膜蒸馏脱盐过程膜润湿的研究进展

膜蒸馏（MD）适合在偏远地区小规模制备淡水,有脱盐率高、接近常压操作、可利用太阳能等优势。但MD膜润湿影响了装置的运行稳定性,是制约MD脱盐应用的重要因素之一。本文介绍了MD膜润湿的评价方法,包括测定透水压力、临界膜孔润湿深度及可视化在线监测膜润湿进程等;简述了膜污染、MD操作变量、膜蒸馏形式及不同结垢晶体各因素对膜润湿的影响;从防垢和强化通量、掌握合适的膜清洗周期、物理干预及提升MD膜性能等方面分析了抑制膜润湿的措施;并分析了一些脱盐实验时间较长的MD膜润湿情况;指出具有自清洁性的光催化膜及防垢性能更强的双疏膜和Janus膜,具有抑制MD膜润湿的巨大潜力。本文有助于对脱盐过程中MD膜润湿的预测和有效控制。     

膜蒸馏脱盐中膜污染与膜润湿的研究进展

膜蒸馏作为一种脱盐的新兴技术受到广泛关注。然而,因为实际水质组分复杂,可能含有如表面活性剂、油类物质、易结垢盐和有机溶剂等污染物,导致一般疏水膜在长时间运行情况下极易发生膜污染或者膜润湿,最终造成膜通量或截留性能降低。本文首先简述了不同种类的膜污染和膜润湿的特点及形成原因,并分析了膜污染和膜润湿之间的区别和联系。对膜蒸馏过程中膜污染和膜润湿的监测和预测手段进行了简要介绍,最后针对膜蒸馏脱盐过程,重点介绍了近几年国内外预防膜污染和膜润湿的研究进展。研究者一般从污染物与疏水膜的相互作用力着手对疏水膜进行表面改性制备全疏膜和Janus复合膜,避免污染物在膜面的吸附以及抑制表面或孔道润湿。越来越多的研究人员采用致密亲水膜的渗透汽化脱盐来从根本上避免疏水膜带来的润湿。除此之外,对进料液进行预处理也能显著延迟膜的污染和润湿,如混凝/沉淀、膜过滤、煮沸、pH调控等,还可通过改变进料方式、辅助外加磁场等措施控制膜表面局部区域的流体力学状态,减少污染物的附着。适当的膜后处理措施也能恢复膜性能。最后,文章指出了解决膜蒸馏中膜污染和膜润湿的研究方向。     

膜蒸馏用疏水性微孔膜研究进展

从膜蒸馏传质传热方面分析了疏水性微孔膜的最佳性能参数,叙述了近年来适用于膜蒸馏过程的膜材料、制备方法以及超疏水改性方法,分析了不同构型的膜组件优缺点、膜组件内部结构对膜蒸馏性能的影响和一些新膜组件设计形式,介绍了膜蒸馏过程中的难点:膜污染和膜润湿;分析了膜污染和膜润湿的类型和原因和膜污染和膜润湿检测方法,并归纳了常见的预防和恢复措施,探讨了膜蒸馏技术的应用前景和研究发展方向,主要有膜蒸馏过程中膜污染和润湿机理的研究、抗污染润湿膜的开发及其工业化应用、膜蒸馏商用膜组件的设计及优化等。     

典型污染物对膜蒸馏过程膜污染的影响

选取腐殖酸、卵清蛋白、硅溶胶、碳酸钙等作为实际水体中典型污染物配制原水,以实验室自制的聚偏氟乙烯中空纤维膜对配制的污染物原水进行膜蒸馏试验。通过监测通量的衰减及产水侧水质的变化考察不同污染物及污染物复配体系对膜蒸馏性能的影响。结果表明,膜蒸馏操作初期,有机质、胶体等在钙离子的作用下形成污染物聚集,加速过程通量的衰减并沉积在膜材料表面。对于有机类污染物,钙离子通过与有机类污染物分子上的官能团相互作用,络合有机质从而形成污染物聚集体;对于胶体类污染物,钙离子通过削弱两胶体粒子间的排斥作用促成胶体粒子的聚合,形成胶体类污染物聚集体,而钙离子并不构成胶体类污染物聚集体的化学组成。     

腐殖酸聚集体对膜蒸馏过程膜污染的作用机理

膜污染是膜蒸馏过程应用于工业水处理中遇到的主要问题之一。选取水体中具有代表性的有机物（腐殖酸）、微溶无机盐（碳酸钙）作为典型污染物,研究有机腐殖酸聚集体对于膜蒸馏过程膜污染进程的影响规律,探讨天然有机物-无机微溶盐混合水体中腐殖酸聚集体对于无机盐结晶过程的控制机理。结果表明：膜蒸馏通量的衰减大致可分为由滤饼层的形成造成的不可恢复部分以及由浓差极化、膜孔“半润湿”而造成的可部分恢复的通量降低。Ca²⁺通过加速腐殖酸分子的聚集过程,使表面负电性降低的腐殖酸聚集体率先吸附在聚偏氟乙烯中空纤维膜内表面,形成有机基质污染层;碳酸钙在有机腐殖酸聚集体的诱导下在膜内表面异相成核,最终成长为稳定的晶体。腐殖酸聚集体为无机盐晶体在疏水性膜内表面的生长提供了异相成核的基础。可通过控制污染水体中有机物的含量控制微溶碳酸钙在膜内表面成核及生长,实现控制其在膜内表面附着进而诱发疏水膜发生亲水化的过程。     

膜蒸馏膜浸润与污染控制研究进展

膜蒸馏是一种新兴的热驱动膜分离过程,其能利用低品位热能处理高含盐废水,故在水处理领域具有良好的发展前景.目前,限制膜蒸馏长期稳定运行的主要瓶颈是膜浸润与膜污染问题.本文简述了膜浸润与污染成因,从料液预处理、功能膜开发、操作条件优化、膜清洗与干燥等方面总结了近年来在控制膜浸润与污染方面取得的研究进展,重点介绍了新型功能膜...     

十二烷基硫酸钠对膜蒸馏过程影响

膜蒸馏具有较低的操作压力、操作温度以及运行成本等优点,因此在水处理方面有广泛的应用前景。但是膜蒸馏过程中的膜润湿和膜污染现象仍然是阻碍其工业化应用的主要问题。表面活性剂作为一种能显著降低溶液表面张力、改变进料液性质的物质,对膜蒸馏造成的影响值得被研究。基于此,研究了在直接接触式膜蒸馏(DCMD)过程中表面活性剂对不同商业微孔疏水膜造成的影响,选用了一种常见的阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)进行实验。结果表明,进料液中SDS浓度的上升会引起更为严重的膜润湿现象,并且所使用的三种商业膜中,双疏膜抗润湿性最强,而PVDF膜最弱。而当Ca~(2+)大量存在于进料液中时,Ca~(2+)与SDS的聚集降低了膜润湿的程度但其在膜表面的沉积造成了严重的膜污染。界面相互作用自由能的计算结果表明Ca~(2+)/SDS与PVDF膜之间的吸引力最大、PTFE膜其次、双疏膜最小,这一结果与膜蒸馏过程中通量变化情况相符。     

低温膜蒸馏及其过程模拟

采用聚丙烯中空纤维膜对纯水介质膜蒸馏、冷侧盐水循环有温差膜蒸馏及等温渗透膜蒸馏进行了实验研究,建立了描述膜蒸馏过程的传质及传热数学模型,以实验数据为基础对模型中的参数进行了回归并对数学模型进行了计算机数值求解,计算结果与实验数据吻合较好     

絮凝-超滤集成预处理对反渗透浓水膜蒸馏过程的影响

采用聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维疏水膜,利用减压膜蒸馏(VMD)技术,对天津某钢铁厂反渗透(RO)处理后的浓水进行深度浓缩处理,研究了一次絮凝-超滤集成、二次絮凝-超滤集成、分步二次絮凝-超滤集成等预处理方法对RO浓水COD的去除效果,及其对膜蒸馏性能及膜清洗效果的影响,并采用扫描电镜(SEM)和X射线能谱仪(EDS)分析膜表面形貌及污染物组成。结果表明,聚合氯化铝(PAC)絮凝-超滤预处理及PAC絮凝-超滤后再进行阴离子型聚丙烯酸钠(PAAS)二次絮凝-超滤预处理对RO浓水COD的去除效果均能达到40%。在预处理对VMD浓缩过程性能影响的试验研究中表明,经过一次絮凝-超滤集成预处理后,VMD浓缩过程中通量有所提高。浓缩至7～8倍时,较预处理前,通量衰减率降低20%以上。经过PAC絮凝-超滤预处理的RO浓水进行VMD浓缩到约8倍时再进行PAAS二次絮凝-超滤处理后,通量能够提高10%。经过预处理后的废水VMD浓缩过程膜清洗通量恢复效果较无预处理废水好。     

流动注射分光光度法测定环境水样中的十二烷基硫酸钠

基于孔雀绿与十二烷基硫酸钠(SDS)反应形成稳定的缔合物,建立了测定SDS的流动注射分光光度法。实验表明,SDS在0~2.4 mg/L,质量浓度ρ与缔合物峰高h呈良好的线性关系,线性回归方程为:h(mV)=18.783ρ(mg/L) 1.919 2;对0.5 mg/L SDS标准溶液连续进样9次进行测定,相对标准偏差1.3%,精密度良好,方法的检出限(3σ)为0.006 5 mg/L;应用该法测定环境水样中SDS,回收率97.5%~101%。     

十二烷基硫酸钠对铁电沉积行为的影响

为了解铁的电结晶机理及润湿剂十二烷基硫酸钠(SDS)对铁电沉积阴极过程的影响,采用线性扫描伏安法、单电位阶跃计时电流法、交流阻抗谱等手段对由200 g/L Fe SO4·7H2O、20 g/L H3BO3、50 g/L Mn Cl2和30 g/L配位剂组成的基础镀液和含0.2 g/L SDS的镀铁溶液中铁在玻碳电极上的电沉积行为进行了对比研究。结果表明,润湿剂的加入使铁电沉积的阴极极化增强。不管镀液中是否含有润湿剂,铁在玻碳电极上的电结晶都遵循三维瞬时成核理论,且在含有润湿剂的镀液中的结晶过程与理论模型有着更好的吻合程度。润湿剂的加入使反应物离子的扩散受阻,电荷传递电阻增大。这些变化可能与SDS在镀层表面的吸附和对表面张力的影响有关。     

Vibrational spectroscopic study of distribution of sodium dodecyl sulfate in latex films

The migration of the surfactant sodium dodecyl sulfate (SDS) to the film-air (F-A) and film-substrate (F-S) interfaces during coalescence of a latex of methyl methacrylate and ethyl acrylate functionalized with methacrylic acid was monitored by IR and ATR-FTIR spectroscopic techniques. Both F-A and F-S interfaces showed surfactant enrichment, revealing a nearly parabolic distribution of surfactant throughout the film.     

Kinetics of glycine oxidation by N-bromophthalimide in the presence of sodium dodecyl sulfate

The kinetics of oxidation of glycine by N-bromophthalimide (NBP) were studied in the presence of an anionic surfactant, sodium dodecyl sulfate, in acidic medium at 308 K. The rate of reaction was found to have first-order dependence on [NBP] and fractional-order dependence on [glycine] and [H⁺]. The addition of reduced product of the oxidant had no significant effect on the rate of reaction. Increasing [Hg(OAc)₂] and [Br⁻] increased the rate of reaction, whereas a change in ionic strength (μ) of the medium had no effect on oxidation velocity. The rate of reaction decreased with a decrease in dielectric constant of the medium. HCN was identified as the main oxidation product of the reactions. The various activation parameters have been computed. A suitable mechanism consistent with the experimental findings has been proposed. The index of cooperativity and the micelle binding constant have been calculated.     

High-performance desalination of high-salinity reverse osmosis brine by direct contact membrane distillation using superhydrophobic membranes

In this study, the direct contact membrane distillation (DCMD) with a superhydrophobic membrane (SM-DCMD) herein was designed and applied to desalinate RO brine, showing excellent performance in desalinating high salinity. The superhydrophobic membrane with good resistance to pore wetting and fouling was prepared by coating silica nanospheres onto a porous glass fiber substrate and subsequent fluorination. It maintained a stable flux (31.27 LMH at feed temperate of 80°C) and outstanding salt rejection (~100%) even in the presence of natural organic matter (NOM, a typical organic foulant) and sodium dodecyl sulfate (SDS, a typical wetting agent with low surface tension). During handling practical reverse osmosis brine, such SM-DCMD system presented excellent performances in terms of a stable flux of 23.70 LMH and salt rejection efficiency of >99% over 24 h continuous operations. The relevant COD and color removal efficiency kept a constant value of 100%. These overall findings indicate that the SM-DCMD is a hopeful candidate for desalinating practical RO brine with high performance.     

糖基双子阳离子表面活性剂与十二烷基硫酸钠复配性能研究

测定了糖基双子阳离子表面活性剂(SGCS)与十二烷基硫酸钠(K_(12))复配体系的稳定性和表面性能。由实验结果可知,在宽的复配范围内不同碳链长度的SGCS与K_(12)均有良好的复配稳定性;C_(14)-SGCS/K_(12)复配体系表现出明显的协同增效作用,当n(C_(14)-SGCS)∶n(K_(12))为3∶5时复配溶液临界胶束浓度(cmc)、cmc时的表面张力(γ_(cmc))和降低表面张力的效率(pc_(20))分别为1.1×10~(-5) mol/L、23.69 mN/m和5.48,均明显优于C_(14)-SGCS和K_(12)自身的表面性能。     

十二烷基硫酸钠/正丁醇/正庚烷/水微乳液性质研究

25℃时,绘制十二烷基硫酸钠(SDS)/正丁醇/正庚烷/水体系在不同R值(水和SDS的摩尔比)时的相图,得出该体系能形成W/O微乳液的配比为:正丁醇的质量分数在25%~60%,正庚烷的质量分数在0~80%。该体系在室温下能够形成较大范围的W/O单相微乳液区,R值对微乳区的面积和所在的位置无太大的影响。采用电导率曲线讨论了加水稀释过程中,体系由W/O型→双连续型→棒状液晶→层状液晶→双连续型→O/W型的微观结构转变。采用稀释法求得其W/O型微乳液体系的结构参数,结果表明:体系的水内核半径Rw在讨论的范围内随VH2O、R值的增加而增大。含水量增加,自由能-ΔGcO→i降低,对微乳液体系的稳定不利;含水量越低,越有利于微乳液的形成和稳定。     

Interaction of main‐chain polycations with sodium dodecyl sulfate

The interaction of the main‐chain polycations 2,2‐ionene (I_2,2) and 3,3‐ionene (I_3,3) with sodium dodecyl sulfate (SDS) has been investigated in aqueous solution. It was confirmed that the interaction is cooperative and a stoichiometric 1:1 complex of I_2,2–SDS or I_3,3–SDS with regular structure forms as a precipitate irrespective of the molar ratio of the components. It is completely different from the interaction of side‐chain polycations such as the poly[(vinyl pyridine)‐co‐styrene] copolymer cation (PVSC) with SDS, in which no cooperative effect was observed. The driving force responsible for the cooperative effect is believed to be the hydrophobic attraction between the SDS molecule already linked on the ionene chain and the next SDS molecule to be entered. It was also confirmed that the structures of the complexes are very different, ie the ionene–SDS complexes exhibit high regularity whereas the PVSC–SDS complex is irregular. © 2001 Society of Chemical Industry