膜微孔形态对静态膜吸收的影响

膜微 孔形 态对 静 态 膜 吸 收 的影 响
高 坚 张 泽 廷 任 钟 旗 张 卫 东
（ 京 化 工 大 学 化 学 工 程 学 院 ，北 京 １０ ２ ） 北 ００ ９
摘
要 ：选 用 了 １ ０种 具 有 不 同膜 结 构 的 板 式 膜 ， 以 Ｃ ２去 离 子 水 或 ０ １ ｏ Ｌ Ｎ ＯＨ 溶 液 为 实 验 体 系 ， 行 了 并 Ｏ一 ．ｍｌ ａ ／ 进
静 态 膜 吸收 实 验 。实 验 研 究 了对 于 不 同微 孔 形 态 的膜 （ 伸 孔 膜 ， 状 孔 膜 ） 膜 孔 隙 率 和 膜 厚 度 对 膜 吸 收 过 程 传 拉 指 ， 质性 能 的 影 响 。实 验 结 果 表 明 ， 同 膜 的 微 孔 形 态 不 改 变 膜 厚 度 及 孔 隙率 对 膜 吸 收 传 质 性 能 的 影 响 结 果 。本 文 最 不 后通 过 分 析 拉 伸 孔 膜 表 面特 征 ， 出 了基 于 指 状 孔 假 设 的 孔 隙率 影 响 膜 吸收 模 型也 适 应 于 该 类 型 膜 。 指 关键 词 ： 式 膜 ； 孔 形 态 ； 收 速 率 ；传 质 系 数 板 微 吸
大于半孔间距 ｄ 时， 此时溶质浓度剖面完全覆盖 膜表 面 ， 图 ３ 所 示 ， 如 ａ 因而 孔 隙率 对 其 传 质 过 程 几
乎没有 影 响 ； 当沿膜 表 面 切 向方 向扩 散 距 离 小 而 于 半孔 间距 ｄ 时 ， 时溶 质 浓度 剖 面不能 覆 盖膜 表 此 面， 图 ３ 如 ｂ所示 ， 因而 孔隙 率对 其传 质过程 有影 响 。 对 于指状 孔 膜 ， 图 ４ ａ 所 示， 模 型 能 较 好 的 解 如 （） 该 释孔 隙率影 响指状 孔膜 吸收 传 质的机 理 。而对 于实 验 所用 Ｐ Ｅ膜是 拉 伸膜 ， ＴＦ 其孔 为 网状交错 结构 ， 如 图 ４ ｂ 所 示 ， 膜 吸收 过 程 中， 隙率 对 膜 吸 收 过 （） 其 孔
个个 指状 圆孔 ， 均 匀 排 列。但 是 该 研 究 的 实验 所 并
用膜 是双 向拉 伸 制备 的 Ｐ Ｆ Ｔ Ｅ膜 ， 微 孔 为 网状 交 其 错 的拉 伸孔 。其基 于指状 孔假 设 的模 型是 否适 用于 拉 伸孔膜 吸收 过程 有待 于进一 步研 究。 为此， 研 究选 用具 有不 同孔 隙率 的拉伸 孔膜 ， 本 核 孔膜 （ 指状 孔 ， 孔随 机分布 ） 规则孔 膜 （ 状孔 ， 但 ， 指
膜 夹在两 空腔 中 间。膜 结构 参数如 表 １所示 。为 了
减少 气 相 及 膜 相 阻 力 带 来 的 影 响， 研 究 采 用 纯 本 Ｃ ２ 为 气 相 ， 收 剂 为 去 离 子 水 和 ０ １ｍｏ／ Ｏ 作 吸 ． ｌ Ｌ
Ｎａ 溶 液 。 ＯＨ
其 中孔 隙率 是 一关键 因 素。该模 型将 膜微 孔看 作一
对 于上 述情况 ， 学者提 出膜 结构 ， 有 特别 是膜 孔 隙率对 膜 吸收过 程有 较大 影 响。２ ０ ０ ５年， 欣 等 ＿ 郝 ６ Ｊ 在研 究 中空 纤 维 膜 吸 收 ｃ ２时 发 现 孔 隙 率 对 中 空 ｏ 纤维膜 吸收 过程 有较 大 影响 ， 研 究 分 析是 由于 孔 该 隙率 影响溶 质 在液相 侧膜表 面浓 度分 布不均 而导 致 膜表 面传 质面 积的丧 失 ， 而影 响传 质。 同年 ， 秀 从 张 莉等 ［ 建立 描 述 溶 质 在 液 相 侧 膜 表 面 传 质 行 为 模 ］
中 图 分 类 号 ： Ｑ０ ８ Ｔ ２
引 言
在 膜 吸技 述其 中空 纤 维 膜 吸 收 传 质 过 程 有 较 大 偏 差 ＿ Ｊ １， 许 多研 究者认 为是 中 空纤维膜 器壳 程流 体非 理想性
并 规则排 列 ） 行膜 吸收 实验 。在不 同 吸收剂 下（ 进 去 离子 水和 ０ １ ｌＬＮａ Ｈ 溶液 ） 收纯 ｃ ２ 以此 ． ｍｏ／ Ｏ 吸 ｏ。 研究 在不 同微孔 形 态 下 ， 厚度 及 膜 孔 隙率 对膜 吸 膜
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第３ ３卷 第 ５期
２ ６正 ００
北 京 化 工 大 学 学 报
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ Ｂ ＪＮＧ ＥＩＩ ＵＮＩ ＲＳ ＴＹ ＯＦ ＣＨＥ Ｉ ＡＬ ＴＥＣ ＶＥ Ｉ Ｍ Ｃ ＨＮＯＬ ＯＧＹ
Ｖｏ ． ． Ｎ ｏ． １ ３３ ５ ２０ ０６
型， 分析 了液相 侧膜 表面溶 质浓 度剖 面的 影响 因素 ，
响， 本研 究选择 板式 膜组件 进行 静 态膜 吸收实验 （ 两
相不流 动 ） 。实 验 装 置 如 图 １所 示 。使 用 膜 器 为两
个长 ３０ ０ ｍｍ， １０ｍｍ， ２ ｍｍ 的 长方 形 空腔 ， 宽 ５ 高 ５
收过 程 的影响情 况 。
流 动造 成的 ， 是 各研 究 者基 于 中 空纤 维 膜 壳 程 流 但 体 非 理 想 流 动 得 到 的 壳 程 传 质 关 联 式 都 不 尽 相
同［５。 ３］ －
１ 实 验 部 分
１ １ 实验 装置 及实 验体 系 ．
为 了屏蔽 中空纤 维膜 壳程 非理 想流 动带来 的影
图 １ 实 验 装 置 流 程 图
Ｆ ｇ． Ｅｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｓ ｔｕ ｏ ｃ ａ ｔ ｉ １ ｐｒ ｍｅ ｔ ｌ ｅ — ｐ ｆ ｗ ｈ ｒ ｌ
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第 ５期
高
坚 等 ：膜 微 孔 形 态 对 静 态 膜 吸 收 的 影 响
１ ２ 实 验数 据记录 及处 理 ． 实验 中 ， 封 槽 用 来 调 节 气 相 压 力， 持 压 力 液 保
收 稿 日期 ： ０ ６０ ０ ２ ０ —２２ 基 金项 目 ：国 家 自然 科学 基 金 （０ ０ ０ ２ ２ ２６ ０ ） 第 一 作 者 ： ，１ ７ 生 ， 士 生 男 ９ ８年 博
＊ 讯 联 系 人 通
Ｅ— ｉ ｈ ｎ ｗｄ ｍａｌｂ ｃ ．ｄ ．ｎ ｍａｌ ａ ｇ ＠ ：ｚ ｉ ｕ ｔｅ ｕ ｃ ．