溶质的分子结构对纳滤截留率的影响一个恰当的描述分子尺寸的参数

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1、溶质的分子结构对纳滤截留率的影响―――*一个恰当的描述分子尺寸的参数1，221*郑逢春，李春喜，袁其朋(1.北京化工大学生命科学与技术学院；2.北京化工大学化学工程学院,北京100029)摘要：纳滤膜分离的主要机理为筛分效应，并且分子尺寸是建立纳滤截留模型的一个主要参数。为了更清楚地表现出溶质的分子结构对其截留率的影响，本文选择了分子量在114－228Da的9种性质相似但分子结构不同的中性乙酸酯类化合物(包括直链的、带支链的以及带环的)作为溶质，测定了它们在甲醇中通过三种耐溶剂纳滤膜的透过实验数据，发现：具有相似形状的溶质分子的

2、截留率随分子量的增大而增大；而对于具有相近分子量的溶质，直链的传递优于环状的，而带支链的具有最慢的传递速度。为了关联截留率与溶质的分子尺寸或形状之间的关系，将一个新的分子尺寸描述符(计算平均尺寸)与六个常用的分子尺寸参数进行了对比分析，发现仅有计算平均尺寸与溶质透过所有膜的截留率显著相关，并且，通过一元和二元回归分析也证明了它是用于溶质截留模型的恰当的尺寸参数。关键词：纳滤；分子形状；分子尺寸；相关分析；计算平均尺寸纳滤（NF）是介于超滤与反渗透之间的一种以压力为驱动力的膜分离技术，已广泛地应用于食品、制药、生化分离、工业水处理

3、等诸多领域（水相物系）。近年来随着耐溶剂纳滤膜的研制和商业化,纳滤在有机相中的应用也越来越多。由于溶质的透过由膜的筛分效应和[1]溶质在膜孔中的扩散共同控制，而这两个因素都取决于溶质分子的形状；另外，当利用纳滤模型去预测膜对溶质分子的截留率时，必须要确定一些与分子的有效尺寸相关的模型参数[2-4]。因此，一个准确而有效的分子尺寸的确定是至关重要的。对于一个指定的有机体系而言，纳滤膜对中性溶质的截留主要依赖于溶质的空间位阻效应。许多研究人员已将多种表示分子尺寸的参数应用于纳滤模型，但是都没能在同一体系中进行对比以确定一个最优的尺寸

4、参数。为此，本文选择了9种性质相似但分子结构不同的中性乙酸酯类化合物作为溶质，测定了它们在甲醇中通过三种耐溶剂纳滤膜的透过实验数据，通过对不同尺寸参数进行的相关分析和回归分析，证明了本文提出的计算平均尺寸是一个可以广泛适用于纳滤模型的尺寸参数。*基金项目：国家自然科学基金资助项目（NO.20176001）1第一作者：女，博士生，膜分离方向*通讯联系人电话：010-64437610，email:yuanqp@mail.buct.edu.cn1实验部分1.1膜、溶质和溶剂本文选用了目前广泛应用的三种耐溶剂纳滤膜，商家提供的膜性能参数

5、见表1；实验所用溶剂均为分析纯甲醇；共采用了九种乙酸酯类溶质，其物性见表2，为了确定一个恰当的尺寸描述符，所选用的溶质性质基本相同而仅在分子尺寸和形状上有所变化，以便专一研究分子尺寸和形状对溶质截留率的影响。表1商家提供的膜的性能参数Table1PropertiesofNFmembranessuppliedbymanufacture-1制造商膜型号膜材质亲/疏水性截留分子量(gmol)TMMETSTARMEM122聚酰亚胺疏水220TMMETSTARMEM240聚酰亚胺疏水400KOCHMPF-44聚二甲基硅氧烷亲水200表2溶

6、质的性质和截留率Table2Propertiesandrejectionofsolutesusedinthestudy分类溶质分子量溶解度参数δ122膜240膜44膜-10.5(gmol)(MPa)R(%)R(%)R(%)直链乙酸丁酯116.1617.959.90.681.8乙酸己酯144.2117.7717.83.182.6乙酸辛酯172.2717.7033.86.485.1乙酸十二酯228.3717.6450.88.086.6支链2-乙基丁酯144.2117.3762.010.285.82-乙基己酯172.2717.2170

7、.312.286.12-异丙基-5-甲基己酯200.3216.5883.214.687.2环状乙酸环己酯142.2018.5553.48.385.34-特丁基环己酯198.3017.4481.313.886.71.2实验装置采用的实验装置是由美国Sterlitech公司生产的。使用的磁力恒温水浴装置控温在25-1℃，搅拌速度为300rpm，操作压力恒定为3000kPa，初始料液浓度均为200mgL。所有溶*基金项目：国家自然科学基金资助项目（NO.20176001）2第一作者：女，博士生，膜分离方向*通讯联系人电话：010-64

8、437610，email:yuanqp@mail.buct.edu.cn液浓度均由气相色谱(ShimadzuGC-2010)测定。1.3统计学分析通过Spearman秩相关系数(rs)对截留率与溶质的七种分子尺寸参数之间的相关性进行了检验；并采用一元和二元回归分