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无机陶瓷分离膜的研究与应用Ⅲ――膜过滤机理简述
作者:管理员    发布于:2015-07-23 08:42:50    文字:【】【】【

  膜分离技术是种新型的分离技术,同时也是种相对简单且耗能低的分离工艺。它的迅速发展始于本世纪十年代成功地研制出了有机高分子反渗透膜。实现了海水和苦咸水的淡化和应用以后。随后六十年代出现了超滤膜。首先在电子工业中制取了高纯水,由此激起了近几十年来膜分离技术的蓬勃发展。新型膜材新的膜结构控制技术与新型过滤方式的结合已成为化工生物。医药食品饮料和环境工程等领域要求高精度高难度和高效率分离需要的新兴分离技术。目前,分离过程按所分离微粒的大小分为普通过滤微滤超滤或钠滤和反渗透,按过滤方式可分为死端过滤削1班衫和十字流过滤。

  目前,动态膜研宄大多是用有机膜过滤蛋白质等大分子物料,对无机膜研宄少,对超滤研宄较多,对微滤研宄就更少,几乎不涉及反渗透。静态过滤是一种传统过滤方式。对陶瓷膜来说,其过滤是基合集吸咐面过滤拦截和深层过滤结合,对液固,气固系统的过滤与分离来讲。其过滤机理主要是惯性冲撞扩散和截留。

  孔道流体中的杂质颗粒由于惯性与孔道壁接触而被捕捉。惯性冲撞的过滤效果与杂质颗粒直径成正比。与流速及流体粘度成反比,扩散杂质颗粒由于布朗运动离开流线与孔内壁接触而被捕捉或吸咐。扩散捕捉与流速及流体粘度成反比。截留杂质颗粒由于比多孔体径大而被拦截在面。截留只与杂质颗粒大小有关。而与流体粘度和流速无关。

  当流体流经多孔体时,大于过滤器孔径颗粒被截留在面形成滤饼层;小于孔径的颗粒由于惯性和受布朗运动的影响而离开流线与孔壁接触被捕捉或卡在孔的颈部。大部分杂质颗粒被截留或沉积在孔内。由于多孔体孔道迂回曲折,加溶质在多孔体面形成的滤饼层及惯性冲撞与布朗运动的影响,与其本身孔径相比,其过滤精度是指过滤介质能够滤除流体中小杂质颗粒的粒径大单位是非常高的口可截留的小固体杂质颗粒比多孔体孔径小得多。一般来说,对液体介质,其能过滤掉的杂质颗粒大小约为多孔介质孔径的1,对气体介质。由于布朗运动比液体剧烈。扩散捕捉作用增大。在静态过滤中。过滤速率扣单位时间内流体介质通过多孔体的量单位可用下式滤器显气孔率。

  动态膜过滤又称十字流过滤,十字流过滤作为种新型固液分离过滤方法,与传统静态过滤相比。在切向剪切流的作用下。具有较高的过滤速度和过滤周期长的优势,但相应过滤机理也更为复杂。十字流过滤的原理是使原料液从很高的流速平行流过膜面在膜的微滤中,以限制溶质向膜面的沉聚;同时还有助于强化膜面己沉积的溶质向主体流扩散,从而有效地削弱浓差极化。实现高速连续过滤操作。

  在早期的超滤研宄中,基于大分子稀溶液的超滤。近几十年来,河北压滤机逐渐形成了描述超滤过程的个基本模型凝胶极化模型。渗透压模型和阻力模型。

  在超滤中易出现浓差极化,对大分子溶质。当膜面浓度,上升至某数值时。就会引起在膜面上的沉积。于是发生凝胶极化现象。为边界层大分子溶质的凝胶浓度。此模型能够较准确地说明大分子溶液在稳态时的超滤性能;但此模型缺陷是模型中没有明确出膜孔径与吸咐等膜本身性能对过滤速率的影响。而是将其隐入传质系数,凝胶层浓度不易直接测量,传质系数计算虽有多种半经验公式。但适用范围小;不适用描述胶体溶液的超滤特性,只适用于稳定状态的超滤速率的描述。

  在高浓度的超滤中,浓差极化明显,使得膜面浓度比主体流浓度心和滤液浓度高得多。因此,渗透压不可忽视。滤膜两侧的有效传质推动力会因渗透压差的存在而降低。渗透压模型的超滤速度似乎比用凝胶极化模型解释更为合理。凝胶极化模型更适宜。渗透压模型在理论上是很有的,它考虑到了膜两侧化学位不同造成的渗透压对过滤推动力的影响,把操作压力与推动力分开;同时,原则上它适于求解任时刻的过滤速度。不仅适于稳定阶段。也适用于衰减阶段。但其应用还存在些困难。如膜两侧溶剂渗透压差的求取困难只随操作时间而变化,并非纯膜阻力。

  上述个基本理论模型分别从不同角度对超滤现象进行了探讨;但由于其本身理论的局限性,均没有从理论上真正找出过滤速率的决定因素,特别是没有考虑溶液浓度对溶质特性的影响,溶质特性对过滤速率的影响以及溶质溶剂与膜相互作用等基本的因素,所以均不能准确预测各种膜超滤性能。它们应用都建立在实验数据拟合基础上,以系数弥补其缺陷,仅仅考虑数值上的联系,未能从理论上论证,且适用范围较窄。

  浓差极化微滤模型是以超滤中的浓差极化模型为基础溶剂的渗透速度的差异,溶质和微粒在膜面边界层内形线与主体流中浓度差,即产生浓差极化现象。在这种体系中,过滤渗流将微粒曳向膜面上的传质速率与由浓度梯度引起的反向扩散速率相平衡,保持了膜面的浓差极化层稳定状态。中国陶瓷工业化为时江以层流条件下解得沿膜面流的平均传质系数为流剪切,其中扩故系数采用尬仙关系式为点研究了固相颗粒的影响,认为剪切诱导扩散机理是预测过滤速率吻合性好的模型。同时指出其存在的偏差主要是固相颗粒与膜材间的相互作用引起的,反涛透半透膜只能透过水,它的两侧分别有稀溶液如淡水与浓溶液如海水。稀溶液中的水透过半透膜传递到浓溶液中。这种现象称为渗透现象,水不断地渗透,直到浓溶液的液位自动停止而达到平衡状态为止。两溶液的液柱差是施加在膜上的压力,称为渗透压。

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