中空纖維超濾膜分離聚乙二醇條件的研究

第30卷第4期山西化工Vol.30 No.42010年8月SHANXI CHEMICAL INDUSTRYAug. 2010，科研與開(kāi)發(fā)，中空纖維超濾膜分離聚乙二醇條件的研究李冰，張廣(太原工業(yè)學(xué)院化學(xué)與化工系,山西太原030008)摘要:采用截留相對分子質(zhì)量為6 000的中空纖維超濾膜,對不同相對分子質(zhì)量的聚乙二醇( PEG)溶液進(jìn)行了截留實(shí)驗。討論了超濾對不同相對分子質(zhì)量聚乙二醇的去除效果,研究了過(guò)濾時(shí)間、操作壓力及料液質(zhì)量濃度對聚乙二醇去除效果的影響。最佳分離條件為:操作壓力0. 05 MP ,PEG相對分子質(zhì)量20 000 ,料液質(zhì)量濃度100 mg/L,過(guò)濾時(shí)間5 min。關(guān)鍵詞:中空纖維超濾膜;超濾技術(shù);聚乙二醇;截留率中圖分類(lèi)號:TQ028.8文獻標識碼:A文章編號:1004-7050(2010)04-0017-04抗氧化性和抗氯化性都+分優(yōu)良的聚砜川;流量范引言圍,10 L/h~ 50 Lh;操作壓力, <0.2 MPa;適用溫超濾( UF)技術(shù)是- -種能夠將溶液進(jìn)行凈化、分度,5C~30 C;膜面積,0.5 m';pH=1~14;磁力離或者濃縮的膜法分離技術(shù),廣泛應用于能源、環(huán)泵;電壓,380 V ,50 H;精濾器濾芯,材質(zhì)為聚砜,精保、電子、醫藥、食品等領(lǐng)域。與常規分離方法相比，度5 μum~10 μm。超濾技術(shù)具有能耗低、效率高、過(guò)程簡(jiǎn)單、不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn),是解決當代能源、資源和環(huán)境問(wèn)題的重要F10技術(shù)"之一。超濾技術(shù)對相對分子質(zhì)量較大的有F8機物的去除效果較好”。合適的操作參數可以提F11年$F12高膜和整個(gè)系統的使用性能和壽命。本文用中空纖維超濾膜對3種不同相對分子質(zhì)量的聚乙二醇溶液進(jìn)行了截留實(shí)驗,考察了超濾技術(shù)對不同相對分子質(zhì)量聚乙二醇的去除效果。通過(guò)改變料液質(zhì)量濃度操作壓力、過(guò)濾時(shí)間等條件,研究了超濾技術(shù)對去精濾器名F4除聚乙二醇效果的影響,從而得到優(yōu)化的操作條件。山江H1實(shí)驗部分⑦-愿料液超健液濃縮液1.1 實(shí)驗裝置8F18F2 .$F3本實(shí)驗裝置采用天津大學(xué)基礎化工實(shí)驗中心研P旦73制的中空纖維超濾膜分離裝置,工藝流程如圖1。組F1、F2、F3- C1、C2、C3 的排液閥;F4- -C1的人口閥;F5、件技術(shù)指標為:截留相對分子質(zhì)量,6000;膜材料,F6-膜組件1和2的人口閥;F7-排液閥;F8- -流量調節閥;F9、F10-膜組件1和2的出口閥;F11- -超濾液取樣閥;收稿日期:2010-05-19F12-中國煤化工壓力表;L一轉子流作者簡(jiǎn)介:李冰,女,1963 年出生,200年畢業(yè)于中北大學(xué),工程量計;師,從事化工實(shí)驗教學(xué)和科研工作。MHCNMHG18.山西化工2010年8月1.2實(shí)驗水樣和試劑度以上,然后密閉系統,避免保護液損失。超濾實(shí)驗水樣采用不同相對分子質(zhì)量的化學(xué)純2結果與討論PEG加去離子水配制而成,相對分子質(zhì)量分別為10 000、12 000、20 000。PEG濃度分析方法的分析2.1超濾對不 同相對分子質(zhì)量PEC的去除效果測試條件:碘用量1.0 mL,氯化鋇用量1.2 mL,顯色用超濾膜處理相對分子質(zhì)量分別為10 000、時(shí)間控制在1200s~1400gh4。由此得出標準曲12 000和20 000的PEC溶液,溶液質(zhì)量濃度為線(xiàn)圖,如圖2、圖3和圖4。100mg/L,在相同的操作壓力和過(guò)濾時(shí)間下過(guò)濾。根據測得(的超濾液的吸光度,從圖2、圖3和圖4讀0.8y=0.069 6x+0.157 1出相應質(zhì)量濃度,或根據線(xiàn)性方程求得其質(zhì)量濃度,再根據質(zhì)量濃度計算出濃度,利用式(1)求出截留0.4相對分子質(zhì)量10 000率R。相對分子質(zhì)量分別為10 000、12 000和0.2-20 000的PEG的截留率如表1所示。ρ (PEC) /mg.LrR=Co=Cex 100%(1)圍2 PEC 質(zhì)濃度-吸光度標準曲線(xiàn)式中:co- -原料液的濃度 , kmol/m' ;cp一透過(guò)液的濃度 , kmol/m'。y=0.079 4x+0.055 6表1實(shí)驗數據記錄表PEG相對超濾液質(zhì)量相對分子質(zhì)量12 000分子質(zhì)量超濾液吸光度濃度/mg.L-1截留率/%10 0000. 94111.2788.7346g-0212 0000.6637.6592. 35. p (PEC) /mg.L-I20 0000.4314.9895.02圖3 PEG質(zhì)濃度-吸光度標準曲線(xiàn)由表1可知，該超濾膜裝置對相對分子質(zhì)量為20 000 PEG的截留效果最好,宜對該相對分子質(zhì)量y=0.080 B8x+0.028 9的聚乙二醇進(jìn)行過(guò)濾。但并非相對分子質(zhì)量越大截留率越高。由于本實(shí)驗只采用了3種相對分子質(zhì)量相對分子質(zhì)量20 000的聚乙二醇進(jìn)行測試,因此并不能全面地反映相對分子質(zhì)量大小對截留效果的影響。圖5是超濾對不o10T12p (PEC) /mg.L1同相對分子質(zhì)量PEC的去除率曲線(xiàn)。團4 PEC 質(zhì)濃度-吸光度標準曲線(xiàn)毋截留相對分子質(zhì)最10000 ■1.3實(shí)驗方法實(shí)驗前,先放出超濾膜組件中的保護液,然后用去離子水清洗膜2次~3次,放凈清洗液。配制好聚乙二醇溶液,將其置于原料液儲槽內,啟動(dòng)離心泵,并打開(kāi)泵進(jìn)口閥及出口閥原料液進(jìn)口10FK閥、超濾液出口閥和濃縮液出口閥。此時(shí),整個(gè)超濾2600 4000 60000 8 000 1000 12 0004 0000008 0000000單元回路暢通。調節泵出口閥,控制料液流量,保證PEC相對分子質(zhì)量膜組件在正常壓力下工作,并在流量穩定時(shí)取樣分團5超濾對不同相對分子質(zhì)量 PEC 的去除率析。改變PEG相對分子質(zhì)量、操作壓力、料液質(zhì)量由圖5可知,截留相對分子質(zhì)量為10000的超濃度及過(guò)濾時(shí)間進(jìn)行對比實(shí)驗。濾膜對PEC4000和PEC10000的去除率先升高后降實(shí)驗結束后,將超濾組件中的聚乙二醇溶液放低。中國煤化工F超濾膜的截留相凈,用自來(lái)水代替原料液，在較大流量下運轉對分率又逐漸升高;截0.HCNMH(怎膜對PEG4000和20 min,清洗組件中殘余聚乙二醇溶液。之后,加入留相x小 。質(zhì)重內山保護液(質(zhì)量分數1%的甲醛水溶液)至組件1/2高PEC2000 的去除率先升高后降低?？梢?jiàn),超濾對有2010年8月李冰等,中空纖維超濾膜分離聚乙二醇條件的研究●19機物的去除機理不僅僅是簡(jiǎn)單的篩分作用,而且是96.00機械篩分和吸附等共同作用的結果[5)。果95.002.2 過(guò)濾時(shí)間對PEC去除效果的影響。 94.00在恒壓條件下對質(zhì)量濃度為100 mg/L的.量93.00PEG20000溶液進(jìn)行超濾操作,在不同時(shí)段進(jìn)行取樣92.006 0.020.04 0.06 0.08 0.10分析,結果如表2所示。超濾時(shí)間與截留率之間的操作壓力1MPa關(guān)系如圖6。圈7操作壓力對截留率的影響表2不同過(guò)濾時(shí)間下 PEG的截留率壓力的增加而下降得比較明顯;當操作壓力大于-一定值時(shí),截留率的下降幅度趨于平緩。這是因為,操時(shí)間/min超濾液吸光度超濾液質(zhì)量。截留率/%濃度/mg.L-'作壓力過(guò)低,則過(guò)濾通量太低;但操作壓力過(guò)大,物0.4795.5794.43料在膜表面迅速沉積,加速濃差極化現象,形成凝膠0. 4665.4194. 59層。故過(guò)大的操作壓力,只能使凝膠層的厚度增加，0.4425.1194. 89傳質(zhì)阻力增加,從而使過(guò)濾通量的增加變緩,直至趨0.4314.9895.02 .0.4395.0894.92于平穩。因此,在實(shí)際應用超濾膜時(shí),不能盲目地提0.4495.2094. 80高操作壓力,應選擇-一個(gè)最佳的操作壓力。本實(shí)驗0.4635.3794.63操作壓力取居中為宜,在截留效果較好的情況下,應0.4695.4594.55選擇操作壓力為0. 05 MPa。00. 4865.66.94. 342.4料液質(zhì)量濃度對 PEG去除效果的影響95.50p配制不同質(zhì)量濃度的PEG20000溶液,控制膜典95.00組件的操作壓力為0. 05 MPa,用超濾膜分別對不同質(zhì)量濃度的溶液進(jìn)行分離,得出超濾在不同料液質(zhì)架94.50-量濃度下對PEC的截留率,結果如表4所示。料液質(zhì)量依度對截留率的影響如圖8。94.0之↓-古81表4不同料液質(zhì)濃度下PEC的截留率時(shí)間1 min原料液質(zhì)量濃度/超濾液超濾液質(zhì)量團6超濾時(shí)間與截留睪之間的關(guān)系mg.L-'吸光度濃度/mg. L-截留率/% .由圖6可知,本套膜分離裝置在過(guò)濾5 min后.20.6137.2792.73取樣進(jìn)行分析測試為宜。400.5546.5493. 46.2.3 操作壓力對PEG去除效果的影響6(0.5176.08.93.92用中空纖維超濾膜對質(zhì)量濃度為100mg/L的0.4995.8594. 151000.4615.3894.62PEG20000進(jìn)行分離,調節進(jìn)水壓力,在相同時(shí)間、不1200. 4505.2594.75同操作壓力下得出超濾對PEG的截留率,結果如0.4455. 1994.81表3所示。圖7為操作壓力對截留率的影響。1600.4405.1394.8不同操作壓力下PEG的截留率95.00操作壓力/MPa超濾液吸光度超濾液質(zhì)量94.50濃度/mg.L9 94.00-0.020. 3874.4795.5393.50-0.030.4134.7995.2193.000.045.190.050.4975.8394. 1792.505 5150 2000.060.5556.5593.45原料液質(zhì)量依度mg.L-'0.070.5796.84.93.16圖8_料液質(zhì)濃度對PEC去除效果的影響0.080.6037.1492. 86中國煤化工增加,超濾對PEG0.09的去HCNMH G度小于100 mg/L從圖7中可以看出,隨著(zhù)操作壓力的增加,PEG時(shí),超濾對PEC的截留率隨質(zhì)量濃度的增加上升得的截留率下降。當操作壓力較小時(shí),截留率隨操作較快;當PEG質(zhì)量濃度大于100 mg/L時(shí),截留率的●20.山西化工2010年8月.上升幅度減小,逐漸趨于穩定。- -般而言,物料大分參考文獻:子溶質(zhì)的濃度越大,則黏度越大,擴散系數越大,膜面的濃差極化和凝膠層易于形成,膜污染程度越嚴[1]劉長(cháng)茹應用中空纖維超濾膜分離純化甘露醇[J].齊重。但在實(shí)際工藝生產(chǎn)過(guò)程中,如果濃度過(guò)低,將會(huì )魯漁業(yè),2005 ,2();31-33.增加超濾的能耗和成本[0)。綜合考慮,本實(shí)驗超濾[2] Lindau J. Adsorptive fouling of modified and unmodifiedcommercial polymeric ultrailtration membranes[J]. Jour-的最佳質(zhì)量濃度宜控制在100 mg/L。在此條件下,nal of Membrane Science, 1999 ,160:65-67.膜分離綜合效果較好。[3]楊曉波. 用于污水處理的中空纖維膜研制與應用[D].3結論上海:東華大學(xué),2005.[4]劉海霞 ,張浩勤.分光光度法測定不同分子量聚乙二超濾對不同相對分子質(zhì)量PEG具有一定的截醇濃度[J].河南化工,2004(5) :63-73.留率。對于同一種超濾膜,超濾對不同相對分子質(zhì)[5] 劉繼全,方建慧,劉 達.超濾去除水溶液中驟乙二醇量的PEG的去除效果不同。過(guò)濾時(shí)間操作壓力、的研究[J].過(guò)濾與分離,2006,16(2) :9.料液濃度、超濾膜的截留相對分子質(zhì)量對PEG的去[6]Alsaly Qusay Fadhel, Xu Zhenliang, Yang Xiaotian.除效果均有影響。通過(guò)實(shí)驗得出,適宜的過(guò)濾條件Separation performance of horizontal and vertical polyethersulfone hollow fber UF modules [J]. Joumnal of為:操作壓力0. 05 MPa、PEC相對分子質(zhì)量20000、Shanghai University : English Edition,2006, 10(2) :173-質(zhì)量濃度100 mg/L,過(guò)濾時(shí)間5 min。按照所得出178.的合適操作條件進(jìn)行膜分離實(shí)驗,能有效地減輕組件的污染,延長(cháng)組件的工作壽命。Separation conditions of ultrafiltration membrane on PEGL Bing, ZHANG Guang(Department of Chenistry and Chemdcal Engineering, Talyuan Insttute of Technology , Talyuan Shanxd 030008, China)Abstract:In thiecarried out. The renoval eftet of ultrafiltration membrane on different molecular weights PEC was discussed; the influences of opera-tion conditions on the removal efeet of PEG were investigated, such s flter timne, operation presure and feed concentration. The opti-mal conditions are obained: operation pressure is 0.05 MP, PEC molecular weight is 2000, PEC concentration is 100 m/L and fil-ter time is 5 minutes.Key wordsulrafilration membrane; ulraflration tchnology ; polyethylene glycol; rejection rate密友環(huán)保智能型流化床氣流超微粉碎裝置獲發(fā)明專(zhuān)利我國氣流超微粉碎新技術(shù)的開(kāi)拓者、中國科學(xué)院上海高等研究院科技成果轉化示范企業(yè)、江蘇省高新技術(shù)企業(yè)一密 友集團有限公司,創(chuàng )新采用成熟的氣流粉碎技術(shù)、混合技術(shù)以及智能控制技術(shù),并將這3種新技術(shù)有機地結合,研發(fā)出環(huán)保型氣流粉碎混合系統,以滿(mǎn)足各行業(yè)粉劑多品種混合粉碎和再混合的特殊工藝要求。同時(shí),通過(guò)特殊設計達到生產(chǎn)“過(guò)程無(wú)粉塵飛揚，滿(mǎn)足了環(huán)保要求。日前,這一新產(chǎn)品“無(wú)粉塵外溢環(huán)保智能型流化床氣流超微粉碎裝置"獲得了中國發(fā)明專(zhuān)利(專(zhuān)利號:ZL 200710021696. 6,授權公告號:CN100558466C)。中國煤化工(吳宏富)MHCNMHG