超声对聚偏氟乙烯中空纤维超滤膜的清洗研究
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PVDF中空纤维超滤膜介绍
PVDF中空纤维超滤膜介绍一、超滤膜是净水器的最佳选择1、超滤膜的优势:在我国，由于水源污染以及二次污染相当严重，用普通的过滤介质难以实现生活饮用水深度净化效果。
超滤膜净化技术采用高精度纯物理的过滤原理，过滤精度为0.1,0.001微米，不添加任何化学物质，依靠超滤膜表面密布的微孔进行筛分，从而截留有害物质，从而实现过滤净化、纯化的效果。
截留水中的铁锈、微粒、细菌、胶体及部分有机物等，保持产水pH值不变，同时保留水中人体所需微量矿物质和微量溶解氧。
如果再和活性炭组合使用，除去水中异味和有机物，则将是一组完美的结合产品。
同时，超滤膜过滤只需依靠自来水本身压力即可实现，不需要用电、加压，具有低压无相变，能耗低，废水排放少的特点，安全节能。
另外，超滤膜过滤由于不需要用电加压，设备安装简单易行，产水通量大，无需储水桶等配套设备。
最后，超滤膜过滤具备冲洗排污的功能，通过正反冲洗超滤膜膜丝，可将截留的污染物冲洗排出，延长超滤膜丝的使用寿命。
超滤膜是家用水处理器的最佳选择。
随着制膜技术的发展和生产规模化，使超滤膜性能更加稳定，目前是净化生活饮用水的主流技术，同时在饮料、生物、食品、医药等领域应用广泛。
2、超滤膜工作原理:超滤膜是由起分离作用的一层极薄表皮层或较厚的起支撑作用的海绵状或指状多孔层组成，孔隙大小在0.1,0.001μm的选择性透过膜。
超滤膜过滤技术是指利用具有选择透过能力的超滤薄膜做分离介质，膜壁密布微孔，原液在一定压力下通过膜的一侧，溶剂及小分子溶质透过膜壁为透过液，而较大分子溶质被膜截留，从而达到物质分离及浓缩的目的。
与传统过滤的不同在于，超滤膜可以在分子范围内进行分离，并且这过程是一种物理过程，不需发生相变化和化学变化，适应性强。
3、超滤膜分类超滤膜根据膜材料的不同，可分为无机膜和有机膜，无机膜主要是陶瓷膜和金属膜。
有机膜主要是由高分子材料制成，如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚偏氟乙烯等等。
超滤膜的超声波助清洗研究
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பைடு நூலகம்
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24 卷
超声后膜对 BSA 截留率/ % 97 3 54 3 34 3 22 1 22 3
声波功率大于 50W 后, 实验中可用肉眼观察到 但是低功率的超声波, 如表 1 数据显示, 超滤膜 膜表面的针孔现象. 因此, 在采用超声波来清洗 在经 20W 功率的超声波作用后, 截留率保持不 超滤膜或用超声波作为强化渗透的一种手段时, 变, 而膜通量却略有上升. 又在 20W 功率下做了 超声波对膜的损伤作用是一个不可忽视的问题. 5 组平行实验, 结果列于表 2.
表 3 超声波直接物理清洗后效果( 纯水通量) / L (m 2 h ) - 1
Table 3 Physical cl eaning eff iciency using ultrasound ( Pure w at er flux) / L ( m2 h) - 1
作用时间/ min 0 10 20 30
环境科学
13 1
超声波清洗 器 2: 100W, 40kHz, 昆山超 声 波仪器厂.
紫外分光光度计: 754 型, 上海雷兹光谱仪 器厂.
S250MK3 扫描电镜, 美国. 聚砜共混平板超滤膜: 自制, 截留相对分子 质量 30 000. 中空纤维污染超滤膜: 聚砜共混, 自制, 截 留相对分子质量 30 000, 取自国内某印钞厂. 牛血清蛋白( BSA) : 电泳纯. 螯合剂: 分析纯. 氢氧化钠, 分析纯. 磺化蓖麻油: 国内某印钞厂. 1 2 实验流程及设备 平板超滤实 验装置见图 1. 中 空纤维膜 超 声动态清洗实验装置见图 2. 将取自工业现 场 印钞擦版废液污染的中空纤维超滤组件进行解 剖, 取出其中的污染膜丝并重新粘接成有效膜 面积为 0 0157m2 的小型中空纤维超滤组件, 清 洗时将小组件直接浸入超声波清洗容器中, 本 实验在超声清洗过程中, 将超滤透过液也回流 到清洗液槽中进行循环清洗.
污染聚偏氟乙烯中空纤维超滤膜的超声清洗
ａｃｅ ｎ ｎ ａ ｉ ｅｉ ｅ ｙ ｔ ｅ ａ ｔ ｏ ｓ ａ ｄ Ｓ ｌａ ｉｇ ｒ ｔ ｄ ｆｎ ｄ ｂ ｈ ｕ ｈ ｒ ｎ ＥＭ ，ａ ｄ ａｓ ａｉａ ｅ ｙ ｍｅ ｒ ｎ ｌｘ Ｕ ｌｒｓ ｕ ｄ ｗａ ｏ ｎ ｌｏ ｖ ｌ ｔｄ ｂ ｍｂ ａ ｅ ｆｕ ． ｔａ ｏ ｎ ｓ ｄ
２ ５ ｍｏ ｅ ｔ ａ ｈ ｔ ｗｉ ｏ ｔ ｌｒ ｓ ｎ ｃ ｔ ｅ ｔ ｎ ． ｅ ｏ ｔ ａ ｌ ａ ｏ ｉ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｐ ｒ ｍ ｅ ｅ ｓ ｗｅ ｅ ｒ ｈ ｎ ｔ ａ ｔ ｕ ｕ ｔ ａ ｏ ｉ ｒ ａ ｍｅ ｔ Ｔｈ ｐ ｉ ｌ ｔ ｓ ｎ ｃ ｔ ｅ ｔ ｎ ａ ａ ｔ ｒ ｒ ： ｈ ｍ ｕ ｒ
污染 聚偏 氟 乙烯 中空纤 维 超滤 膜 的超 声 清洗
郭 伟 ，晋 卫 ，王 宾 ， 吕效平
（ 京工业大学超声 化学 工程研究所 ，江苏 南 京 ２ ０ ０ ） 南 １ ０ ９
摘 要：中空纤维超滤膜污染 和清 洗影 响膜 处理 废水 工艺 的经 济性 及可运 行 性． 研究 了平板 浸 没式超 声处 理器 （０ｋ ）与 ２０ ４ Ｈｚ ０ ０ｍｇ・ 柠檬酸清洗剂对 中石化某水处 理厂 污染聚偏 氟 乙烯 超滤膜 的清洗效果．利用 自定 义 Ｌ
ｓ ｏ ｎｔ ｅｂ ｎ ｆ ｉｌ ｏ ｃｅ ｎｎ ｎ ｈ ｌａ ｉ ｇ ｒ ｔ ｓ ８ ｗｉｈ ｎ ａ ｇ ｆｍ ｅ ｂ ａ ｅａ ｄ ｗａ ｈ ｗ ｏ ｂ ｅ ｅｉ ａ ｌａ ｉｇ ａ ｄ ｔ ｅ ｃｅ ｎｎ ａ ｉ ｗａ ０ ｃ ｔ ｏ ｔ ｏ ｄ ｍａ ｅｏ ｍ ｒ ｎ ｎ ｓ
清洗，仅切 向气 流结 合 超声 清洗 膜 面 ，清 洗后 的通 量从 原 来 污染 组 件 的 ０ ０ ６ ｍ。・ｃ ・ｒｉ 增加 到 ． ３ ８ｃ ｍ ａｎ
一种带有超声波清洗功能的中空纤维膜过滤组件
牵 伸 热 箱 。在 其 箱 体 内设有 工 作通 道 和 风 道 ；所 述 工 作通 道 的两 端 设 有供 纤 维 丝 束进 出 的进 丝 口 和 出丝 口；所 述 风 道 中设有 风 机 ，风 道 两 端 的进
风 口和 出风 口均 与工 作通 道 相 通 连 ；在 工 作通 道
端 均设 有 滑轮 ，滑 轮 分别 置 于槽 体 底 部及 底 座 上
中心 管 以及 设 置在 壳 体两 端 端 盖 ，所 述 的端 盖 上 设 有进 水 口和 出水 口 ，它 还 包 括有 设 置 在端 盖 上
申请人：江苏神 泰科技发展有 限公 司
高强高模聚 乙烯纤维 冷却水槽
本 实 用 新型 提 供 一种 高 强 高 模聚 乙烯 纤 维冷 却 水 槽 。其 包 括 设有 进 水 管 的槽 体 ，槽 体 内腔通 过 隔 板而 分 隔有 排 水 槽 ，排 水 槽 中设 有 出水 管 ， 所述 隔板 的上 部 设有 溢 流孔 ；槽 体 内腔 前 部 设有
多 的推广 应用 这一 新材料 和新 技术 。 （ ３ ）开展 应 急路 面 的前期 预研 ，其 目的是 为应 急 路 面器 材 总 体项 目的立项 ，提 供 结论 性 的意见
与依 据 。
有提供帮助的同志和朋友表示最诚挚的感谢。
鸣谢：本预研项 目经过 江苏远 大新纺织集团
有 限公 司、 南京华艺碳 纤维制品有 限公 司与南京军
专利 申请号：Ｃ Ｎ ２ ０ １ ０ ２ ０ １ ８ ３ ６ ４ ９ ． ９公开号：Ｃ Ｎ ２ ０ １ ６ ７ ８ ７ ７ ７ Ｕ
一
种带有超声 波清洗功能 的 中空纤维膜过滤组件
本 实 用 新 型 涉 及 一 种 带 有 超 声 波 清 洗 功 能 的中 空纤 维 膜 过滤 组 件 。它 包 括 壳体 、设 置在 壳 体 内的 由多根 中空 纤 维过 滤 膜 组成 的 中空纤 维 膜 束 、 中 空纤 维膜 束 两 端 的端 头 、设 置 在 壳体 中的
风 口和 出风 口均 与工 作通 道 相 通 连 ；在 工 作通 道
端 均设 有 滑轮 ，滑 轮 分别 置 于槽 体 底 部及 底 座 上
中心 管 以及 设 置在 壳 体两 端 端 盖 ，所 述 的端 盖 上 设 有进 水 口和 出水 口 ，它 还 包 括有 设 置 在端 盖 上
申请人：江苏神 泰科技发展有 限公 司
高强高模聚 乙烯纤维 冷却水槽
本 实 用 新型 提 供 一种 高 强 高 模聚 乙烯 纤 维冷 却 水 槽 。其 包 括 设有 进 水 管 的槽 体 ，槽 体 内腔通 过 隔 板而 分 隔有 排 水 槽 ，排 水 槽 中设 有 出水 管 ， 所述 隔板 的上 部 设有 溢 流孔 ；槽 体 内腔 前 部 设有
多 的推广 应用 这一 新材料 和新 技术 。 （ ３ ）开展 应 急路 面 的前期 预研 ，其 目的是 为应 急 路 面器 材 总 体项 目的立项 ，提 供 结论 性 的意见
与依 据 。
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有 限公 司、 南京华艺碳 纤维制品有 限公 司与南京军
专利 申请号：Ｃ Ｎ ２ ０ １ ０ ２ ０ １ ８ ３ ６ ４ ９ ． ９公开号：Ｃ Ｎ ２ ０ １ ６ ７ ８ ７ ７ ７ Ｕ
一
种带有超声 波清洗功能 的 中空纤维膜过滤组件
本 实 用 新 型 涉 及 一 种 带 有 超 声 波 清 洗 功 能 的中 空纤 维 膜 过滤 组 件 。它 包 括 壳体 、设 置在 壳 体 内的 由多根 中空 纤 维过 滤 膜 组成 的 中空纤 维 膜 束 、 中 空纤 维膜 束 两 端 的端 头 、设 置 在 壳体 中的
超声联合反冲在线控制PVDF中空纤维超滤膜的污染
ｇ ｉ ｃｍ． ＊ 通 讯 联 系 人 ，－ ｉ ｘ ｌ＠ ｎｕ．ｄ ．ｎ ｍａ ．ｏ ｌ Ｅ ｍａ ：ｐｕ ｊｔｅｕ ｃ ｌ
膜
科
学
与
技
术
第３ Ｏ卷
１ ２ 实 验 方 法 ．
如图 １ 所示 ， 闭 阀 门 Ａ， 关 开启 阀 门 Ｂ 即为超 ，
滤 过程 ， 反之 ， 以对膜 组件进 行反 冲洗． 可
５平板 换能器 ； ． ． ６ 水槽 ；７ 膜组件 ； ． ． ８ 曝气板 ；
９ 出水 口 ； ０ 计 量 瓶 ；１． ． １． １ 真空 泵 图 １ 平 板 式 超 声 抑 垢 和 反 冲洗 装 置
Ｆｉ． Ｒｅ ｔ ａｎ ｆ ｓ ａ ｅ ｆ ｒ ｔ ｎ ａ ｄ ｂ ｃ ｗａ ｈ ｎ ｇ１ ｓｒ ｉ ｔｏ ｃ ｌ ｏ ｍａ ｉ ｎ ａ ｋ ｓ ｉ ｇ ｏ ｓ ｔｕ ｙ ｆ ｔｐ ａ ｅｕ ｔａ ｏ ｎ ｅ— ｐ ｂ ｌ ｌｔ ｌｒ ｓ ｕ ｄ ａ
术 在工业 应 用 中的关 键 因素． 聚偏 氟 乙烯 （Ｐ Ｆ ） 空纤 维 超 滤 膜 是 新 发 ＶＤ 中
展 起来 的一 种性 能优 异 的超 滤 膜 ， 有 化 学 稳 定 性 具
２ ｒｘ１ ｍ）无 锡 德嘉 电子 仪器 公 司制造 ， 生 ５ｃ ｃ ， ｕ ７ 发 器 功率 为 ０ ２ 可 调．自制 膜 组 件 ， 验 采 用 的 ～ ０Ｗ 实
１ ２ １ 超声频率 和声 强对抑垢 的影 响 ．． 使用 新膜 自制膜组 件 ， 超滤 饱和 Ｃ Ｃ 液 ， ａ １溶 在 超 滤过程 中引入 超声抑垢 ， 变超声参 数 ， 察不 同 改 考
频 率和声 强对抑 垢 的影 响． １２ ２ 曝气量对 超声抑 垢 的影 响 ．．
曝气 能够延 缓 污垢 沉积 ， 能 对膜 面污 染进 行 并 清洗 Ｌ ． ７ 在超声 抑垢 的过程 中通人 曝气 ， 察 曝气 对 ］ 考 膜 污染 的影 响和 不 同曝气 量下 的超声抑 垢效果 ． １ ２ ３ 超声 联合 反 冲控 制膜污染 ．．
超声对聚偏氟乙烯中空纤维超滤膜的清洗研究
ｏ ｖｏ ｓ ．Ｔ ｅｕｔ ｓ ｕ ｄ ｃ ｏ ｅａｅ ｉ ｉ ｔ ｉ ｃ ａ ｉ ａ ｌａ ｈ ｏ ｔｍｉａｉｎ Ｏ ｈ ｅ ｍｅ ｒｎ ｂ ｉｕ ｌ ｙ ｈ ｌ ａ ｏ ｎ ｏ ｐ ｒｔｄ ｗ ｔ ｄｌ ｅ ｃｔ ｃｄ ｃ ｎ ｃｅ ｎ ｔｅ ｃ ｎａ ｎ ｔ ｎ ｔｅ ｎ Ｗ ｍｂａ ｅ ｒ ｈ ｕ ｉ ｒ ｏ
ｍｏ ｕ ｅ ｅ ｓｌ ｎ ｔ ｕ ｅ ｏ ｅ ｓ ｉ ｃ ｅ ｓ ｄ ｔ ％ ． Ｈｏ ｖ ｒ ｔ ｅ ｆ ｅ ｏ ｅ ｙ ｉ ｎ ｖ ６６．３％ ｗｈ ｎ ｔ ｅ ｄ ｌ ａ ｉ ａ ｄ ｉｓｆ ｘ ｒ ｃ ｖ ｒ ｉ ｎ ｒ ａ ｅ ｏ ８１ ｙ ｌ ｙ ｗｅ ｅ ｈ ｕｘ ｒ ｃ ｖ ｒ ｓ ｏ ｌ ｌ ｅ ｈ
Ａ ｓ ａｔＴ ｅｅ ｅｔ ｏ ｌ ａｏ ｎ ｎｐ ｌｖ ｖｉｅ ｅ ｕ ｒ ｅ（ Ｖ Ｆ ｈ Ｈ ｗ ｆ ｒ ｕｔ ｆｔ ｔ ｎ ｍ ｍ ｒｎ ｎ ｂｔ ｃ： ｈ ｆ ｃ ｆ ｔ ｓｕ ｄｏ ｏｖｉ ｌ ｎｎ ｏｉ ｒ ｓ ｕｒ ｎ ｄ ｄ Ｐ Ｄ ） ｏ ｏ ｂｅ ｌａ ｌａｉ ｅ ｂａ ｅａ ｄ ｉ ｒｉ ｒ ｏ
ｉ ｉ ｅ ｃｔｉ ｃ ｄ．Ｔｈ ｕ ｅ ｏ ｅ ａ ｅ ｉ ｃ ｅ ｓ ｄ ｔ ３ ２％ ａ ｔｒ７ ｈ ｓ ａ ｎ ｎ ｄｌ ｉｒｃ ａ ｉ ｕｔ ｅ ｆ ｘ ｒ ｃ ｖ ｒ ｃ ｎ ｂ ｎ ｒ ａ ｅ ｏ ７ ｌ ｙ ｆｅ ｏ ｋｉ ｇ．ｗｈｉｈ ｓ ｈ ｇ ｒｔ ａ ｈ ｔｏ ｃ ｉ ｉｈｅ ｈ ｎ ｔａ ｆ
通量下降明显 。清洗实验表 明， 超声和稀柠檬酸协 同作 用能较 易地 除去新膜 表面 的污垢 ， 其通 量恢复 到初始通 使
量的 ８ ％ ， ｌ 而仅用 酸洗 只能使膜通量恢复到初始通量 的 ６ ．％ 。对于污染较重 的膜必须用稀 酸浸泡 ， ６３ 浸泡 ７ｈ后 ， 超声和稀柠檬酸协 同清洗 可使通 量恢复到初始通量 的 ７ ． ％ ， ３ ２ 明显高于无浸 泡时的 ５ ． ％。 ６２
超滤各种膜材料比较
超滤各种膜材料比较文件编码（008-TTIG-UTITD-GKBTT-PUUTI-WYTUI-8256）各种膜材料之间的比较1.中空纤维超滤膜的主要材料有聚丙烯腈（PAN）、聚砜（PSF）、聚醚砜（PES）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚氯乙烯（PVC）等2.聚氯乙烯（PVC）湿膜机器里面的芯要用酒精浸泡来保持湿润状态，保持滤芯的性能3.聚偏氟乙烯（PVDF）膜是抗高温最高140度的温度，过滤开水都可以，还有耐酸碱强酸强碱都不怕（新加坡美能）4.安达康用的材质是UPAN ，是最好的一种膜材料PAN/PVDF/PES/PS比较1. 材料： PAN为亲水性材质，PVDF,PES与PS为疏水性材质；所以做成超滤膜，PVDF与PES、PS的跨膜压差要远高于PAN，PVDF与PES、PS更容易污堵；2. PES与PS的抗氧化能力非常强，PVDF次之，PAN再次之；3. PES与PS材料属于刚性材料，比较容易破损，断丝。
所以PES与PS通常设计成内压式，如Norit,Hydracap,Koch 等，PES与PS对进水的要求相对较高，需要进水更干净。
另外，PES与PS的超滤通常不设计风机气洗，更重要的原因是造成断丝（刚性材料）。
若有厂家宣称设计风机气洗或者外压式，工程公司或业主需要小心；4. 就跨膜压差（TMP-Transfer Membrane Pressure）来说，越低的跨膜压差意味着清洗越容易；5. 就抗污染能力而言，PAN比较好； PES与PS次之；6. 就材料的抗拉伸强度而言， PVDF，PES及PS比较好，PAN次之；7. PAN与PVDF通常都可以设计成外压式，配风机气洗；但Omexell例外，以前的设计没有风机气洗，最近据说有风机的设计，但是否稳定，还需要时间考验；8. 就价格而言，PAN比PVDF、PES及PS要便宜很多；综合来讲，不管经济成本上，还是技术层面上，PAN的优势是在地表水及非重度污染的水处理中；PVDF，PES及PS更适合于废水处理。
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2 2
0
量浓度由 TOC 分析仪测定获得 ), 并通过 式 ( 1 ) 计 算出截留率 R, 考察膜组件破坏情况。 R = 10
( 1)
表 1 为不同声强下膜的截留率与超声处理时间 的关系。
表 1 不同声强 下膜的截留率与超声处理时间的关系 T able 1 R e lationship between reten tion and ultrason ic treat m ent ti m e a t different ultrasound intens ities 声强 /( 1 097 W /m 2 ) 初始质量浓度 出液质量浓度 / (m g mL 29. 54 30. 91 30. 04 29. 14
[ 1 5] [1 7]
1 实验部分 1 . 1 实验试剂及仪器 柠檬酸: 质量分数为 20 % , 南京化学试剂厂。 超声处理器 : 40 kH z 平板式 处理器; 扫 描电镜 分析 仪: QUANTA 200, 菲 利浦公 司; TOC 分析 仪: TOC-V cph , 日本岛津公司 ; 新、 旧 PVDF 中空纤维超 滤膜 ( 膜管的外、 内径为 1 . 9 mm 和 0. 9 mm, 孔径约 40 nm ) 均由中石化某分公司水处理厂提供 ; 膜组件 由新、 旧膜管自制。实验装置见图 1 和图 2 。
2 2
44
化学工程
2008 年第 36 卷第 6 期
本实验中 , 超声的最佳清洗声强为 2 200 W /m ( 文 献 [ 8] 中确定为理想清洗声强 ) 。
2
图 7 破坏实验中破坏声强和膜承受辐照时间的关系 F ig. 7 R elationsh ip b etw een sound inten sity and treat m en t ti me at des truct ion experi m ent 图 6 声强在 5 250 W /m 2 下处理 1. 5 h 后 膜面电镜照片 ( 300 F ig. 6 after treating 1 . 5 h ( 300 ) ) SEM of new m emb rane surface under 5 250 W /m 2
)
/( mg mL 4. 472 4. 496 4. 359 4. 497
- 1
)
)
/ (m g mL 4. 496 4. 489 4. 499 4. 472
- 1
)
由表 1 可见 , 声强在 2 200 W /m 下超声 30 h, 膜的截留率仍没有明显降低。由此表明, 该工况下 超声不会破坏膜。 2 . 3 膜件的饱和 CaC l2 模拟污染和清洗 膜组件使用过程中无机盐污染是主要污染物之 一。本实验将新旧组 件分别在饱和 的质量浓度为 74 g /L (浑浊 ) 的 CaC l2 溶液中模拟污染 , 污染后在 80 kP a 下用 2 200 W /m 超 声结合稀柠檬酸清洗。 由图 8 可见 , 新膜件的通量在饱和 CaC l2 溶液中迅 速下降 , 12 h 后通量从 0 . 173 cm / ( cm 了 0. 06 cm / ( cm
第 36 卷 第 6 期 2008 年 6 月
化 学 工 程 CHEM ICA L ENG I N EER I NG ( CH I NA )
V o.l 36 N o . 6 Jun. 2008
超声对聚偏氟乙烯中空纤维超滤膜的清洗研究
晋 卫, 郭 伟, 王 宾, 吕效平
210009) ( 南京工业大学 超声化学工程研究所 , 江苏 南京
摘要 : 文章探讨了超声清洗对聚偏氟乙烯 ( PVDF ) 中空纤维超滤膜的损坏及 其通量的影响。实验 表明 , 膜面的破坏 随声 强和处理时间的增加而增加 , 但声强在 2 200W /m 2 时 , 处理 30 h 膜面无损坏。新膜易被饱和 CaC l2 溶液污染 , 通量下降明显。清洗实验表明 , 超声和稀柠檬酸协同作 用能较 易地除去 新膜表 面的污 垢 , 使其通量 恢复到 初始通 量的 81% , 而仅用酸洗只能使膜通量恢复到初始通量的 66. 3% 。对于污染较重的膜必须用稀酸浸泡 , 浸泡 7 h 后 , 超声和稀柠檬酸协同清 洗可使通量恢复到初始通量的 73. 2% , 明显高于无浸泡时的 56 . 2% 。 关键词 : 超声 ; 中空纤维 ; 超滤膜 ; 聚偏氟乙 烯 ; 膜通量 中图分类号 : TQ 128. 8; X 703 文献标识码 : A 文章编号 : 1005-9954( 2008) 06 -0042-04
Study on cleaning of ultrasound on polyvinylidenefluoride hollow fibre ultrafiltration m embrane
JIN W e, i GUO W e, i W ANG Bin, LU X iao -p ing ( Institute of Sonochem ical Eng in eering , N anjin g U niversity o f T echno logy , N anjin g 210009, Jiangsu Prov in ce , China) Abstract : T he effects o f ultrasound on po lyv in y lid eneflu oride ( PVDF ) hollow fibre u ltraf iltration m em brane and its flux recovery w ere stud ied . T he resu lts show th at the dam age o f m e m brane is increasing w ith th e in crease o f 2 ultrasound intensity and the treatm en t ti me . T here is no dam age when u ltrasound in tensity is 2 200 W /m fo r 30 h . T he new m em brane is easy to be po lluted by saturated CaC l2 so lution and the perm eate flux declin es obv io usly . The u ltrasound cooperated w ith d ilu te citr ic ac id can c lean the contam in ation on the new m em brane m odu le easily and its flux recovery is in creased to 81 % . H ow ever , the flux recovery is on ly 66 . 3% w hen th e new m em brane is cleaned on ly by citric acid . T he m em brane covered w ith heavy contam in ation should be soaked in dilute citric acid . T he flux recovery can be in creased to 73. 2% a fter 7 h soak in g , w hich is h ig her th an tha t o f 56 . 2 % w ithout soaking. K ey w ord s : u ltrasound ; ho llow fib re ; u ltrafiltrat io n m em brane ; po ly v iny lideneflu orid e ; m embrane flux 国内外文献表明, 超声空化等作用可增加膜的 振动, 破坏污垢和膜面的结合而提高通量 人研究超声对平板有机膜的破坏
3 2 3 2 2
2
浑浊 固体。而旧膜 件模拟污染 12 h 后, 膜 通量微 降。由图中两组件初始通量可知此污染膜的污染程 度较重, 膜面已产生污垢 搭桥 , 膜孔堵塞较慢, 因 此通量变化不显著。采用开、 停超声结合来考察超 声的助过滤特性, 由图 9 可见 , 新膜件清洗后通量从 0 . 066 c m / ( cm (c m (c m
作者简介 : 晋卫 ( 1964
), 男, 博士研究生 ; 吕效平 , 通讯联系人 , 教授, 博士生导师 , 主要从事超声化学工程的研究 , E-mai: l xp lu @ n ju.t edu. cn 。
晋
卫等
超声对聚偏乙烯中空纤维超滤膜的清洗研究
43
有代表性的电镜照片见图 3 6 。 图 3 为新膜 SEM 照片 , 图中可见膜面有污染物 2 大颗粒。经 3 860W /m 超声处理 1 . 5 h 后, 膜上未 见污染物颗粒 , 见图 4 。图 5 、 图 6 显示了不同声强 及辐照时间下 , 超声对膜的破坏。膜上的破坏圆孔 较光滑且有波纹状 , 表明是声空化的作用, 因为空化 泡崩溃时具有较高温度与冲击力。
2 3 2
m in ) 提 高 到 了 0 . 123 5 c m /
3
3
m in ) 。 通量恢复到初始通量的 80 . 7% , 新膜 m in ) 。而相同处理时间下 不加超声时的通
件在质量分数为 2 % 的柠檬酸中通量为 0 . 153 c m /
, 清洗
并延长膜的寿命 , 但声功率过大会破坏膜面。曾有 , 但未见应用 较多的中空纤维膜受超声破坏的文献。文献 [ 8] 初 步探讨了超声对污染聚偏氟乙烯有机膜的清洗效果 并发现大功率超声会破坏膜面。本文用新聚偏氟乙 烯中空纤维膜进行声破坏实验 , 并用新膜制成组件 进行饱和 C aC l 2 模拟污染来进一步验证超声清洗效 果 , 以供实际应用参考。
- 1
时间 / h 3 6 15 30
截留率 /% 84. 86 85. 45 84. 49 84. 57
0
量浓度由 TOC 分析仪测定获得 ), 并通过 式 ( 1 ) 计 算出截留率 R, 考察膜组件破坏情况。 R = 10
( 1)
表 1 为不同声强下膜的截留率与超声处理时间 的关系。
表 1 不同声强 下膜的截留率与超声处理时间的关系 T able 1 R e lationship between reten tion and ultrason ic treat m ent ti m e a t different ultrasound intens ities 声强 /( 1 097 W /m 2 ) 初始质量浓度 出液质量浓度 / (m g mL 29. 54 30. 91 30. 04 29. 14
[ 1 5] [1 7]
1 实验部分 1 . 1 实验试剂及仪器 柠檬酸: 质量分数为 20 % , 南京化学试剂厂。 超声处理器 : 40 kH z 平板式 处理器; 扫 描电镜 分析 仪: QUANTA 200, 菲 利浦公 司; TOC 分析 仪: TOC-V cph , 日本岛津公司 ; 新、 旧 PVDF 中空纤维超 滤膜 ( 膜管的外、 内径为 1 . 9 mm 和 0. 9 mm, 孔径约 40 nm ) 均由中石化某分公司水处理厂提供 ; 膜组件 由新、 旧膜管自制。实验装置见图 1 和图 2 。
2 2
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化学工程
2008 年第 36 卷第 6 期
本实验中 , 超声的最佳清洗声强为 2 200 W /m ( 文 献 [ 8] 中确定为理想清洗声强 ) 。
2
图 7 破坏实验中破坏声强和膜承受辐照时间的关系 F ig. 7 R elationsh ip b etw een sound inten sity and treat m en t ti me at des truct ion experi m ent 图 6 声强在 5 250 W /m 2 下处理 1. 5 h 后 膜面电镜照片 ( 300 F ig. 6 after treating 1 . 5 h ( 300 ) ) SEM of new m emb rane surface under 5 250 W /m 2
)
/( mg mL 4. 472 4. 496 4. 359 4. 497
- 1
)
)
/ (m g mL 4. 496 4. 489 4. 499 4. 472
- 1
)
由表 1 可见 , 声强在 2 200 W /m 下超声 30 h, 膜的截留率仍没有明显降低。由此表明, 该工况下 超声不会破坏膜。 2 . 3 膜件的饱和 CaC l2 模拟污染和清洗 膜组件使用过程中无机盐污染是主要污染物之 一。本实验将新旧组 件分别在饱和 的质量浓度为 74 g /L (浑浊 ) 的 CaC l2 溶液中模拟污染 , 污染后在 80 kP a 下用 2 200 W /m 超 声结合稀柠檬酸清洗。 由图 8 可见 , 新膜件的通量在饱和 CaC l2 溶液中迅 速下降 , 12 h 后通量从 0 . 173 cm / ( cm 了 0. 06 cm / ( cm
第 36 卷 第 6 期 2008 年 6 月
化 学 工 程 CHEM ICA L ENG I N EER I NG ( CH I NA )
V o.l 36 N o . 6 Jun. 2008
超声对聚偏氟乙烯中空纤维超滤膜的清洗研究
晋 卫, 郭 伟, 王 宾, 吕效平
210009) ( 南京工业大学 超声化学工程研究所 , 江苏 南京
摘要 : 文章探讨了超声清洗对聚偏氟乙烯 ( PVDF ) 中空纤维超滤膜的损坏及 其通量的影响。实验 表明 , 膜面的破坏 随声 强和处理时间的增加而增加 , 但声强在 2 200W /m 2 时 , 处理 30 h 膜面无损坏。新膜易被饱和 CaC l2 溶液污染 , 通量下降明显。清洗实验表明 , 超声和稀柠檬酸协同作 用能较 易地除去 新膜表 面的污 垢 , 使其通量 恢复到 初始通 量的 81% , 而仅用酸洗只能使膜通量恢复到初始通量的 66. 3% 。对于污染较重的膜必须用稀酸浸泡 , 浸泡 7 h 后 , 超声和稀柠檬酸协同清 洗可使通量恢复到初始通量的 73. 2% , 明显高于无浸泡时的 56 . 2% 。 关键词 : 超声 ; 中空纤维 ; 超滤膜 ; 聚偏氟乙 烯 ; 膜通量 中图分类号 : TQ 128. 8; X 703 文献标识码 : A 文章编号 : 1005-9954( 2008) 06 -0042-04
Study on cleaning of ultrasound on polyvinylidenefluoride hollow fibre ultrafiltration m embrane
JIN W e, i GUO W e, i W ANG Bin, LU X iao -p ing ( Institute of Sonochem ical Eng in eering , N anjin g U niversity o f T echno logy , N anjin g 210009, Jiangsu Prov in ce , China) Abstract : T he effects o f ultrasound on po lyv in y lid eneflu oride ( PVDF ) hollow fibre u ltraf iltration m em brane and its flux recovery w ere stud ied . T he resu lts show th at the dam age o f m e m brane is increasing w ith th e in crease o f 2 ultrasound intensity and the treatm en t ti me . T here is no dam age when u ltrasound in tensity is 2 200 W /m fo r 30 h . T he new m em brane is easy to be po lluted by saturated CaC l2 so lution and the perm eate flux declin es obv io usly . The u ltrasound cooperated w ith d ilu te citr ic ac id can c lean the contam in ation on the new m em brane m odu le easily and its flux recovery is in creased to 81 % . H ow ever , the flux recovery is on ly 66 . 3% w hen th e new m em brane is cleaned on ly by citric acid . T he m em brane covered w ith heavy contam in ation should be soaked in dilute citric acid . T he flux recovery can be in creased to 73. 2% a fter 7 h soak in g , w hich is h ig her th an tha t o f 56 . 2 % w ithout soaking. K ey w ord s : u ltrasound ; ho llow fib re ; u ltrafiltrat io n m em brane ; po ly v iny lideneflu orid e ; m embrane flux 国内外文献表明, 超声空化等作用可增加膜的 振动, 破坏污垢和膜面的结合而提高通量 人研究超声对平板有机膜的破坏
3 2 3 2 2
2
浑浊 固体。而旧膜 件模拟污染 12 h 后, 膜 通量微 降。由图中两组件初始通量可知此污染膜的污染程 度较重, 膜面已产生污垢 搭桥 , 膜孔堵塞较慢, 因 此通量变化不显著。采用开、 停超声结合来考察超 声的助过滤特性, 由图 9 可见 , 新膜件清洗后通量从 0 . 066 c m / ( cm (c m (c m
作者简介 : 晋卫 ( 1964
), 男, 博士研究生 ; 吕效平 , 通讯联系人 , 教授, 博士生导师 , 主要从事超声化学工程的研究 , E-mai: l xp lu @ n ju.t edu. cn 。
晋
卫等
超声对聚偏乙烯中空纤维超滤膜的清洗研究
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有代表性的电镜照片见图 3 6 。 图 3 为新膜 SEM 照片 , 图中可见膜面有污染物 2 大颗粒。经 3 860W /m 超声处理 1 . 5 h 后, 膜上未 见污染物颗粒 , 见图 4 。图 5 、 图 6 显示了不同声强 及辐照时间下 , 超声对膜的破坏。膜上的破坏圆孔 较光滑且有波纹状 , 表明是声空化的作用, 因为空化 泡崩溃时具有较高温度与冲击力。
2 3 2
m in ) 提 高 到 了 0 . 123 5 c m /
3
3
m in ) 。 通量恢复到初始通量的 80 . 7% , 新膜 m in ) 。而相同处理时间下 不加超声时的通
件在质量分数为 2 % 的柠檬酸中通量为 0 . 153 c m /
, 清洗
并延长膜的寿命 , 但声功率过大会破坏膜面。曾有 , 但未见应用 较多的中空纤维膜受超声破坏的文献。文献 [ 8] 初 步探讨了超声对污染聚偏氟乙烯有机膜的清洗效果 并发现大功率超声会破坏膜面。本文用新聚偏氟乙 烯中空纤维膜进行声破坏实验 , 并用新膜制成组件 进行饱和 C aC l 2 模拟污染来进一步验证超声清洗效 果 , 以供实际应用参考。
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时间 / h 3 6 15 30
截留率 /% 84. 86 85. 45 84. 49 84. 57