机污染和生物污染,但是对无机污染没有影响.相比于有机污染和生物污染,无机污染对PROMBR中FO膜通量下降的贡献更大.     

垫片法对正渗透过程中浓差极化的改善研究

在不增加能耗的前提下提出了一种简易的垫片法改善正渗透过程中出现的浓差极化现象.利用这种方法,在正渗透膜活性层朝向原料液的膜取向下,发现垫片安置在汲取液廊道贴紧膜的位置可以最好地减缓稀释内浓差极化,进而显著的提升正渗透的运行效果;此时,以0.5 mol/L的NaCl为原料液,而分别以1、2、4 mol/L的NaC1为汲取液进行批式实验,与未安置垫片的方式相比,水通量分别有2.94％,9.0％和12.5％的提升幅度;另外,还发现当将垫片放置在原料液廊道(远离膜)和汲取液廊道(贴紧膜)时,可以起到同时减缓浓缩外浓差极化(CECP)和稀释内浓差极化(DICP)的效果.     

阻垢剂PASP和DTPMP-Na_7作为正渗透汲取液的比较研究

<正>渗透(FO)是一种能耗低、膜污染轻的新型膜技术,但汲取液和膜材料性能、汲取液再生等问题限制了其应用.阻垢剂作为正渗透过程汲取液,渗透产水可直接用作循环冷却水,无需二次分离,从而大大降低能耗.本研究以NaCl为对照,重点考察了阻垢剂聚天冬氨酸钠(PASP)和二乙烯三胺五甲叉膦酸七钠(DTPMP-Na_7)作为正渗透汲取液的性能.结果表明,PASP和DTPMP-Na_7均能提供较大的渗透压,质量浓度相同时,渗透压大小顺序为:NaClDTPMP-Na_7PASP.以纯水为原料液,采用三醋酸纤维素(CTA)膜按FO模式进行实验时,3种汲取液在其质量浓度相同时的水通量和反向渗透通量大小顺序均与渗透压顺序相同.当汲取液浓度为0.20 g/mL时,NaCl和DTPMP-Na_7的水通量分别为13.7和9.68 L/(m~2·h),后者达到前者的70.4%;但反向渗透通量分别为3.10和1.75 g/(m~2·h),后者低于前者,且DTPMP-Na_7的盐水比最低,仅为0.181 g/L.渗透压相同时,DTPMP-Na_7、PASP和NaCl的水通量相近,尤其在低渗透压范围内(2 Osmol/kg),但DTPMP-Na_7反向渗透通量和盐水比总体情况最佳,尤其在高渗透压范围内(2 Osmol/kg),甚至优于NaCl.这说明DTPMP-Na_7更加适宜构建汲取液不需再生的正渗透过程,以制备循环冷却水系统补充水.     

三醋酸纤维素正渗透膜用于大豆低聚糖浓缩的研究

<正>渗透(FO)过程是近些年发展起来的一种新型渗透驱动膜分离过程,它具有低能耗、高分离、低膜污染、常温常压下运行等优点,使其在诸多领域,特别在浓缩领域中有着很好的应用前景.通过相转化法制备三醋酸纤维素(CTA)正渗透膜,采用此正渗透膜对大豆低聚糖进行了浓缩,并研究了浓缩过程中膜的污染及清洗.结果表明,所制备CTA正渗透膜以去离子水为原料液,0.1mol/L NaCl为汲取液时的水通量为13.6L/(m2·h),对NaCl的截留率为94%~99%.在用于浓缩大豆低聚糖的过程中,累计浓缩150min,膜水通量由12.0L/(m2·h)降低到5.9L/(m2·h),总可溶物从1.0°Brix上升到8.0°Brix.在浓缩过程中正渗透膜表现出污染轻,易清洗等优点.     

膜厚度对CTA正渗透平板膜性能的影响

利用三醋酸纤维素(CTA)为膜材料,采用非溶剂诱导相转化(NIPS)法制备了不同厚度的CTA平板正渗透(FO)膜,研究了膜厚度对CTA平板FO膜性能的影响.结果表明,随着CTA FO平板膜厚度增加,膜水通量盐通量降低,截留升高.当CTA平板FO膜膜厚度为50μm时,NaCl截留高达77.74%,压力延迟渗透(PRO)模式下的水通量为12.15LMH.30μm的膜孔隙率最大为74.13%,结构参数(S)最小为421μm.     

浓差极化超滤浓缩生物大分子溶液

提出一种利用浓差极化原理超滤浓缩生物大分子溶液的新型膜过程,即用自行设计的浓缩液汲取装置,抽提出浓差极化层内的浓溶液.以牛血清蛋白(BSA)为模型大分子,考查了汲取速率、透过通量对浓缩液浓度的影响,提出了动态平衡时浓缩液浓度的计算公式,并发展了一种可获得较高浓度浓缩液的周期性短时间歇汲取工艺,同时将新型膜浓缩过程与常规超滤浓缩进行了对比.结果表明,浓缩液浓度随汲取速率减小而增大,高通量不利于高浓度浓缩液的汲取;动态平衡时浓缩液浓度的计算值与测定值吻合良好;采用周期性短时间歇汲取工艺浓缩液浓度可达34.9 g/L,为原料液浓度的69.8倍;与常规超滤浓缩相比,该浓缩过程膜污染显著减轻,可实现连续操作.     

内部热能回收式多效膜蒸馏用于海水淡化及浓盐水深度浓缩

利用自制的具有高效内部热量回收功能的多效膜蒸馏组件对不同浓度的氯化钠水溶液进行浓缩研究.考察进料温度、浓度、流速对膜通量、造水比和脱盐率的影响.实验结果表明,料液加热温度T3升高时膜通量和造水比随之明显增加,而脱盐率保持不变;料液流速增加使膜通量增加,而造水比随之降低,脱盐率几乎不受影响;随着料液浓度的增加,膜的通量和造水比逐渐降低,脱盐率略微减小但影响很小.当料液中氯化钠浓度较低时,该过程的最大膜通量为6.8L/(m2·h),造水比为12.5;当料液中氯化钠浓度大于15％时,膜通量为5.2 L/(m2·h),造水比为6.2,脱盐率可达99.99％.实验结果表明,多效膜蒸馏技术可有效应用于海水淡化及常规海水淡化过程,例如反渗透和多效蒸发过程所副产浓盐水的深度浓缩和淡水生产.     

正渗透膜对印染废水中铬的处理特性

利用水通道蛋白正渗透(FO)膜对含铬模拟废水和印染废水进行处理,分别研究了汲取液浓度和原料液pH对FO膜的水通量、盐返混通量及重金属铬截留效果的影响.结果表明,汲取液浓度对通量影响显著,处理模拟废水时,当氯化钠浓度从0.5 mol/L增加到2.0 mol/L时,膜的水通量从9.7 L/(m~2·h)增加到16.9 L/(m~2·h),盐返混通量从4.35 g/(m~2·h)增加到7.65 g/(m~2·h).而在处理印染实际废水的时候,膜的水通量从6.5 L/(m~2·h)增加到13.3 L/(m~2·h),截留率随汲取液浓度的增加而减小;另外随原料液pH的不断提高,对重金属铬的截留率也不断提高,在模拟废水的pH从3.0增加到11.0的过程中,对铬的截留率从98.8%增加到了99.7%,而对印染实际废水的处理中铬的截留率均高于99.5%,此外随着氯化钠浓度的提高,铬的截留率有所下降.这些数据可为FO应用于印染废水和重金属处理提供一定的参考.     

基于支撑层表面孔结构重构法的正渗透膜的制备与性能研究

支撑层孔隙率是影响复合正渗透膜(TFC FO)水通量的重要因素之一.本研究采用了一种表面孔结构重构法对支撑层进行改性,以调控支撑层的孔隙率,进而提高正渗透膜的水通量.探究了重构剂中溶剂种类(N,N-二甲基甲酰胺(DMF),N,N-二甲基乙酰胺(DMAc),N-甲基吡咯烷酮(NMP))和非溶剂种类(水,乙醇,异丙醇)对FO膜水通量的影响.结果表明,当DMAc为溶剂,水为非溶剂时,制备的FO膜具有较高的水通量.在此基础上,重点研究了重构剂中溶剂与非溶剂的体积比(DMAc/水)以及重构剂与支撑层接触时间对支撑层孔隙率以及FO膜水通量的影响规律.结果表明,随着DMAc/水体积比的增大或接触时间的增加,支撑层孔隙率以及FO膜水通量均表现出先增加后减少的规律;且在DMAc/水体积比为30/70,接触时间为3 s时,支撑层孔隙率达到最大值,制备的FO膜具有最高的水通量.以1 mol/L NaCl为汲取液,去离子水为原料液,膜的活性层朝向原料液(AL-FS)模式下,改性FO膜水通量J_w可达20.06 L/(m~2·h),相比于无改性FO膜增加了50%.     

正渗透膜生物反应器与反渗透耦合系统的运行性能研究

针对目前正渗透膜生物反应器(OMBR)存在的汲取液回收和盐分积累的问题,借助反渗透(RO)膜的高效截留性能和微滤(MF)膜允许溶解性盐透过的特性,构建了新型的MFOMBR-RO组合系统.结果表明,由于MF的引入,OMBR中的盐度稳定在1.95~2.43mS/cm,盐分积累得到缓解.采用RO膜与FO膜进行耦合,可以将稀释后的汲取液电导率从33mS/cm浓缩至45mS/cm,同步实现汲取液的回收和水的回用.MF-OMBR-RO系统能够有效去除有机物、氮和磷等污染物,其中RO出水可以作为高品质水进行回用,而MF出水能够满足城市杂用水的要求.与三醋酸纤维素(CTA)和聚酰胺(TFC)材质的FO膜相比,水通道蛋白FO膜的运行通量略低,但是其生物污染较轻.     

正渗透技术在水处理和能源开发中的研究进展

<正>渗透技术是采用选择性渗透膜两侧渗透压差作为驱动力的一种膜分离过程.由于具有低能耗、低膜污染、高回收率等优势,正渗透技术近年得到了广泛的关注.介绍了正渗透技术的过程及特征,对正渗透技术的海水淡化、污水处理和能源开发方面进行了综述,在此基础上,对正渗透技术面临的挑战进行分析.今后,正渗透的膜制备方面应当注重解决由膜引起的内浓差极化、汲取液反向渗透等问题;汲取液配制和选择应关注能减小内浓差极化的汲取液.     

基膜结构对聚酰胺TFC膜正渗透性能的影响

对于正渗透过程来说,膜的结构参数是衡量内浓差极化的重要指标.本文首先研究了基底对相转化法制备的基膜结构和性能的影响,并进一步研究了基膜结构对聚酰胺TFC膜正渗透性能的影响.结果表明,基底的亲水性和多孔结构分别是影响基膜结构的两个重要因素,其中多孔基底在提高基膜底面开孔率和增大膜断面指状孔结构和贯通性方面影响更大;分别以1mol/L的NaCl溶液和去离子水作为汲取液和原料液时,在多孔基底所制备的基膜上形成的复合膜的正渗透水通量可达到38.6L/(m~2·h),反向盐通量为8.0g/(m~2·h),相比于传统以玻璃板为基底所形成的复合膜,膜的结构参数从386.0μm下降到172.5μm.     

聚砜基复合正渗透膜的结构设计与性能表征

采用连续制膜技术制备聚酯(PET)筛网增强型聚砜(PSf)基膜,并通过两次刮涂的方法获取单皮层基膜,通过在基膜表面界面聚合制备复合正渗透(FO)膜.PET筛网的引入使基膜内部大孔贯通性变差,孔隙率和纯水通量降低,另一方面,却大大增强了基膜强度,并使其更具韧性.基膜引入PET筛网,所得复合膜正渗透过程中的内浓差极化程度有所增大,由于单皮层基膜底面较为疏松,且PET筛网局部裸露出来形成界面大孔,故所得复合膜传质阻力降低,以2mol/L的NaCl溶液为汲取液,其正渗透水通量比双皮层基膜复合膜高50%左右.本文提出一种提高正渗透膜性能的新型方法,即通过结构设计获取单皮层的基膜,不仅能够提高复合膜水通量,还能减少膜脱水现象的发生.     

膜过程中防渗膜污染强化渗透通量技术进展：（Ⅰ）操作策略

介绍了膜过程中防澡浓差极化和膜污染，进而提高渗透通量的操作策略，包手控制初始渗透通量，反向放置微孔膜，利用高分子液的流变学特性及脉动流操作和鼓泡操作等。     

气隙式膜蒸馏法浓缩氢氧化钠溶液的实验研究

利用能量回收气隙式膜蒸馏组件浓缩氢氧化钠溶液,研究了进料温度、流速、浓度对膜通量、造水比和截留率的影响.结果表明,膜通量和造水比随着进料温度T_3升高而增大,随着进料浓度的增加而减小;料液流量增加时膜通量增大,造水比降低.当料液浓度为110g/L,进料温度T_1为40.0℃,T_3为95.0℃、流量为15L/h时,膜通量为6.3kg/(m~2·h),造水比为5.1,截留率可达99.9%.     

海水淡化浓盐水真空膜蒸馏研究

采用PVDF中空纤维膜及PTFE微孔平板膜组件对反渗透海水淡化浓盐水的真空膜蒸馏过程进行了研究.连续运行的结果表明:温度是影响海水淡化浓盐水膜蒸馏过程的关键因素,对膜通量影响较大.在真空侧压力为2 kPa,浓盐水流量为24 L/h时,进料侧浓盐水温度为346.35 K时,PVDF中空纤维膜组件的膜蒸馏通量为13.26 kg/(m2.h).而在真空侧压力为2 kPa,浓盐水流量为120 L/h,进料侧浓盐水温度为340.15 K时,PTFE平板膜组件的膜蒸馏通量为24.8 kg/(m2.h).研究表明膜蒸馏技术处理海水淡化浓盐水具有广阔的应用前景.     

PVA-PAA/PTFE复合膜的制备及其在膜蒸馏中浓缩垃圾渗滤液的性能

膜蒸馏(MD)技术由于受浓差极化影响小,有望在浓盐水的深度浓缩中发挥作用,但在实际运行过程中会面临膜污染和润湿的问题.本研究采用旋涂法在商用疏水性聚四氟乙烯(PTFE)膜上涂覆一层亲水性皮层,制备了一种Janus复合膜.该皮层由聚乙烯醇(PVA)和聚丙烯酸(PAA)通过高温脱水缩合而成,在热水中性质稳定,具有较强的耐污染能力.Janus复合膜具有不对称的润湿性,PTFE膜表面呈疏水性,空气中水接触角为144.3°;涂层在空气中亲水,水接触角为59.1°,水下憎油.采用Janus复合膜,以含500 mg/L腐殖酸(HA)、14.7 mmol/L硫酸钙(CaSO₄)以及各自添加氯化钠(NaCl)的溶液作为进料液,进行直接接触式膜蒸馏(DCMD)测试.浓缩不含NaCl的HA溶液以及含有NaCl的HA溶液时,两种膜的通量相差不多,复合膜通量分别为16.2 kg/(m²·h)和15.5 kg/(m²·h).浓缩1.9倍CaSO₄溶液时,PTFE膜的通量为14.9 kg/(m²·h),复合...     

无机盐体系卷式纳滤膜真实截留率的求取方法

在表征纳滤膜分离性能时通常采用真实截留率(R),然而R不能直接测定,一般借助传质系数通过浓差极化模型求得,因实验条件的差别导致文献报道的计算传质系数的经验方程各异,对卷式膜的有效性也难以确定.文章基于浓差极化理论模型和卷式膜元件的流道结构,结合NF90-2540型卷式纳滤膜元件对NaCl溶液的纳滤实验结果,建立了膜真实截留率的计算公式,为卷式纳滤膜R的求取提供了一种直接方法.同时,实验和分析结果表明,浓差极化程度主要受渗透通量和料液在流道中平均流速的影响:流速较低时,浓差极化程度随渗透通量增加也明显增加,表观截留率(Robs)与R相差明显;随着流速增加,浓差极化程度下降,当流速达到0.2 m/s以上时,渗透通量对浓差极化的影响较小,Robs与R可不超过1%.