Mekanis ak kontwòl nan polisyon manbràn ultrafiltrasyon

Oct 25, 2024

Sa ki annapre yo pral yon ti tan prezante mekanis ak modèl polisyon manbràn ultrafiltrasyon.

Rezilta tès yo montre ke faktè prensipal yo ki lakòz polisyon manbràn gen ladan pwopriyete materyèl manbràn, entèraksyon ki genyen ant materyèl manbràn ak likid trete a, konsantrasyon ak pousantaj koule nan likid trete a, elatriye.

Pwoblèm nan manbràn fouling ka rezoud efektivman pa amelyore pwopriyete yo nan materyèl manbràn ak rezonab manyen paramèt matche ant manbràn an ak likid la trete.

Akòz aplikasyon an lajè nan manbràn ultrafiltrasyon nan jaden an nan rezèv dlo ak drenaj, rezistans nan filtraj ki te koze pa polisyon manbràn pandan operasyon an nan sistèm nan, espesyalman nan jaden an nan tretman dlo ize, ap toujou ap ogmante, ak diminisyon nan grav nan filtraj manbràn. flux se kle pou anpeche aplikasyon ak pwomosyon teknoloji sa a. Papye sa a gen pou objaktif pou amelyore konpreyansyon yo genyen sou aplikasyon efikas nan teknoloji manbràn nan rezèv dlo ak jaden drenaj pa rezime faktè yo kontwòl polisyon nan eksperyans polisyon manbràn ultrafiltrasyon.

Teyorikman pale, pwosesis adsorption nan solisyon an sou sifas manbràn an konplike paske toujou gen adsorption konpetitif ant solute a ak sòlvan an oswa ant eleman yo nan melanj adsorban (manbràn) nan pwosesis adsorption la, kidonk izotèm adsorption nan solisyon an dwe kalkile lè w mezire liy adsorption izotèmal aparan an epi ajoute done adsorption vapè ki apwopriye yo. Sepandan, an reyalite, nan yon pwen de vi kalitatif, li ka konsidere ke adsorption nan manbràn nan solute a se pre relasyon ak polarite ki genyen ant de la, ak manbràn nan materyèl polè gen tandans fòtman adsorb sibstans polè, ak la. adsorption nan sibstans ki pa polè se pi fèb. Okontrè, fim nan materyèl ki pa polè gen plis chans pou adsorbe solutes ki pa polè.

Nan lòt men an, dapre prensip la nan solubility menm jan an, solute polè fonn fasil nan Solvang polè, pandan y ap solute ki pa polè fonn fasil nan Solvang ki pa polè. Plis li se pi fasil yo fonn, mwens chans li se yo dwe adsorbed pa sifas la manbràn. An rezime, si polarite nan solute a pi pre sòlvan an ak opoze a manbràn nan, adsorption nan solute a sou sifas la manbràn se mwens. Soti nan pwen an mikwoskopik de vi, difikilte pou adsorption sou sifas la manbràn ak estabilite nan kouch adsorption yo gen rapò ak fòs la entèraksyon ant solute a makromolekilè, sifas la manbràn ak solute a makromolekilè. Fòs ki genyen ant yo jeneralman divize an fòs van der Waals ak fòs doub kouch.

Gwosè fòs Van Gogh ant de kò ka karakterize pa konstan pwopòsyonèl Hamaker H. Pou sistèm ternary dlo (1), solut (2) ak manbràn (3) : H213=[H111/{ {5}} (H22 × H33) 1/4] nan fòmil 2, H11, H22 ak H33 se konstan Hamaker dlo, solut ak manbràn, respektivman. Manbràn idrofob la, H33 diminye; Pou solute idrofob, H22 diminye. Tou de nan yo ka mennen nan ogmantasyon nan H213, ogmante fòs la Fan ant manbràn la ak solute a, ak agrave polisyon an nan sifas la manbràn. Se poutèt sa, tou de manbràn idrofob ak solute fè sifas la manbràn pi sansib a kontaminasyon.

Lè manbràn an an kontak ak solisyon an, sifas manbràn an pral chaje akòz adsorption iyonik, oryantasyon dipol, kosyon idwojèn ak lòt efè, ak chaj sifas la ka afekte distribisyon ion nan solisyon an tou pre sifas la: iyon ak chaj diferan yo atire pa chaj la sifas epi yo gen tandans nan sifas la nan manbràn an; Iyon yo ak menm chaj yo repouse pa chaj sifas la epi yo byen lwen sifas manbràn la, sa ki fè iyon pozitif ak negatif nan solisyon an tou pre sifas manbràn separe youn ak lòt. An menm tan an, mouvman an tèmik fè iyon pozitif ak negatif yo gen yon tandans pou retounen nan inifòm melanje. Anba konbinezon de tandans opoze sa yo, iyon heterosign depase yo gaye nan mwayen an tou pre sifas fim chaje a pou fòme yon kouch doub. Lè elèktrifikasyon manbràn an se menm jan ak solisyon an, adsorption polisyon an piti. Okontrè, adsorption a pi gwo. Kantite polisyon adsorbed sou sifas manbràn depann de rezilta konbine de fòs ki anwo yo.

Modèl adsorption nan fouling manbràn ka eksprime pa ekwasyon adsorption Gibbs ak ekwasyon adsorption Fredrich. Pami yo, ekwasyon adsorption Gibbs konsantre sou relasyon adsorption nan kondisyon izotèmik:

Nan ka chalè adsorption an gen rapò ak degre kouvèti sifas, yo itilize ekwasyon Friedrich:

Γ＝k×c1／n …………………………………2．2

Ki kote, Γ se kapasite adsorption polisyon fim nan pou chak inite zòn

k, n se konstan korelasyon an epi c se konsantrasyon ekilib solisyon an

Dapre mekanis ak modèl adsorption nan polisyon manbràn, polisyon manbràn ka kontwole pa ajiste faktè sa yo: pwopriyete idrofil nan materyèl manbràn; Chaje pwopriyete materyèl manbràn; Konsantrasyon solisyon tretman an; Pousantaj koule nan likid tretman an.

Nan papye sa a, yo te etidye faktè enfliyans nan kat kalite polisyon manbràn ki anwo yo atravè eksperyans ki enpòtan, yo nan lòd yo chèche kontwòl chanjman yo nan divès faktè sou polisyon manbràn.

Ekipman yo itilize nan eksperyans sa a gen ladan ultrafilter plak pwòp tèt ou-fè, tank likid manje pwòp tèt ou-fè, beny dlo super konstan tanperati, ponp sikilasyon WZJ-II, mèt izotòp C14, echèl prentan kwatz, mèt wotè ak sou sa.

Materyèl yo itilize yo se solisyon estanda BSA, solisyon fèmantasyon alkòl prepare, polysulfone (PS), polysulfone amid (PSA), polyacrylonitrile (PAN) ak acetate fib plak ultrafiltrasyon manbràn ak pwa molekilè 30, 000.

Premyèman, manbràn ultrafiltrasyon divès kalite materyèl fèt an blòk selon gwosè ak fòm tank ultrafiltrasyon an, epi tranpe nan dlo pi pou 24 èdtan, epi pwa fim mouye a peze. Lè sa a, solisyon fèmantasyon alkòl oswa solisyon BSA estanda nan konsantrasyon diferan prepare pa menm metòd la vide nan tank likid manje a respektivman. Pwosesis la swiv pa tanperati konstan ak sikilasyon presyon lè a dapre pwosesis yo montre nan Figi 1. Apre ekilib adsorption manbràn ultrafiltrasyon, pwa blòk manbràn apre ekilib adsorption la detèmine pou detèmine kantite adsorption ekilib manbràn eksperimantal la. blòk.

Pwa manbràn nan solisyon BSA estanda ak solisyon fèmantasyon alkòl te detèmine pa metòd izotòp C14 ak balans sezon prentan kwatz ak mèt wotè, respektivman. Pousantaj koule nan likid manje kontwole pa reglemante valv ak mezire ponp, ak mezire pa kronomètr ak mezire silenn. Valè pH solisyon fèmantasyon alkòl la te mezire pa pH mèt PHB-4 epi ajiste pa solisyon 1 N HCl ak NaOH respektivman.

Nou te chwazi ki pi reprezantan idrofil manbràn materyèl acetate fib ultrafiltrasyon manbràn (CA) ak pi reprezantan manbràn idrofob manbràn polysulfone ultrafiltrasyon manbràn (PS) pou fè yon eksperyans konparatif tès adsorption ekilib nan solisyon BSA estanda, ak koub ekilib polisyon manbràn mezire. pa izotòp C14 yo te montre nan Figi 2: Jan yo ka wè nan Figi 2, kapasite adsorption nan manbràn PS idrofob pou ekilib polisyon BSA se apeprè 1. 0 mg / m2, ki se 5 fwa sa a manbràn idrofil CA. anba menm kondisyon yo, ak tan pou rive nan kapasite adsorption nan ekilib polisyon se 60 minit, ki se 6 fwa sa a nan manbràn CA. Li ka wè ke manbràn an te fè nan materyèl idrofil diminye H213 akòz ogmantasyon nan Hamaker li yo, kidonk diminye fòs la Fan ant materyèl la manbràn ak solute a, ak efektivman diminye nivo a polisyon nan sifas la manbràn. Li ka byen klè nan ekwasyon Gibbs la ke apre detèminasyon paramèt C, T, R ak , Γ sèlman chanje ak θ. Pi fò idrofobisite nan materyèl la, pi gwo a d (COSθ) / dC, pi grav la polisyon manbràn.

Eksperyans lan te montre ke manbràn idrofil la te gen avantaj nan kapasite absòpsyon ekilib polisyon ki ba. Manbràn idrofob la gen avantaj nan tan long yo rive jwenn ekilib la nan adsorption polisyon. Se poutèt sa, an reyalite, manbràn ultrafiltrasyon etranje aktyèl la jeneralman adopte pratik materyèl idrofil konpoze sou baz manbràn baz idrofob, ki pa sèlman diminye polisyon nan sifas manbràn, men tou, pwolonje tan pou rive nan balans adsorption nan polisyon an. nan sifas la manbràn, ki efektivman amelyore pèfòmans nan manbràn nan ultrafiltrasyon.

Nou te chwazi yon fim PAN ki gen plis reprezantan pozitif ak yon fim PAN ki chaje negatif pou fè eksperyans konparatif. Kondisyon eksperimantal yo te: operasyon presyon lè a; Tanperati: 25 degre; Fermentation solisyon konsantrasyon: 0.333 g/L; pH se 3.5; Pousantaj koule: 43.7cm / min.

Tablo 1 ak Figi 3 montre kapasite adsorption polisyon ekilib ak koub ekilib adsorption nan manbràn ultrafiltrasyon polyacrylonitrile (PAN) ki chaje pozitivman ak chaje negatif (PAN) nan solisyon fèmantasyon alkòl respektivman. Li ka wè nan analiz la dyagram ke kapasite adsorption ekilib nan manbràn ultrafiltrasyon PAN chaje pozitif se pi ba anpil pase sa yo ki nan manbràn PAN chaje negatif nan anviwònman an nan solisyon fèmantasyon alkòl asid chaje pozitivman. Pi ba valè pH la se, se pi fò pozitivite nan solisyon an, se pi gwo diferans ki genyen ant kapasite adsorption ekilib polisyon an nan de manbràn yo, epi lè valè pH solisyon an se fèmen nan pwen an izoelektrik, kapasite nan adsorption nan la. de manbràn gen tandans yo dwe konsistan ak diferans ki genyen ant kapasite maksimòm adsorption de manbràn yo ka rive jwenn plis pase 75%.

Li ka wè ke akòz efè doub elektrik kouch, relasyon ki genyen ant manbràn ak chaj solisyon (valè pH) pral gen yon gwo enpak sou polisyon manbràn. Lè chaj la nan manbràn lan se menm jan ak sa yo ki nan solisyon an, solute a kwense se jeneralman byen lwen sifas la manbràn, sa ki lakòz mwens polisyon. Lè chaj la nan manbràn an opoze ak chaj la nan solisyon an, solisyon an bloke fasil adsorbed ak depoze sou sifas la manbràn, sa ki lakòz pi gwo polisyon.

Se poutèt sa, nan rezèv dlo a ak tretman drenaj, espesyalman nan pwosesis tretman dlo ize, yo ta dwe peye atansyon espesyal nan chaje likid tretman an (anjeneral eksprime nan pH). Lè likid tretman an asid, yo chwazi manbràn ultrafiltrasyon ki chaje pozitivman; Lè solisyon tretman an alkalin, yo chwazi manbràn ultrafiltrasyon ki chaje negatif.

Dapre ekwasyon Fredrich Γ=k × c1 / n, manbràn ultrafiltrasyon nan kat materyèl, sètadi polyalum (PS), polyalum amid (PSA), polyacrylonitrile (PAN) ak fib acetate (CA), yo te chwazi pou detèmine. polisyon ki fòme nan likid fèmantasyon alkòl nan konsantrasyon diferan. Kondisyon eksperimantal yo te jan sa a: presyon; Operasyon presyon lè a; Tanperati; 25 degre; Pousantaj likid fèmantasyon: 43.7cm/min. Rezilta eksperimantal yo montre nan Tablo 2.

Atravè regression lineyè done ki nan Tablo 2, yo te jwenn ekwasyon Fredrich nan kapasite adsorption kat kalite polisyon manbràn jan sa a:

S manbràn:Γ＝{{0}}．4415·C0．3616 ……………………………3．1

PSA manbràn:Γ＝{{0}}．0463·C0．6981 ………………3．2

PAN manbràn:Γ＝{{0}}．0453·C0．6299 ………………3．3

CA manbràn:Γ＝{{0}}．0126·C0．9729 …………………3．4
Li ka wè nan ekwasyon ki anwo a ki kantite adsorption polisyon sou sifas fim nan dirèkteman gen rapò ak konsantrasyon solisyon tretman an. Pi wo konsantrasyon nan likid tretman an, pi fò polisyon an nan sifas la manbràn. Pou fim idrofil, ogmantasyon nan polisyon sifas ki te koze pa chanjman nan konsantrasyon pi gran pase ogmantasyon nan polisyon fim idrofob. Se poutèt sa, nan tretman dlo a, espesyalman nan endistri a tretman dlo egou, itilize nan filtre dlo dilution backflow ak lòt mwayen diminye konsantrasyon nan likid tretman gen yon efè enpòtan sou kontwole ak diminye polisyon nan sifas la fim.

Enfliyans pousantaj koule nan likid tretman an sou polisyon sifas manbràn lan te analize atravè eksperyans adsorption polisyon nan manbràn CA ak PS nan diferan pousantaj koule. FIG. 4 ak FIG. 5 te montre kapasite adsorption ekilib nan manbràn ultrafiltrasyon CA ak PS pandan sikilasyon presyon kre nan likid fèmantasyon alkòl, respektivman, anba kondisyon eksperimantal 25 degre. Valè pH la se 3.5. Konklizyon sa yo ka tire nan dyagram done a: kapasite adsorption polisyon ekilib nan tou de manbràn idrofil ak idrofob se lineyèman envès pwopòsyonèl ak pousantaj koule nan filtraj. Pwopòsyon an nan ekilib polisyon adsorption nan manbràn idrofil diminye ak ogmantasyon nan vitès koule te pi gran pase sa yo ki nan manbràn idrofob.

Sa a se paske ogmantasyon nan pousantaj koule nan likid tretman an se pa sèlman fezab nan diminye fenomèn nan polarizasyon konsantrasyon sou sifas la fim, kidonk diminye polisyon nan sifas fim, men tou, fezab nan diminye polisyon nan sifas fim akòz efè a taye nan likid gwo vitès sou sifas fim nan. An menm tan an, ogmantasyon pousantaj koule ap ogmante tou efè mikwo-brase solisyon tretman an, ankouraje disolisyon solute a epi redwi ensidan polisyon manbràn.

Anplis de sa, bon pretreatment nan sifas la manbràn ak tretman se tou yon metòd efikas kontwole polisyon an nan sifas la manbràn. JA Howell et al. itilize metòd pou fikse papayaz nan manbràn ultrafiltrasyon an pou dekonpoze laktoserom ki depoze sou sifas manbràn an, ki redwi anpil polisyon manbràn. Anplis de sa, manbràn ultrafiltrasyon polysulfone trete ak Tween80 anpil redwi polisyon an sifas manbràn pandan ultrafiltrasyon nan solisyon BSA, ki se yon bon tretman vle di diminye polisyon an sifas manbràn.

Pwoblèm nan kle nan aplikasyon an nan manbràn ultrafiltrasyon nan jaden an nan rezèv dlo ak drenaj se diminisyon nan flux ki te koze pa polisyon manbràn. Faktè prensipal yo ki lakòz polisyon sifas nan manbràn ultrafiltrasyon yo enkli: pwopriyete yo nan materyèl manbràn, koperasyon ki genyen ant materyèl manbràn ak likid tretman, konsantrasyon an ak pousantaj koule nan likid tretman ak lòt faktè. Pa amelyore plis pwopriyete yo nan materyèl manbràn ak rezonab manyen paramèt divès kalite matche ant manbràn ak likid tretman, pwoblèm sa a difisil ka efektivman rezoud, se konsa ke manbràn ultrafiltrasyon ka pi lajman itilize nan jaden an nan rezèv dlo ak drenaj. Hangzhou Jiuling Teknoloji pral fè tou plis metòd rechèch ak devlopman nan solisyon an nan polisyon manbràn nan tan kap vini an amelyore sitiyasyon an.

On: Pwosesis pirifikasyon an nan vaksen kont dyare porsin

Pwochen: Teknoloji inaktivasyon ak retire viris nan pwodwi san yo