荷电纳滤膜的DSPM传质模型及其发展

１ 引 言
作 为新 型 的分离 功能 膜 ， 纳 滤膜 在 饮用 水 制备 、 废 水 处 、 产 品脱 盐和 纯化 等领 域得 到 了广泛 应 用 ， 在 能减排 、 环 境保 护 方 面 发 挥 着 重 要 作 用 。 。相 比于 反 渗透 处理 ， 纳 滤膜对 离 子截 留具有 选择 性 好 、 操作 压 乃 低、 溶 液通 量 大 等优 点 。在 选 择 适 用 于 组 分 明 确 的 溶
关 于纳 滤传 质模 型 的研究 主要 集 中于 下述 几 个 方
面 。针 对 非 电解 质 溶 液 的 非 平 衡 热 力 学 模 型 是 以 非 平
种 既 能 描 述 纳 滤 过 程 基 本 物 理 现 象 又 具 有 应 用 价 值 的 离 子 截 留 模 型 是 纳 滤 科 学领 域 的 一 大 挑 战 。 从 纳 滤 分
排 斥 作 用 。Ｂ ｏ ｗｅ ｎ等 在 ｌ ９ ９ ７年 捉 出 ｒ基 于 扩 展 的
Ｎｅ ｒ ｎ ｓ ｔ Ｐ ｌ ａ ｎ ｃ ｋ 方 程 的 ＤＳ Ｐ Ｍ 模 型 （ Ｉ ） ｏ ｎ ｎ ａ ｎ ｓ ｔ ｅ ｒ ｉ ｃ
液处 理 的纳 滤膜 时 ， 纳 滤 传 质 模 型具 有 重 要作 用 。这
材
文章编 号 ： １ ０ ０ １ — ９ ７ ３ ｌ （ ２ Ｏ １ ３ ） ２ ２ ３ ２ ３ ０ — ０ ５
料
２பைடு நூலகம்Ｏ １ ３ 牛第 ２ ２ 期（ ４ ４ ） 卷
荷 电纳 滤 膜 的 ＤＳ Ｐ Ｍ 传 质 模 型 及 其 发 展
王 钊 ， 徐 一 涵 ， 贾 玉 玺 ， 石 彤 非
足 因为合 理 的模 型 不 但 能 用 于 膜 结 构 和 过 滤 过 程 表
、
ｐ ｏ ｒ ｅ ｍｏ ｄ ｅ １ ） 『 。随着 科技 的进 步 ， ． 许 多 物理 现象 断 被 补 充到模 型 中 去， 之 前 在模 型建 立 过 程 中被 简 化 或 忽 略的 因素都 逐 渐 见 诸 报 道 。 因此 ， 有 必 要 对 荷 电纳 滤 膜的 Ｄ Ｓ Ｐ Ｍ 传 质 模 型 及 其 发 展 作 …综 述 和 比较 性
（ １ ．山东大 学 材料 液 固结 构 演变 与加 工教 育部 重点 实验 室 ， 山东 济南 ２ ５ ０ ０ ６ １ ； ２ ．巾 科学 院 长春应 用 化学研 究所 高分 子 物理 与化 学 国家 重 点实验 室 ， 吉林 长春 １ ３ ０ ０ ２ ２ ）
摘 要 ： 纳 滤 膜 是 一 种 重 要 的 分 离 功 能 膜 。 发 展 一
略 了膜 的微孔 结构 ， 认 为膜 相 中电荷 分 布均 匀 ， 仅 在膜 面垂直 方 向 因 Ｉ ） ｏ ｎ ｎ ａ ｎ效 应 和离 子迁 移 『 『 Ｉ ｆ 存在 一 定 的 电势分 布 和离 子 浓度 分 布 。在针 埘 电解 质 溶 液 、 有 孔
带 电膜 的 空 间 电 荷 模 型 里 ， 似 定膜 由孔 径均 一 、 壁 面
关键 词 ： 纳滤 膜 ； Ｄ Ｓ Ｐ Ｍ； Ｃ Ｐ Ｄ Ｓ Ｐ Ｍ； Ｄ Ｓ Ｐ Ｍ
ＰＰＴ Ｍ
Ｉ ） Ｅ；
中 图 分 类 号 ： ＴＱ０ ２ ８ ． ８
文献 标识 码 ： Ａ
上 电荷 均 匀分 布 的微 孔 组 成 ， 孔 内 电势 分 布 和 离 子 浓 度用 Ｐ ｏ ｉ ｓ ｓ ｏ ｎ — Ｂ ｏ ｈ ｚ ｍａ ｎ ｎ方程 描述 ， 离 子 的传输 现 象用 Ｎｅ ｒ ｎ ｓ ｔ Ｐ ｌ ａ ｎ ｃ ｋ方 程 描 述 ， 流体 流动 用 Ｎ ａ ｖ ｉ ｅ ｒ — Ｓ ｔ ｏ ｋ ｅ ｓ 方程 描述 。在 细 孑 Ｌ 模 型 和 Ｆ ＭＳ模 型 的 基 础 上 ， ｊ － 晓 琳等 在 １ ９ ９ ５年提 出 了静 电位 阻模 型 。 。 。 ， 既考虑 ＿ ｒ细
模 型 以 及 纳 滤技 术 的 发 展 方 向 。
有孔 不 带 电 膜 的细 孔 模 型 。 则 是在 Ｓ ｔ ｏ ｋ ｅ ｓ Ｍａ ｘ ｗｅ ｌ ｌ 摩擦 模型 的基 础上 加入 ｒ 体 阻碍 的影 Ⅱ 向。而 在针 对
电解 质 溶 液 、 无 孔 膜 的 固 定 电 倚 模 型 即 Ｆ ＭＳ （ Ｔｅ ｏ ｒ ｅ ｌ ｌ — Ｍｅ ｙ ｅ ｒ — Ｓ ｉ ｅ ｖ ｅ ｒ ｓ ） 模 型 里 ， ’ 假 设 膜 是 个 凝 胶 层 嘶 忽
离机 理 和 模 型 建 立 两 方 面 ， 对 基 于 扩 展 的 Ｎｅ ｒ ｎ ｓ ｔ
Ｐｌ ａ ｎ ｃ ｋ方 程 的 道 南 位 阻 孔 模 型 （ ＤＳ ＰＭ ） 进 行 了总 结 ，
衡 热 力学 为基 础 的 ， 不 考 虑膜 的 内部 结 构 和 溶 质 透 过
机理 ， 目前 应 用 较 为 Ｊ ＇ ‘ 泛 的 是 Ｋｅ ｄ ｅ ｍ— Ｋａ ｔ ｅ ｈ ａ ｜ ｓ ｋ ｙ模 型 和 Ｓ ｐ ｉ ｅ ｇ ｌ ｅ ｒ — Ｋｅ ｄ ｅ ｍ 模 型 。 针 对 非 电 解 质 溶 液 、
孔模 型所 描述 的膜 微 孔 对 ［ ｝ １ 性 溶 质 的位 阻 效 应 ， 义 号 虑＿ ｒ固定 电 荷 模 型 所 描 述 的 膜 带 电 特 性 对 离 子 的 静 电
Ｉ ） （ ） Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｉ ． ｉ ｓ ｓ ｒ １ ． １ ０ ０ １ — ９ ７ ３ １ ． ２ ０ ｌ ３ ． ２ ２ ． ０ ０ ４
综 述 了考虑 浓 差极 化 层 的 Ｃ Ｐ — Ｄ Ｓ Ｐ Ｍ 模 型、 考虑介 电 效应 的 Ｉ ） Ｓ Ｐ Ｍ ， Ｄ Ｅ模 型 以及 同时考虑 两种 影 响 因素
的Ｉ Ｉ １ 、 Ｍ 模 型 。 采 用 上 述 ４种 模 型 ， 基 于 有 限 元 模 拟 方 法 获 得 了溶 液 渗 透 通 量 与 离 子 截 留 率 的 关 系 曲 线 ， 并 开 展 了 比 较 性 分 析 。 最 后 简 述 了荷 电 纳 滤 膜 Ｄ Ｓ Ｐ Ｍ