水分子在陶瓷纳滤膜孔内的传递过程研究文献综述
2020-04-24 11:28:15
1.1引言 膜分离技术是兴起于20世纪末的新型分离技术,具有高效、节能、工艺简单、无污染等突出优点,目前已广泛应用于化工、轻工、电子、医药、食品、环保等行业中的分离过程,被认为是21世纪最具应用前景的高新技术之[1-2] 。
纳滤技术是介于超滤及反渗透之间的压力驱动型膜分离技术,具有膜技术节约能源及环境友好的特征,并对分子量处于20-10000 Da的有机物分子具有较高的截留性,对一价离子及多价离子具有不同的分离选择性。
因此,纳滤技术可用于替代小分子物质的传统分离方法(如高效液相色谱法、蒸发结晶、真空浓缩、生物降解/化学氧化法等),在食品、医药、环保、水资源、化工等领域中具有良好的应用前景[3-5]。
纳滤膜材料是纳滤技术的核心。
按照膜材料划分,纳滤膜可分为有机纳滤膜和无机纳滤膜(以陶瓷材料为主)。
目前,陶瓷纳滤膜材料的开发大多集中在实验室研究阶段,在国内陶瓷纳滤膜材料的研究方面,现已实现了γ-Al2O3、TiO2及ZrO2陶瓷纳滤膜材料的开发,但其渗透性能有待提高。
在传统化工分离过程中,连续介质假设的宏观传质理论与精馏、蒸发、干燥等实际分离行为互动较好,获得了巨大成功。
随着近些年分离膜材料不断取得新兴进展,作为新型的化工单元操作,膜分离具有高效、节能等优势,然而与其相关的传质理论却鲜有普及,尤其在限域条件下(如渗透汽化、反渗透、纳滤等),针对水分子在陶瓷纳滤膜孔内传质出现的反常现象[6,7],普遍缺乏共性传质机制及对调控方法的认识,这严重制约着相关膜材料的设计与开发。
1.2 陶瓷纳滤膜传递过程研究进展 在膜分离过程中,当孔道特征尺寸减小到一定程度时, 膜孔道成为流体传递的受限空间, 原先可以忽略的壁面对流体分子的影响显著增强, 而流体在流动过程中自身体系的黏度μ作用也随之放大,成为影响传递过程的重要因素甚至决定性因素[8]。
为了定量描述限域传质过程,需要在基本的膜阻力与膜微结构关系模型基础上, 弄清各影响因素与膜通量和选择性的定量关系。