納濾膜的離子選擇性研究
納濾(nanofiltration，簡稱NF)膜是一種特殊而又很有前途的分離膜品種，因能截留物質(zhì)的大小約為1納米而得名。納濾的操作區(qū)間介于超濾和反滲透之間，通常納濾分離需要的跨膜壓差為0．5～2．0MPa，比反滲透達(dá)到同樣的滲透通量所需施加的壓差低0．5～3．0MPa。對溶質(zhì)的電荷選擇性是納濾膜最主要的性能之一，這一特性使納濾膜在水的軟化、凈化和食品、染料、藥物脫鹽等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。商品納濾膜大多數(shù)荷負(fù)電，相關(guān)的研究較多；荷正電的納濾膜較少，故其相關(guān)的研究也鮮見報道’、為考查荷正電膜的電荷選擇特點(diǎn)，本文用自制的荷正電納濾膜對不同種類的無機(jī)鹽溶液進(jìn)行截留實(shí)驗，研究荷正電納濾膜對陰、陽離子的選擇特點(diǎn)，對研究納濾膜分離機(jī)理、開發(fā)荷正電膜的適用領(lǐng)域具有一定意義。
1實(shí)驗部分
1．1實(shí)驗材料與設(shè)備
實(shí)驗所用材料有：聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(PDM)/聚砜(PSF)中空纖維內(nèi)壓納濾膜，實(shí)驗室自制；無機(jī)鹽，分析純．
實(shí)驗儀器有：電導(dǎo)率儀，MC226型，瑞士梅特勒一托利多儀器公司產(chǎn)品；納濾膜評價儀，自制，見圖1。
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1．2實(shí)驗步驟
1．2．1無機(jī)鹽電導(dǎo)率一濃度的標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制
將無機(jī)鹽在110oC下干燥24h去除所含的水分和結(jié)晶水，準(zhǔn)確稱量無機(jī)鹽2．000g溶于1000mL容量瓶中．分別吸取75、50、25和10mL溶液置于100mL容量瓶中，用純水稀釋至刻度，配制成質(zhì)量濃度為1．5、1．0．0．5和0．2g/L的無機(jī)鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液。分別取標(biāo)準(zhǔn)溶液3mL置于干凈的試管中，用MC226型電導(dǎo)率儀讀取電導(dǎo)率值，繪制各無機(jī)鹽的電導(dǎo)率一濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線。
1．2．2納濾實(shí)驗
配制濃度為0．017moL/L的單組分無機(jī)鹽水溶液作為測試溶液。實(shí)驗中納濾系統(tǒng)溫度恒定為25攝氏度上下0.2攝氏度，操作壓力為0．7MPa。每次測試前預(yù)壓0．5h后開始取樣，用納濾膜對無機(jī)鹽的截留率表征納濾膜的離子選擇性．每組實(shí)驗選用同一支膜組件，不同組的實(shí)驗由于組件的個體差異，對同一無機(jī)鹽的截留率可能略有不同，如實(shí)驗中用到的NaC1、KC1等．納濾膜對無機(jī)鹽的截留率為：
R=(1一Cp/C0)×100%
式中，Cp和Co分別為透過液和原液中無機(jī)鹽的濃度，用電導(dǎo)率值表征。
2結(jié)果與討論
2．1對陰離子的選擇性
2．1．1陽離子為Na時的截留情況
表1為納濾膜對不同陰離子的鈉鹽的截留情況。
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從表1可以看出，納濾膜對NaC1的截留率最小，而對NaOH的截留率最高；另外，納濾膜對復(fù)合離子的截留率較高；但是，陰離子的電荷數(shù)對截留率的影響似乎較小。PDM/PsF復(fù)合膜的功能層為交聯(lián)的PDM網(wǎng)絡(luò)，含有一定量未反應(yīng)的叔氨基，叔氨基在水溶液中水解成季氨基，從而使膜表面帶正電．由于荷正電的表面對陰離子存在吸引力，復(fù)合陰離子在正電膜表面的吸附層較厚，離子穿越膜的功能層時阻力更大，因而納濾膜對復(fù)合陰離子的截留率較高．在堿性條件下，季氨基被中和形成季銨鹽(NROH一)，靜電排斥力的減小使功能層收縮致密化，因而傳輸阻力增加，所以對OH一的截留率最高。
2．1．2陽離子為K時的截留情況
分別用納濾膜對KC1、KBr和KI的水溶液進(jìn)行截留實(shí)驗，實(shí)驗結(jié)果見表2。
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3結(jié)論
由以上實(shí)驗可知，荷正電的PDM/PSF中空纖維內(nèi)壓納濾膜對不同離子的選擇性規(guī)律如下：
(1)離子的價態(tài)對無機(jī)鹽的截留率有影響。其中，陰離子的價態(tài)對截留率的影響較小，而陽離子的價態(tài)對截留率的影響較大，納濾膜對二價(和三價)陽離子的截留率高于對一價陽離子的截留率。很多有害離子在水中都存在二價或高價形態(tài)(如Mg2+、Ni2+、Cu2+、Mn2+、Cd2+、Fe2+等)，利用納濾膜這種分離特性可以有效將他們從水體中去除。
(2)PDM/PSF中空纖維內(nèi)壓納濾膜對復(fù)合離子的截留率較高。
(3)離子的截留率與香農(nóng)半徑有一定的關(guān)系．陰離子的截留率與香農(nóng)半徑的變化規(guī)律相同，而陽離子的截留率與香農(nóng)半徑的變化規(guī)律相反。
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