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Zeta电位结合通量原检测中空纤维膜局部膜污染研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 中空纤维膜分离技术

1.2 中空纤维膜污染及控制方法

1.2.1 膜污染机理

1.2.2 膜污染控制方法

1.2.3 中空纤维膜污染在线监测方法

1.3 中空纤维膜局部膜过滤行为

1.3.1 膜内压降实验测定方法

1.3.2 纤维膜水平放置点通量测定

1.4 Zeta电位检测技术

1.4.1 Zeta电位监测膜污染基本原理

1.4.2 Zeta电位技术在膜领域中应用

1.5 课题的提出及研究内容

1.5.1 课题研究背景

1.5.2 课题研究目的

1.5.3 课题研究内容

第二章 不同预处理方式下酵母溶液的特性对中空纤维膜过滤行为的影响

2.1 本章内容

2.2 实验部分

2.2.1 实验材料及分析仪器

2.2.2 酵母溶液的预处理方式

2.2.3 分析手段

2.3 结果与讨论

2.3.1 不同预处理方式下酵母溶液的特性

2.3.2 不同预处理方式下酵母溶液的pH随时间变化关系

2.3.3 不同预处理方式下酵母溶液的过滤特性

2.3.4 不同预处理方式下酵母溶液的Zeta电位特性

2.4 小结

第三章 Zeta电位表征局部膜污染形式

3.1 本章内容

3.2 实验部分

3.2.1 实验材料及分析仪器

3.2.2 膜和料液的特性

3.2.3 实验装置

3.2.4 Zeta电位的计算

3.3 结果与讨论

3.3.1 使用Zeta电位结合通量的方法分段检测局部膜污染行为

3.3.2 纤维长度对局部膜污染形式的影响

3.4 小结

第四章 Zeta电位结合通量在线监测局部污染再分布行为

4.1 本章内容

4.2 结果与讨论

4.2.1 恒压操作条件下的污染再分布行为

4.2.2 恒通量操作条件下的污染再分布行为

4.3 小结

第五章 结论与建议

5.1 实验及研究结论

5.2 研究中的不足与建议

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢

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摘要

如何深入分析膜过滤行为是有效控制中空纤维膜污染的核心问题,也是保障膜系统高效稳定运行的关键。本文以Zeta电位原位无损检测技术和局部通量结合表征的方法,来研究中空纤维膜局部膜污染特性。
  首先,优化了实验所选用的酵母标准溶液的预处理方式,分析了酵母溶液经过离心和干燥、磁力搅拌、超声、溶于缓冲溶液这四种预处理后对中空纤维膜过滤性能的影响。结果表明:经离心干燥预处理的酵母溶液的各项性能比较稳定,比较适合作为膜过滤溶液用来满足不同的实验需求,以深入分析膜污染的机理。
  其次,以Zeta电位原位无损检测技术和局部通量结合表征的方法,来研究膜过滤过程中Zeta电位的变化规律,探索Zeta电位和局部膜过滤行为之间相互作用关系,为深入理解局部膜污染的机理提供更详细的信息。研究发现:在整个中空纤维膜过滤酵母溶液过程中,Zeta电位的变化形式互不相同。当Zeta电位值快速降低时,是膜孔堵塞过程;在滤饼层形成过程中,Zeta电位的变化趋于平缓并呈现线性关系;当Zeta电位值趋于稳定表明处于滤饼层压阶段。在整个死端过滤过程中,Zeta电位值在洁净膜和酵母溶液的Zeta电位值之间变化。此外,纤维长度对局部Zeta电位的分布和局部膜污染行为有很大的影响。随着纤维长度的增加,三段进入滤饼层压实阶段的时间延长,并且三段Zeta电位的差值增加。
  最后,利用Zeta电位结合通量表征的技术来分析膜过滤实验中发现的污染再分布现象。在局部膜过滤实验中发现:在中空纤维膜过滤起始阶段,靠近泵出口处的局部通量最大,中段次之,尾段最小。局部通量沿着膜纤维长度不均匀分布是因为抽吸压力的不均匀分布,在死端过滤过程中,靠近泵出口处的抽吸压力最大,因此首段的膜通量最大,但是污染物首先在首段发生沉积,首段的污染也最为严重,通量下降速率最快;而尾段较小的抽吸压力而使其渗透通量的变化比较轻微,这就导致了局部通量的不均匀分布。随着膜过滤的进行,压降迅速下降,首段的滤饼层阻力与尾段滤饼层阻力的比值逐渐增大,因而尾段沉积的滤饼层更少,因此出现中段或尾段局部通量大于首段的情况。接着延长膜过滤行为,膜表面形成的滤饼层逐渐被压缩,由于滤饼层压缩系数的差异而再次出现首段局部通量最大的情况,进而出现一定程度的污染再分布现象。

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