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时间:2018-10-30
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1、实验一中空纤维超滤膜分离(本实验学时:7X2)膜分离技术是近几十年迅速发展起来的一类新型分离技术。膜分离法是用天然或人工合成的高分子薄膜,以外界能量或化学位差为推动力,对双组分或多组分的溶质与溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法。膜分离法可用于液相和气相。对于液相分离可用于水溶液体系、非水溶液体系、水溶胶体系以及含有其它微粒的水溶液体系。膜分离包括反渗透、超过滤、电渗析、微孔过滤等。膜分离过程具有无相态变化、设备简单、分离效率高、占地面积小、操作方便、能耗少、适应性强等优点。冃前,在海水淡化、食品加工工业的浓缩分离、工业超纯水制备、工业废水处理等领域的应用越来越多。超过滤是膜分
2、离技术的一个重要分支,通过实验掌握这项技术具有重要的意义。一、实验目的1、了解和熟悉超过滤膜分离的工艺过程;2、丫解膜分离技术的特点;3、培养学生的实验操作技能。二、分离机理通常,以压力差为推动力的液相膜分离方法有反渗透(R0)、纳滤(NF)、超滤(UF)和微滤(MF)等方法。图1为各种渗透膜对不同物质的截留示意图。对于超滤(UF)而言,一种被广泛用来形象地分析超滤膜分离机理的说法是“筛分”理论。该理论认为,膜表面具有无数微孔,这些实际存在的孔径不同的孔眼象筛子一样,截留住了分子直径大于孔径的溶质和颗粒,从而达到分离的冃的。最简单的超滤器的工作原理,如图2所示,在一定的压力作用
3、下,当含有高分子(A)和低分子(B)溶质的混合液流过被支撑的超滤膜表面时,溶剂(如水)和低分子溶质(如无机盐类)将透过超滤膜,作为透过液被收集起来,高分子溶质(如有机胶体)则被超滤膜截留而作为浓缩液被回收。应当指出的是,若超滤完全用“筛分”的概念来解释,则会非常含糊。在有些情况下,似乎孔径大小是物料分离的唯一支配因素,但对有些情况,超滤膜材料表面的化学特性起到决定性的截留作用。如有些膜的孔径既比溶剂分子大,又比溶质分子小,本不应具有截留功能,但令人意外的是,它仍具有明显的分离效果。由此可知,比较全面一些的解释是:在超滤膜分离过程中,膜的孔径大小和膜表面的化学性质等,图1各种渗透
4、膜对不同物质的截留示意图图2超过滤工作原理示意图1将分别起着不冋的截留作用。因此,不能简单地分析超滤现象,孔结构是重要因素,但不是唯一因素,另一重要因素是膜表面的化学性质。三、实验设备、流程和仪器1、实验设备:中空纤维超滤膜装置。(1)、膜组件结构如图3所示。图3屮空纤维超滤膜组件(2)、膜组件技术指标。木装置为双组件结构,外压式流程。组件技术指标:截留分子量:6000;膜材料:聚砜中空纤维膜,有机玻璃膜外壳,管路及管件为ABS2塑料;流量范围:10-50L/h;操作压力:<0.2MPa;适用温度:5-3(TC;膜面积:0.5m;组件外尺寸:^50X480mm;pH:1-
5、14;装置外形尺寸:长X宽X高=960X500X2000mm;离心泵(严禁空转);电源:AC220V,50Hz;预过滤器滤芯:材质为聚砜,精度5-10P,若阻力增大,可以反吹。2、实验流程如图4所示。C1储槽中的清洗水或C2储槽中的溶液经过水泵加压至预过滤器,过滤掉杂质后,经过流量计及水切换阀F20至F5、膜组件1或F6、膜组件2,透过液经F11或F10至视窗流入C4,未透过液经F12或F9至F13取样或F14流入溶液储槽C2中。C3中的保护液经F8和F21至F5和F6进入膜组件;排放保护液时,打开F7阀,保护液流入C5中。3、实验仪器722光栅分光光度计。四、实验物料及分析方
6、法1、实验物料保护液:1%甲醛水溶液。聚乙二醇水溶液:液量35L(贮槽使用容积),浓度30mg/L。料液配制:取聚乙二醇l.lg置于1000ml的烧杯屮,加入800ml水,溶解。在贮槽内稀释至35L,并搅拌均匀。2、分析方法(1)分析试剂及物品聚乙二醇:MW20000,500g;冰乙酸:化学纯,500ml;次硝酸铋:化学纯,500g;醋酸钠:化学纯,500go烧杯:100ml,5个;棕色容量瓶:100ml,2个;工业滤纸;蒸馏水。2图4中空纤维超滤膜分离流程图符号说明:C1一清洗水储槽,C2—溶液储槽,C3—保护液高位槽,C4一透过液储槽,C5—保护液受液罐,FI、F2—C2和
7、C1的排液阀,F3、F4—C2和C1的出口阀,F5、F6—组件1和2的入门阀,F7—排液阀,F8—保护液阀,F9、F12—组件1和2的出口调节阀,F10、F11—组件1和2的透过液切换阀,F13—取样或排放阀,F14—未透过液循环阀,F15—申联阀,F16>F17一回流阀,F18—过滤器前阀,F19—过滤器排放阀,F20—水切换阀,F21一保护液切换阀,P-压力表。容量瓶:50ml,21个,100ml,6个,lOOOmlJ个;移液管:0.5、1、2、3ml各1支,5ml,3支,25ml,3支
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