预处理方式对纳滤膜在甲醇中的分离性能的影响

【作者】 赵彦彦； 袁其朋； 杨晓进；

【机构】 北京化工大学生命科学与技术学院； 新南威尔士大学(UNESCO)膜科学与技术中心；

【摘要】 纳滤是膜分离技术的新兴领域,该过程介于超滤和反渗透之间,具有操作压力低、过程无需加热、无相变化等优点.传统的分离及有机溶剂回收通常通过蒸馏来实现,将纳滤应用于有机相中就能避免因使用蒸馏而导致的过程能耗高、热敏物质易失活或降解等缺点,因此,纳滤分离技术在有机体系中的研究和应用得到越来越广泛的关注,有机相中纳滤膜的稳定性、通量和截留性能等也成为目前纳滤技术的研究重点.虽为同种纳滤膜,但不同的研究所得的相关数据差别较大,如对于常用的纳滤膜MPF50,Yang采用50%乙醇/水对膜预处理,在20℃30 MPa下测得膜的甲醇通量为28 L/(m~2·h);Whu采用0.1%的偏亚硫酸氢钠和10%的甘油水溶液预处理膜,在同样的条件下测得的甲醇通量为38 L/(m~2·h);而Machado先用乙醇浸泡,然后用丙酮渗透,在同样条件下测得甲醇的通量为175 L/(m~2·h).膜的预处理方式可能是导致这一差异的重要原因.目前尚无统一的预处理方式,有关预处理方式对有机体系中纳滤膜的性能影响研究未有报道.预处理方式对纳滤膜性能的影响未得到研究者的足够重视.在已报道的研究中,多数研究者未提及实验过程中对膜采取的预处理方式.已报道的预处理方式多是将膜置于水、有机溶剂或有机溶剂混合物中浸泡过夜.本文以甲醇为溶剂,结晶紫为溶质,选用目前较为常用的三种不同材质的纳滤膜Desal-DK,Starmem122和MPF-50,并根据不同纳滤膜的耐溶剂性能选取了不同的预处理方式.通过研究膜的通量和截留性能发现,预处理方式对甲醇中膜的通量和截留率具有显著的影响.对聚酰胺材质的Desal-DK膜,与含水有机溶剂浸泡的膜相比,纯有机溶剂浸泡使膜的稳定通量和溶质截留率大大降低.纯溶剂通量的衰减系数,也称压密系数,可反映膜的压密程度.50%乙醇水溶液、甲醇、乙醇浸泡的膜的通量衰减系数依次为0.227、0.345、0.423,即三种预处理方式下的Desal-DK膜在同一压力下的压密程度依次增大,结果表明纯溶剂的浸泡使膜结构变疏松,更容易被压密.对于聚酰亚胺材质的Starmem122膜,与含水有机溶剂浸泡的膜相比,纯溶剂浸泡同样使膜的通量和截留率大大降低;但甲苯浸泡的膜通量和截留率变化相对较小,与Desal-DK膜相似,甲醇浸泡均使膜对溶质的截留率发生了显著的降低;对于聚二甲基硅氧烷(PDMS)材质的MPF-50膜的研究结果表明,预处理方式对膜的通量和截留性能也具有较大的影响.所不同的是,纯有机溶剂预处理的膜的溶质截留率均高于含水有机溶剂混合物预处理的膜.以上结果表明:有机体系的纳滤过程中预处理对膜的纳滤性能的影响不容忽视.更多还原