正渗透过程中水与溶质的传递现象

正渗透是一种利用渗透原理的新兴膜技术,近年来在国内外受到了广泛的关注。解析该过程中溶剂水的传递和驱动溶质的反向传递对其发展和应用至为关键。首先开展了两种膜的取向下,正渗透过程中的水通量和溶质反向摩尔通量的实验研究。当驱动溶液在膜分离层侧时,水通量更高,而溶质反向摩尔通量更低,表明水的传递对溶质的反向传递有限制作用。而后分别考察了不同的单一溶质和二元混合溶质作为驱动溶质时,水和溶质的传递现象。当单一中性溶质或电解质作为驱动溶质时,水通量和溶质反向摩尔通量均随驱动溶液浓度的升高而增大;在相同操作条件下,驱动溶质的扩散系数越小,溶质反向摩尔通量越小;中性溶质与电解质混合溶液为驱动溶液时,溶质分子之间存在耦合传递效应。     

正渗透汲取液的研究进展

综述了汲取液的研究现状,介绍了无机盐、聚合电解质、磁性纳米颗粒、智能凝胶等汲取液的性能,以及汲取液特性对正渗透工艺的影响,并对汲取液的研究前景进行了展望。     

正渗透膜生物反应器运行过程中溶质反渗对微生物群落的影响

以氯化钠为驱动溶质,采用正渗透膜生物反应器(forward osmosis membrane bioreactor, FOMBR)处理生活污水,考察其在运行过程中溶质反渗对系统内微生物群落造成的影响。稳定运行状态下的第7、14、20天的混合液污泥样品分别称为A1、A2、A3,并对微生物群落物种丰度、群落结构、聚类等进行了分析。结果表明：正渗透膜生物反应器运行20 d内水通量从9.5 L/(m²·h)下降到8.17 L/(m²·h),反向盐通量从29.52 g/(m²·h)增加到35.06 g/(m²·h)。整个运行过程中溶质反渗对微生物群落结构的变化有着一定的影响,3个样品共产生1496个OTUs,各样品间共享的OTUs不尽相同;溶质反渗对3种样品的微生物群落多样性、菌群丰度等影响较小。PCA分析中A2和A3两个样品距离更近,组成更相似,热图聚类分析再次验证A2与A3相似性更高;3个样品斜率较小且非常接近,并且A1和A3两个样品所含物种的丰富程度和均匀程度几乎一样;3个样品的活性污泥群落结构在门、纲、目分类水平上均具有较高的多样性,各分类水平上的菌群丰度存在一定的差异。     

正渗透膜净水试验研究

研究了正渗透(FO)过程中水通量和驱动溶质扩散规律,并以奎宁和腐殖酸作为模型有机物,研究FO膜对有机物的截留性能。结果表明,FO水通量与驱动液含量正相关,但由于内部浓差极化的影响并不呈正比例;温度越高所产生的水通量也越大,在温度11～36℃时水通量从4 L/(m2.h)上升至10 L/(m.h)。驱动溶质的反扩散量随运行时间的延长线性增加,由于唐南效应Na+的反扩散量大于2价阳离子。FO膜对奎宁和腐殖酸均有较好的截留效果。     

操作条件对正渗透分离性能的影响

正渗透是以渗透压差为驱动力的新型膜分离过程。采用水流分布较佳的膜池结构,研究了膜朝向、流动方式对正渗透水通量性能的影响,结果表明PRO模式（当膜的活性层朝向驱动液时）的水通量明显高于FO模式（当膜的活性层朝向原料液时）,但其衰减程度较大;在溶液浓度差相同的条件下,逆流操作更利于水通量的提高。针对FO模式和逆流条件,探讨了溶液温度对水通量和反向盐通量的影响,结果表明：膜两侧溶液温度同步升高时,正渗透过程的水通量和反向盐通量均增加,且水通量的增加幅度大于反向盐通量;单侧增加溶液的温度时,驱动液侧温度升高对水通量性能的提升效果优于原料液侧。综合考虑过程能耗和系统性能,认为单独升高驱动液温度更具实用价值。     

正渗透过程中水和离子在碳纳米管中的传递行为研究

利用分子动力学模拟探究了在不同尺寸单壁纳米碳管(例如:CNT(6,6)、CNT(7,7)、CNT(8,8)、CNT(9,9)、CNT(10,10)、CNT(11,11)等)所构筑的正渗透膜中,以不同浓度氯化钠溶液(例如:2.5、3.75、5 mol·L-1等)作为汲取液时,水和离子的正向和反向传递行为。模拟得到水通量随时间的演变情况以及汲取液中离子在纳米碳管膜中的正向和反向运动轨迹等。模拟结果表明,随着纳米碳管直径的增加,水通量随时间的变化趋势主要与管径以及水分子在管中的扩散速率有关,而汲取液中离子的反向传递则取决于膜两侧的浓度差以及离子在管口处所面对的能垒。     

正渗透原理及分离传质过程浅析

正渗透是一种新兴的膜分离技术,因其低能耗、抗污染、对污染物截留能力广等的潜力,在脱盐、废水处理、农业和电力等领域的应用前景备受瞩目。本文介绍了正渗透概念和原理,通过正渗透传递过程的现象学模型,对浓差极差极化与质量传递的关系作出分析,提出了强化正渗透传质过程的一些建议。     

正渗透木片的制备及应急水袋应用

木材是自然界中广泛分布、生产成本低、可生物降解的结构材料,它内部分布着众多的孔结构,是一种天然分离材料,在水处理方面具有潜在的开发与应用价值。通过利用水和盐在木片的导管孔结构中不同方向的扩散差异,设计了一种新兴的正渗透木片。研究了不同汲取液浓度、木片厚度、木片孔结构对水通量、反向盐通量等正渗透性能的影响规律。结果表明,随着汲取液浓度的增大、木片厚度的减小,正渗透木片的水通量和反向盐通量均随之增大。其中L-木片的FO效果远远优于R和Z方向的木片,可用于短时间内、低流速下运行的FO膜。选择合适的正渗透木片结构将获得较大的水通量和较低的反向盐通量,有望应用于一种快速高效、生物可降解的应急水袋。     

正渗透膜过程中临界通量的影响因素

临界通量是膜过程中一种重要的污染特性指标.采用阶梯汲取液浓度递增法测定不同污染物、架桥离子浓度及膜面流速对正渗透(FO)膜过程临界通量的影响.结果表明,海藻酸钠(SA)、腐殖酸(HA)及二氧化硅(SiO2)污染时FO膜临界通量值分别为29.32,46.35和32.17 L/(m2·h);随 Ca2+浓度由0 mmol/...     

正渗透膜有机污染的实验研究

选择海藻酸钠、牛血清白蛋白和单宁酸作特征污染物,研究了错流过滤的正渗透膜系统处理水中有机物时,通量的变化和污染物在正渗透膜沉积的关系,在没有有机物的空白实验中,初始的水通量为8.42 L/(m2·h),所有的通量都除以初始通量来进行标准化。结果表明,不同污染物对通量的影响差别很大,海藻酸钠的加入极大地影响了通量的变化,然而牛血清白蛋白和单宁酸对通量的影响非常轻微。实验还通过扫描式电子显微镜和傅立叶红外光谱仪对污染后的正渗透膜进行了表征,在膜表面发现了大量的海藻酸钠,说明其引起的膜污染很严重,相比之下,牛血清白蛋白和单宁酸的污染却很不明显。同时对污染后的正渗透膜进行了洗脱,测量了洗脱液的总有机碳(TOC),结果相同。     

稀土浸出过程溶质传递的格子Boltzmann模拟

采用耦合传质的格子Boltzmann方法模拟风化壳淋积型稀土矿中稀土浸出的溶质传递过程,在验证模型有效性的前提下,获得了稀土矿填充孔隙中流体流动的速度分布和伴随流动过程的溶质浓度分布. 通过考察浸取流速对溶质传递过程的影响,得到最佳浸取流速,约为0.25~0.35 mm/s,使溶质传递效率最高. 浸取流速小于0.2 mm/s导致浸取周期过长、浸取剂消耗量大;浸取流速大于0.4 mm/s引起沟流,导致稀土不能有效地浸出. 此外,模拟所得传质舍伍德数Sh随雷诺数Re的变化关系与经验关系式吻合,表明提出的模型可用于预测稀土浸出过程的溶质传递规律.     

海水驱动不同正渗透膜分离性能对比研究

以天然海水作为正渗透汲取液,对比研究CTA-ES和TFC-ES正渗透膜在不同膜朝向和错流速度下的清水通量和截留污染物效果,结果表明,2种正渗透膜在不同膜朝向下通量变化趋势类似;错流速度对活性层朝向汲取液侧运行模式(PRO)运行影响较大,体积流量为2 L/min时,正渗透性能较稳定;相同操作条件下,TFC膜具有较高的纯水渗透性和盐排斥性,最高通量是CTA膜的1.6倍以上,特性反向溶质通量在0.5以下,更适用于脱盐过程;CTA膜的运行稳定性较好,对污染物的截留率在93%以上,截留效能要优于TFC膜。     

正渗透膜特征参数测试方法研究进展

纯水渗透系数、溶质渗透系数和结构参数是评价正渗透膜性能的三个关键特征参数,其通常采用实验测试和理论模型相结合的方法测得,但不同方法测得特征参数间的差异会影响其对正渗透膜性能的准确评价和膜结构与性能间关系的建立。针对上述问题,本文在归纳和总结近年来国内外相关研究的基础上,详细分析了正渗透膜特征参数测试方法和理论模型的特点及发展现状,比较了反渗透-正渗透法和正渗透法的优缺点和局限性。基于溶解扩散模型和浓差极化理论所建立的反渗透-正渗透法和正渗透法,其模型简单、便于计算,但其假设具有局限性,影响了方法的实施和结果的准确性。优化理论模型可提高正渗透膜特征参数测定的准确性,但新模型的稳定性和适用范围仍需验证。     

温敏磁性纳米颗粒正渗透汲取剂的制备及性能研究

开发了3种不同表面负电荷量的温敏磁性纳米颗粒NP1、NP2、NP3,并用作正渗透汲取剂。正渗透实验中三者均表现出良好的汲取性能,特别是NP3,平均产生8.77 L/(m~2·h)的水通量。通过高温条件下的磁回收,三者回收率均达到90%以上。此外,重复使用10次后,3种汲取剂性能未出现明显衰减。细胞毒性实验表明3种汲取剂均无细胞毒性,具有良好的生物相容性。     

正渗透过程中汲取质反向渗透研究进展

正渗透(FO)作为一种浓度驱动的膜技术,因其膜污染轻、能耗低和回收率高等优点而逐渐成为膜技术领域的研究热点之一。汲取质的反向渗透是正渗透过程中不可忽视的现象,但其研究相对比较滞后。本文主要介绍了汲取质反渗模型的研究进展,分析了渗透压差、膜表面流速、膜结构与膜材料、温度、汲取质种类、膜取向、离子水力半径等因素对汲取质反向渗透的影响情况,并发现汲取质的反向渗透通量可由其浓度或汲取液渗透压的一元多项式表达。总体而言,FO模式的汲取质反渗模型经过不断发展已相对比较完善,而压力阻尼渗透(PRO)模式的反渗模型则缺陷较大,有待进一步研究;此外,关于汲取质反渗过程影响因素及其影响机制的研究对于汲取质、膜材料的选择与开发,以及正渗透过程的优化均具有重要的指导作用,因此会引起越来越多的关注。     

正渗透过程中的分子动力学模拟研究

采用分子动力学模拟方法,利用Materials Studio 6.0软件模拟计算了H_2O、Na~+、Cl~-在正渗透膜内的扩散系数。同时模拟研究了三种不同环境温度、溶液浓度下,三种粒子在正渗透膜内扩散系数的变化规律。实验结论与模拟结果一致,即溶液浓度不变的情况下,扩散系数随着温度的升高而增大;环境温度不变的情况下,扩散系数随着溶液浓度的增大而减小。     

厌氧正渗透MBR处理市政废水的效果及盐积累特性

针对污水低能耗处理与资源化技术需求,搭建了有效容积为2.2 L的浸没式厌氧正渗透膜生物反应器(AnOMBR),在35℃条件下进行了为期8天的实验,考察AnOMBR对市政废水的处理效果以及盐积累的特性.结果 表明,由于膜污染和反应器中盐度的积累现象,水通量快速降低,在第6天FO膜通量由9.3 LMH降到2.14LMH.在...     

正渗透去除微塑料效能及其响应面法优化

试验选取PET塑料颗粒作为去除目标物,NaCl溶液为汲取液,分别考察正渗透膜通量变化及对PET颗粒的去除影响因素分析。结果表明：增大汲取液浓度、运行温度、膜面流速和PET粒径均能显著提高膜通量,且其总膜比通量也较大,但与膜通量衰减存在一定交互作用;试验周期内,在汲取液中未检测到PET颗粒,去除率可达100%。去除率分别由膜截留率及装置系统吸附率贡献,两者占比在各去除影响因素分析中有所变化,其中汲取液浓度、膜面流速和粒径对吸附率去除贡献比影响较大,而温度对其影响不显著,且相关性不强;最后用响应面法优化汲取液浓度、膜面流速和温度对总膜比通量的影响。回归模型分析表明三种影响因素影响程度为：1）在低膜面流速的条件下汲取液浓度>膜面流速>温度;2）在高膜面流速的条件下汲取液浓度>温度>膜面流速。优化方案模型的模拟预测值与实验测试值基本吻合。     

温度对正向渗透的影响机制与数值模拟

正向渗透(FO)是一种以溶液自身渗透压作为推动力的膜分离技术。温度对溶液、膜的性质以及溶液与膜之间的相互作用有很大影响,进而影响FO的水通量。利用数值模拟与试验研究了温度对FO性能的影响。结果表明,当膜两侧等温时,FO水通量随着温度的升高而增大;当膜两侧不等温时,原液(FS)一侧温度的影响比提取液(DS)一侧更大,主要是因为温度升高降低了溶液黏度,强化了过膜扩散过程,而温度对DS渗透压的影响不明显。在不同温度条件下,FO水通量和热通量随流量的增大而增大,主要是由于流速的增大压缩膜表面的流体边界层,强化了传质和传热过程。     

正渗透净水过程中三醋酸纤维素膜表面特性研究

以浓缩天然水作为模型污染物,研究了正渗透(FO)系统错流过滤水中有机物时,不同温度和错流速度下膜通量的变化;通过对被污染的膜进行接触角和红外光谱分析,考察污染物在FO膜的沉积规律以及对膜表面特性造成的影响。结果表明,温度越高以及错流速度越小,膜污染越强,膜通量下降越大。膜上污染物以亲水性物质为主,膜污染物降低了膜的接触角。污染物在波数为1 408 cm-1和871 cm-1处有强特征峰,说明天然水中氨基酸是膜可能的主要污染物。