节能型正向渗透膜技术介绍

正渗透学习报告王国庆理想的正渗透膜应具备如下特点•为了获得高的盐截留，同时避免渗透剂向原料液渗透，膜致密的活性层是非常重要的；•为了获得高通量，应当尽量缓解内浓差极化，膜应该很薄，同时支撑层的孔隙率要比较低；•膜材料的亲水性也比较重要，这有利于提高膜的水通量和耐污染能力；•膜应具备较高的机械强度，特别是在压力阻尼渗透膜过程中更需如此。正渗透过程的影响因素•正渗透膜及膜组件：室中主要是平板或管状膜。•汲取液（DrawSolution)浓度：在正渗透过程中，膜渗透侧的浓溶液是渗透过程推动力的根源。在应用中，当汲取液由于渗透作用被稀释时，应当选择适当的方法将汲取液重新浓缩到高浓度。氯化钠溶液由于它具有高的溶解度，可通过反渗透和蒸馏将其重新浓缩，但耗能较大。此外还应该考虑到汲取液透过渗透膜的扩散作用。汲取液的渗透压与料液的渗透压差越大，正渗透过程的膜通量也就越大。•料液浓度对正渗透过程的影响：正渗透的膜通量随料液浓度的增大而减小。这是由于随着氯化钠溶液浓度的增大，料液-N水的渗透压增大，造成了正渗透的推动力渗透压差的减小，从而使正渗透的膜通量减小。•温度：温度是一个非常重要的影响因素，不仅会影响膜通量，还会引起膜脱盐率的变化。随着温度的不断升高，膜通量随之升高，而脱盐率会减小，这是因为温度的升高，一方面加快了水在膜内的传质，另一方面，也会使溶液中离子的活性系数升高，使离子更容易的透过膜进入另一侧。•浓差极化现象：（1）在渗透压推动的正渗透过程中，当料液在膜的活化层表面流动时，随着水不断的通过渗透膜，溶质就会在上面不断积累，这就叫浓缩的外浓差极化。外浓差极化并不是正渗透水通量远低于预期的主要原因。（2）膜的活性层朝向料液时，水透过膜之后，在支撑层孔内的汲取液就会被稀释，这就叫做稀释的内浓差极化。内浓差极化是正渗透膜通量大幅下降的主要原因。•正渗透膜分离方法最重要的特点：低能耗，低污染，高回收率等，也就是使用较低的成本能够获得较大的经济效益和社会效益。•问题：膜内浓差极化带来的水通量低的问题，汲取液的选择、回收和分离的问题，其中对于如何减弱内浓差极化现象对正渗透过程的影响，目前最为行之有效的方法就是在保证一定脱盐率的情况下，制作一种非常薄的半透膜。•膜改性方法:利用离子液体处理反渗透膜，将膜表面致密的活性层“减薄，进而减小水传递过程中的阻力，提高反渗透膜的水通量。反渗透膜的分类•按驱动力可分为高压反渗透膜、低压反渗透膜和超低压反渗透膜；•按膜的形状分为平板膜、中空纤维膜和管式膜；•根据制模的方法可分为相转化膜和复合膜；•根据制模材料的不同，分为醋酸纤维素膜和芳香聚酰胺膜。•醋酸纤维素膜(CA膜)：化学稳定性差，易水解，膜性能衰减较快，操作压力高，但CA膜有一定的抗氧化性，膜表面光洁，不易发生结垢和污染。目前的醋酸纤维素膜，主要用于中水或污水处理领域。•目前芳香族聚酰胺反渗透膜有两种，一种是非对称膜，另一种是复合芳香族聚酰胺膜。非对称性的芳香族聚酰胺反渗透膜表层致密，皮下层呈梯度的疏松；复合芳香族聚酰胺膜具有化学稳定性较好、耐生物降解、操作压力低、脱盐率高、通量高等优点，但不耐氯及其他氧化剂，抗污染和抗结垢的性能也比较差。反渗透膜在正渗透过程中的应用•未处理的反渗透膜•处理后的R0膜•超薄R0膜不同的离子液体对反渗透膜的改性•离子液体的浓度对膜性能的影响:高浓度的离子液体，对膜通量的提高有较为明显的效果，离子液体的浓度应该在95％左右。•浸泡时间对膜性能的影响:反渗透膜经过离子液体的浸泡之后，膜通量是随着反渗透膜厚度的不断减小而增大的，随着膜处理时间的不断增加，反渗透膜的厚度也在不断的减小，因此通过控制不同的浸泡处理时间，可得到不同厚度的反渗透膜。•膜电位:膜电位越负，膜面抗胶体污染的能力就越强，表面所带负电荷越多，电荷排斥作用越强，天然有机物的沉积量越少而截流率越高，膜的抗污染能力越强。•膜表面接触角:测定，接触角越小，亲水性越好。废旧反渗透膜件的回收利用•目前，影响反渗透技术发展的一个重要原因是反渗透膜的污染问题，主要污染物有无机盐污垢(碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡、硫酸锶、氟化钙、硅化物等)、金属氧化物积垢(铁、锰、铝等金属之氢氧化物)、胶体积垢、悬浮固体物积垢、生物积垢、有机物积垢。当污染物沉积到一定的程度后，反渗透膜件只能成为废弃物。因此，如何将这些废旧的反渗透膜件，重新回收利用，成为今天水处理领域的一个非常重要的问题。离子液体及其在高分子聚合物中的应用•离子液体，是由特定的有机正离子和无机负离子构成的在室温或接近室温下呈液态的熔盐体系，因此，离子液体又称室温离子液体或室温熔盐。•特点：非挥发性，低熔点(可达约～1000C)，宽液程，强的静电场，宽的电化学窗口，良好的透光性与高折光率，高比热容，高热稳定性，选择性溶解力与可设计性。这些特点都使得离子液体成为兼有液体与固体功能特性的“固态液体(SolidLiquid)，或称为“液体”分子LiquidZeolite)。•分类：根据阳离子的不同，室温离子液体分为季铵盐类、季鳞盐类、咪唑类、吡啶类、噻吩类、三氮唑类、吡咯啉类等。•根据阴离子的不同，离子液体分为两大类：一类是组成可调的氯铝酸类离子液体，一类是组成固定，大多数对水和空气稳定的其它阴离子型离子液体，其阴离子包括BF4。、PF6。、TA。(CFCOO。)、HB’(C3F7COO‘)、TfO’(CF3S03’)、NfO。(C4F9S03-)、BeTi。((C2FsS02)N。)、SbF6‘、AsF6。、N03。、MeS04、C8H17804“等。•根据离子液体在水中溶解性的不同，分为亲水性和憎水性离子液体，前者如11[BMIM]BF4、[BMIM]C1、[EMIM]C1、[BPy]BF4等，后者如[BMIMIPF6“OMIM]PF6、[BMIM]SbF6等。渗透膜的表面改性•目前，反渗透膜是一种比较成熟并且已经商品化的半透膜，但反渗透膜本身也存在一些问题，比如说，膜的操作压力。反渗透膜的操作压力越低，反渗透装置中水泵的设计压力也就越低，进而能够减少投资成本，而且还降低了膜系统的电功率能耗,更能显示出膜技术的低能耗优势。降低工作压力的另一种方法就是，提高反渗透膜的通量。