中空纤维超滤膜分离聚乙二醇条件的研究

第30卷第4期山西化工Vol.30 No.42010年8月SHANXI CHEMICAL INDUSTRYAug. 2010，科研与开发，中空纤维超滤膜分离聚乙二醇条件的研究李冰，张广(太原工业学院化学与化工系,山西太原030008)摘要:采用截留相对分子质量为6 000的中空纤维超滤膜,对不同相对分子质量的聚乙二醇( PEG)溶液进行了截留实验。讨论了超滤对不同相对分子质量聚乙二醇的去除效果,研究了过滤时间、操作压力及料液质量浓度对聚乙二醇去除效果的影响。最佳分离条件为:操作压力0. 05 MP ,PEG相对分子质量20 000 ,料液质量浓度100 mg/L,过滤时间5 min。关键词:中空纤维超滤膜;超滤技术;聚乙二醇;截留率中图分类号:TQ028.8文献标识码:A文章编号:1004-7050(2010)04-0017-04抗氧化性和抗氯化性都+分优良的聚砜川;流量范引言围,10 L/h~ 50 Lh;操作压力, <0.2 MPa;适用温超滤( UF)技术是- -种能够将溶液进行净化、分度,5C~30 C;膜面积,0.5 m';pH=1~14;磁力离或者浓缩的膜法分离技术,广泛应用于能源、环泵;电压,380 V ,50 H;精滤器滤芯,材质为聚砜,精保、电子、医药、食品等领域。与常规分离方法相比，度5 μum~10 μm。超滤技术具有能耗低、效率高、过程简单、不污染环境等优点,是解决当代能源、资源和环境问题的重要F10技术"之一。超滤技术对相对分子质量较大的有F8机物的去除效果较好”。合适的操作参数可以提F11年$F12高膜和整个系统的使用性能和寿命。本文用中空纤维超滤膜对3种不同相对分子质量的聚乙二醇溶液进行了截留实验,考察了超滤技术对不同相对分子质量聚乙二醇的去除效果。通过改变料液质量浓度操作压力、过滤时间等条件,研究了超滤技术对去精滤器名F4除聚乙二醇效果的影响,从而得到优化的操作条件。山江H1实验部分⑦-愿料液超健液浓缩液1.1 实验装置8F18F2 .$F3本实验装置采用天津大学基础化工实验中心研P旦73制的中空纤维超滤膜分离装置,工艺流程如图1。组F1、F2、F3- C1、C2、C3 的排液阀;F4- -C1的人口阀;F5、件技术指标为:截留相对分子质量,6000;膜材料,F6-膜组件1和2的人口阀;F7-排液阀;F8- -流量调节阀;F9、F10-膜组件1和2的出口阀;F11- -超滤液取样阀;收稿日期:2010-05-19F12-中国煤化工压力表;L一转子流作者简介:李冰,女,1963 年出生,200年毕业于中北大学,工程量计;师,从事化工实验教学和科研工作。MHCNMHG18.山西化工2010年8月1.2实验水样和试剂度以上,然后密闭系统,避免保护液损失。超滤实验水样采用不同相对分子质量的化学纯2结果与讨论PEG加去离子水配制而成,相对分子质量分别为10 000、12 000、20 000。PEG浓度分析方法的分析2.1超滤对不 同相对分子质量PEC的去除效果测试条件:碘用量1.0 mL,氯化钡用量1.2 mL,显色用超滤膜处理相对分子质量分别为10 000、时间控制在1200s~1400gh4。由此得出标准曲12 000和20 000的PEC溶液,溶液质量浓度为线图,如图2、图3和图4。100mg/L,在相同的操作压力和过滤时间下过滤。根据测得(的超滤液的吸光度,从图2、图3和图4读0.8y=0.069 6x+0.157 1出相应质量浓度,或根据线性方程求得其质量浓度,再根据质量浓度计算出浓度,利用式(1)求出截留0.4相对分子质量10 000率R。相对分子质量分别为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)围2 PEC 质浓度-吸光度标准曲线式中:co- -原料液的浓度 , kmol/m' ;cp一透过液的浓度 , kmol/m'。y=0.079 4x+0.055 6表1实验数据记录表PEG相对超滤液质量相对分子质量12 000分子质量超滤液吸光度浓度/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图3 PEG质浓度-吸光度标准曲线由表1可知，该超滤膜装置对相对分子质量为20 000 PEG的截留效果最好,宜对该相对分子质量y=0.080 B8x+0.028 9的聚乙二醇进行过滤。但并非相对分子质量越大截留率越高。由于本实验只采用了3种相对分子质量相对分子质量20 000的聚乙二醇进行测试,因此并不能全面地反映相对分子质量大小对截留效果的影响。图5是超滤对不o10T12p (PEC) /mg.L1同相对分子质量PEC的去除率曲线。團4 PEC 质浓度-吸光度标准曲线毋截留相对分子质最10000 ■1.3实验方法实验前,先放出超滤膜组件中的保护液,然后用去离子水清洗膜2次~3次,放净清洗液。配制好聚乙二醇溶液,将其置于原料液储槽内,启动离心泵,并打开泵进口阀及出口阀原料液进口10FK阀、超滤液出口阀和浓缩液出口阀。此时,整个超滤2600 4000 60000 8 000 1000 12 0004 0000008 0000000单元回路畅通。调节泵出口阀,控制料液流量,保证PEC相对分子质量膜组件在正常压力下工作,并在流量稳定时取样分團5超滤对不同相对分子质量 PEC 的去除率析。改变PEG相对分子质量、操作压力、料液质量由图5可知,截留相对分子质量为10000的超浓度及过滤时间进行对比实验。滤膜对PEC4000和PEC10000的去除率先升高后降实验结束后,将超滤组件中的聚乙二醇溶液放低。中国煤化工F超滤膜的截留相净,用自来水代替原料液，在较大流量下运转对分率又逐渐升高;截0.HCNMH(怎膜对PEG4000和20 min,清洗组件中残余聚乙二醇溶液。之后,加入留相x小 。质重内山保护液(质量分数1%的甲醛水溶液)至组件1/2高PEC2000 的去除率先升高后降低。可见,超滤对有2010年8月李冰等,中空纤维超滤膜分离聚乙二醇条件的研究●19机物的去除机理不仅仅是简单的筛分作用,而且是96.00机械筛分和吸附等共同作用的结果[5)。果95.002.2 过滤时间对PEC去除效果的影响。 94.00在恒压条件下对质量浓度为100 mg/L的.量93.00PEG20000溶液进行超滤操作,在不同时段进行取样92.006 0.020.04 0.06 0.08 0.10分析,结果如表2所示。超滤时间与截留率之间的操作压力1MPa关系如图6。圈7操作压力对截留率的影响表2不同过滤时间下 PEG的截留率压力的增加而下降得比较明显;当操作压力大于-一定值时,截留率的下降幅度趋于平缓。这是因为,操时间/min超滤液吸光度超滤液质量。截留率/%浓度/mg.L-'作压力过低,则过滤通量太低;但操作压力过大,物0.4795.5794.43料在膜表面迅速沉积,加速浓差极化现象,形成凝胶0. 4665.4194. 59层。故过大的操作压力,只能使凝胶层的厚度增加，0.4425.1194. 89传质阻力增加,从而使过滤通量的增加变缓,直至趋0.4314.9895.02 .0.4395.0894.92于平稳。因此,在实际应用超滤膜时,不能盲目地提0.4495.2094. 80高操作压力,应选择-一个最佳的操作压力。本实验0.4635.3794.63操作压力取居中为宜,在截留效果较好的情况下,应0.4695.4594.55选择操作压力为0. 05 MPa。00. 4865.66.94. 342.4料液质量浓度对 PEG去除效果的影响95.50p配制不同质量浓度的PEG20000溶液,控制膜典95.00组件的操作压力为0. 05 MPa,用超滤膜分别对不同质量浓度的溶液进行分离,得出超滤在不同料液质架94.50-量浓度下对PEC的截留率,结果如表4所示。料液质量依度对截留率的影响如图8。94.0之↓-古81表4不同料液质浓度下PEC的截留率时间1 min原料液质量浓度/超滤液超滤液质量團6超滤时间与截留睾之间的关系mg.L-'吸光度浓度/mg. L-截留率/% .由图6可知,本套膜分离装置在过滤5 min后.20.6137.2792.73取样进行分析测试为宜。400.5546.5493. 46.2.3 操作压力对PEG去除效果的影响6(0.5176.08.93.92用中空纤维超滤膜对质量浓度为100mg/L的0.4995.8594. 151000.4615.3894.62PEG20000进行分离,调节进水压力,在相同时间、不1200. 4505.2594.75同操作压力下得出超滤对PEG的截留率,结果如0.4455. 1994.81表3所示。图7为操作压力对截留率的影响。1600.4405.1394.8不同操作压力下PEG的截留率95.00操作压力/MPa超滤液吸光度超滤液质量94.50浓度/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原料液质量依度mg.L-'0.070.5796.84.93.16图8_料液质浓度对PEC去除效果的影响0.080.6037.1492. 86中国煤化工增加,超滤对PEG0.09的去HCNMH G度小于100 mg/L从图7中可以看出,随着操作压力的增加,PEG时,超滤对PEC的截留率随质量浓度的增加上升得的截留率下降。当操作压力较小时,截留率随操作较快;当PEG质量浓度大于100 mg/L时,截留率的●20.山西化工2010年8月.上升幅度减小,逐渐趋于稳定。- -般而言,物料大分参考文献:子溶质的浓度越大,则黏度越大,扩散系数越大,膜面的浓差极化和凝胶层易于形成,膜污染程度越严[1]刘长茹应用中空纤维超滤膜分离纯化甘露醇[J].齐重。但在实际工艺生产过程中,如果浓度过低,将会鲁渔业,2005 ,2();31-33.增加超滤的能耗和成本[0)。综合考虑,本实验超滤[2] Lindau J. Adsorptive fouling of modified and unmodifiedcommercial polymeric ultrailtration membranes[J]. Jour-的最佳质量浓度宜控制在100 mg/L。在此条件下,nal of Membrane Science, 1999 ,160:65-67.膜分离综合效果较好。[3]杨晓波. 用于污水处理的中空纤维膜研制与应用[D].3结论上海:东华大学,2005.[4]刘海霞 ,张浩勤.分光光度法测定不同分子量聚乙二超滤对不同相对分子质量PEG具有一定的截醇浓度[J].河南化工,2004(5) :63-73.留率。对于同一种超滤膜,超滤对不同相对分子质[5] 刘继全,方建慧,刘 达.超滤去除水溶液中骤乙二醇量的PEG的去除效果不同。过滤时间操作压力、的研究[J].过滤与分离,2006,16(2) :9.料液浓度、超滤膜的截留相对分子质量对PEG的去[6]Alsaly Qusay Fadhel, Xu Zhenliang, Yang Xiaotian.除效果均有影响。通过实验得出,适宜的过滤条件Separation performance of horizontal and vertical polyethersulfone hollow fber UF modules [J]. Joumnal of为:操作压力0. 05 MPa、PEC相对分子质量20000、Shanghai University : English Edition,2006, 10(2) :173-质量浓度100 mg/L,过滤时间5 min。按照所得出178.的合适操作条件进行膜分离实验,能有效地减轻组件的污染,延长组件的工作寿命。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密友环保智能型流化床气流超微粉碎装置获发明专利我国气流超微粉碎新技术的开拓者、中国科学院上海高等研究院科技成果转化示范企业、江苏省高新技术企业一密 友集团有限公司,创新采用成熟的气流粉碎技术、混合技术以及智能控制技术,并将这3种新技术有机地结合,研发出环保型气流粉碎混合系统,以满足各行业粉剂多品种混合粉碎和再混合的特殊工艺要求。同时,通过特殊设计达到生产“过程无粉尘飞扬，满足了环保要求。日前,这一新产品“无粉尘外溢环保智能型流化床气流超微粉碎装置"获得了中国发明专利(专利号:ZL 200710021696. 6,授权公告号:CN100558466C)。中国煤化工(吴宏富)MHCNMHG