中空纤维超滤膜的性能

一、实验原理

1.掌握简易的实验室超滤膜组件封装的操作技术；

2.掌握中空纤维膜渗透通量和分离效率的方法。

二、实验原理

膜的性能包括物理化学性能和分离透过性能。膜的物理化学性能是指承压性、耐温性、耐酸碱性、抗氧化性、耐生物与化学侵蚀性、机械强度、膜的厚度、含水量、毒性、生物相容性、亲水性和疏水性、孔隙率、电性能、膜的形态结构以及膜的平均孔径等。膜的分离透过特性主要是指渗透通量和分离效率。

超滤膜分离基本原理是用压力差作为推动力，利用膜孔的渗透和截留性质，使不同的组分实现分离，因此要达到良好的分离目的，要求被分离的组分间相对分子质量至少要相差一个数量级以上。超滤膜分离的工作效率以渗透通量和分离效率作为衡量指标。膜通量计算如下式：

式中，J为膜的渗透通量（通常纯水通量）（L/m2h，0.1 MPa）；

S为中空纤维膜的有效面积（外压法为膜外表面积，内压法为膜内表面积）（m2）；

V为透过液体的体积（L）；t为时间（h）。

组分截留率的定义如下：

式中—R为截留率；

C0为原溶液浓度；

C1为透过液浓度。

将中空纤维膜封成膜组件后，进行中空纤维膜的通量与截留率的。进料液可以从膜的内表面透过膜，也可以通过膜的外表面透过膜，因此水通量和截留率的方式分为内压法和外压法，如图3所示。另一方面，根据料液在膜组件中流动方式的不同，水通量和截留率的方式又可以分为：错流法和死端法。综上所述，中空纤维膜的水通量和截留率的方式可以分为：内压错流法、外压错流法、内压死端法和外压死端法，如图4所示。本实验中中空纤维膜的通量和截留率用的都是内压错流过滤，如下图所示。

三、实验原料和设备

1. 原料：

（1）组装膜组件所需材料 中空超滤纤维膜；塑料管；尼龙（1010）管；一次性纸杯；哥俩好胶；705胶；膜组件封装专用树脂。

（2）水通量和截留率所需材料 碳素墨水；量筒；塑料量杯；菌种瓶。

2. 设备：防震压力表；不锈钢球形阀门；输液泵；三通；变径；PU管。

中空纤维超滤膜的制备与性能的实验中，我了解了中空纤维膜的制备方法，熟悉了实验设备，也了解到利用中空纤维膜超滤的原理，水通量和截留率测定的原理。在做实验的时候，查了一些资料，更加明白中空纤维膜和我们的生活密密相关，例如咱们喝的水通常要就行过滤处理，就会用到该膜，而膜技术在国内已开始广泛应用，膜技术推广也已进入成熟期，采用膜技术进行污染物与水分子进行分离，可将宝贵的水资源进行二次利用，同时污染物中的贵重金属离子也可以过滤浓缩回收使用，经济效益十分可观，知名石化、羊绒制造、饮料、医药、城市污水处理等单位已大规模应用，不占地，不耗费能源，投资收益明显，前景极为广阔。例如在发酵液除菌过滤发酵，液菌体浓缩回，用果酒、药酒、低度白酒的澄清过滤除浊，茶饮料、果饮料澄清过滤浓缩，中药提取液的分离和精制，高浓度高黏度溶液过滤，城市污水回收，住宅小区或大楼中水回用，自来水、地下水除菌除浊净化，反渗透系统的前级预处理，海水淡化前级预处理，餐饮行业自来水净化。