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海水淡化反渗透膜材料的选择

随着海水淡化的发展,反渗透海水淡化技术凭借其独特优势成为应用最广的海水淡化技术之一,反渗透膜是反渗透海水淡化系统的核心,反渗透反渗透膜材料的选择经历了由实验到认识的不断深化过程,最初是较盲目地大量地直接成膜试验,以后逐步从膜的传递机理、材料的结构和性能与膜性能之间的关系等来进行预测,下面是选择膜材料的几个方法。

1.直接成膜:

这是最初采用的方法,虽有一定可行性,但由于膜的好坏与制膜全过程有关,一但有失误,就会造成膜产品不合格。

2.基于溶解扩散机理的选择:

反渗透膜材料主要有醋酸纤维素和芳香族聚酰胺两大类,下图给出了醋酸纤维素和芳香族聚酰胺两种材料的相关数据,可以看出芳香族聚酰胺比醋酸纤维素要好。

海水淡化反渗透膜材料对比

3.基于材料溶解度参数的选择:

溶解度参数是聚合物重要的物化性能之一,是聚合物结构中各个基团贡献的加和,表示总体效应,尽管有其局限性,但仍是选择膜材料的重要参数之一。

膜材料要求亲水特性和疏水特性的平衡。将膜材料的溶解度参数与被分离物质的溶解度参数结合起来选择膜材料,则针对性更好。如若要脱除A而使B透过膜,则在一定的限度内选择ΔAM/ΔBM(ΔAM与ΔBM分别为溶质A和B与膜材料溶解度参数之差)最大为好。

4.基于优先吸附原理的选择:

在液相色谱柱中,粉末状膜材料为固定载体,用水为载液,是建立水溶液分离用膜材料选择的有效手段,据液相色谱理论,可以求得溶质在界面溶液和本体溶液间平衡分配常数和界面水的体积Vs,配合吸附法,可进一步求得界面水层厚度ti,优异的膜材料应有较高的ti值和较低的值。

5.基于分子结构的模拟: 

用分子动力学模拟的方法,针对8种反渗透复合膜展开研究,探讨了水和NaCl分子的扩散状态以及其在膜中的扩散系数。水分子与膜结构单体上亲水和疏水基团的长程相互作用,通过分子的运动状态得到很形象的描述。膜种类不同,水分子在其中的扩散系数也有明显的变化,通过对比发现,扩散系数的变化规律与实验所得到的膜的水通量一一对应。另外,在同一个膜体系中,NaCl分子中的阴离子和阳离子的扩散系数并不相同,且有较大差别,在扩散过程中哪种离子起主导作用取决于膜的类型。

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