纳滤两侧离子浓度怎么计算

㈠ 纳滤膜的水渗透系数和溶质渗透系数是多少

利用孔模型分析膜孔结构

本文基于孔模型，从膜对NaCl溶液的透过实验中，得到种膜的结构参数，实验结果表明，从溶质透过膜的参数与从溶剂透过膜的参数得到的膜结构参数并不一致。根据孔模型由溶质的Stokes半径γs得到的膜孔半径γp与根据透过溶剂而计算出的膜孔半径γω之间存在线性关系，对于CA膜，它们的关系式是：γω＝10.50(γp-1.739)，γp与γω之间的相关关系是0.9986，对于γp的标准偏差是0.14。
关键词：孔模型；膜结构参数；CA膜
ANALYSIS OF MEMBRANE STRUCTURE PARAMETERS BY PORE MODEL

LUO Ju-fen， MO Jian-xiong
(The Development Centr of Water Treatment Technology, SOA Hangzhou 310012)

Abstract:Based on the pore model, structural parameters of the eight kinds of membranes were determined with permeation experiments of aqueous solution of sodium chloride. The parameters determined from P differ from that obtained from Lp. There is a good linear correlation between rp which obtained from the solute radius rs and rω which obtained from the pure water flux. For cellulose acetate membranes, the relation of rp and rω can be written as rω ＝10.50(rp-1.739). The linear correlation coefficient between rp and rω is 0.9986 and for rp its standard deviation is 0.14.
Key words:pore model； structure parameters； CA membrane

测定膜结构参数对于预测溶质透过膜的传递性能是很重要的。为了能测定膜的结构参数，出现了摩擦模型，孔模型，改进的孔模型，SHP模型等。Nakao和Kimura等针对单组分水溶液，将这些模型应用到超滤膜分离体系和纳滤膜分离体系，以不同溶质的渗透实验计算了超滤膜和纳滤膜的γp和Ak/△x值〔1-3〕。
本文通过膜对NaCl水溶液的透过实验，在确定不可逆过程热力学迁移方程中的三个参数后，基于改进的孔模型〔6〕，得到8种分离膜的结构参数，并比较了从溶质和从溶剂透过性能所得到膜孔结构参数的区别。这些膜对NaCl的脱除率在15%～99%之间，其中有部分膜是超滤膜。

1 理 论
压力驱动过程中膜的迁移过程可以用不可逆过程热力学来描述。Kedem和Katchalsky〔4〕基于线性非平衡热力学唯象理论提出如下的传递方程：

Jv＝Lp(△P-σ△π) (1)

Js＝ω△π＋(1-σ)Jv. (2)

利用Van't Hoff等式△π＝RT△Cs，则式(2)可以写成

Js＝P△Cs＋(1-σ)Jv. (3)

为解决膜二边平均浓度的问题，Spiegler等〔5〕将等式(3)改写成另一种形式：

Js/△C＝P＋(1-σ)(JvCln/△C) (4)

等式(3)、(4)是作为反渗透膜(具有高溶质分离率)的传递方程提出的，Nakao在他的实验中〔2〕说明等式(3)、(4)也适用于作为超滤膜的传递方程。
在这些等式中，膜的表征以三个传递系数表示：纯水透过系数Lp，溶质渗透系数ω或P和反射系数σ。但上述唯象方程属于黑箱模型，不能得到有关膜内部透过机理的情况，因此，出现一些利用膜结构来说明σ和P的传递模型。
Pappenheimer等提出了传递“孔理论”来计算通过毛细管的迁移过程，在这个理论中，溶质通量包括过滤流和扩散流，这二种流动都受到进入膜孔时位阻障碍和孔内摩擦阻力的影响。Verniory等人〔6〕利用Haberman和Sayre的计算和摩擦模型改进了这种“孔理论”，根据这种改进的孔理论，膜结构可以用参数σ和P来预测。假设圆柱形膜孔的孔径与孔长分别为常数rp和△x，并且球状溶质半径为rs，则溶质通量可表示成

(5)

这里Ak是总的贯通孔面积与膜有效面积之比，SD和SF分别是扩散流和过滤流的位阻因数，并且是rs与rp比值q的函数，其中：

SD＝(1-q)2 (6)

SF＝(1-q)2(1＋2q-q2) (7)

f(q)和g(q)是圆形壁面效应的修正因数，由Haberman和Sayre计算如下：

f(q)＝(1-2.1q＋2.1q3-1.7q5＋0.73q6)/(1-0.76q5) (8)

g(q)＝〔1-(2/3)q2-0.2q5〕/(1-0.76q5) (9)

将式(5)与式(3)相比较，则膜的参数σ和P可用下式表示

σ＝1-g(q)SF (10)

P＝Df(q)SD(Ak/△X) (11)

在孔模型中，纯水通量用Hagen-Poiseuille式表示，因此，纯水透过速率Lp可以写成：

Lp＝(r2p/8μ).(AK/△X) (12)

2 实 验
2.1 实验装置

实验装置如图1所示。

图1 实验装置示意图
1.原液池，2.微滤器，3.恒流泵，4.测试池，
5.微型电导检测器，6.磁搅拌子，6.硅压力传感器

2.2 实验条件和过程
首先，将膜充分润湿后置于测试池，用纯水预压1h，预压压力为膜最高实验压力的1.2倍左右。然后原液换成0.01mol/L NaCl溶液，测定不同压力时透过液流速JV和浓度C3，利用式(4)，根据Js/△C和JVCln/△C的关系，采用最佳拟合，得到膜性能参数σ和P，将σ和P代入(10)和(11)式，就能根据溶质的Stokes半径rs而算出膜孔半径rp和膜的Ak/△X值。在25℃条件下，NaCl-H2O体系的Stokes半径rs＝1.616×10-10m。
利用式(1)计算膜的Lp值。
将Lp值和由式(11)得到的Ak/△X值代入Hegen-Poiseuille式(12)中，则可得到根据透过溶剂而计算出的膜孔孔径rω。

3 结果和讨论
在测试压力范围内，透过液流速与压力成直线关系，并且实验中透过液通量与纯水通量几乎一致，因此，实验渗透压可以忽略不计。并且这也表明，实验过程中没有出现污染或严重浓差极化现象。
3.1 压力的影响
压力对脱除率的影响是很大的，随压力增加，R值也增加，R值增加到某个数值后，变化趋缓。因此，对于表示膜的特征来说，R不是一个很合适的参数。
3.2 膜性能参数的确定
用以下方法确定膜的三个迁移参数Lp、σ和P。
纯水透过参数Lp利用实验的透过速率从式(1)可以得到，渗透压△π忽略不计，参数σ和P则利用对数平均浓度Cln从式(4)中可以确定。从实验数值看，Js/△C和Jυ.Cln/△C是一相当好的直线关系，这样参数σ和P也可从这条直线的斜率和截距中求得。
8种膜的三个性能参数列于表1。

表1 膜的性能参数Lp、σ、P

膜 1# 2# 3# 4# 5# 6# 7# 8#
σ 0.943 0.903 0.899 0.857 0.457 0.131 0.313 0.2998
P×107(m/s) 3.33 12.65 7.17 5.03 24.5 10.2 24.0 5.95
Lp×1012(m/Pa.s) 4.84 10.32 4.48 4.40 9.12 11.05 14.80 12.67

从表1可知，实验所用膜对NaCl的σ值在0.131～0.943之间。
3.3 膜结构参数的计算
根据改进的“孔模型”，式(10)的关系式可如图2所示，因此，在膜的σ值已知时，可从式(10)求出q值，再代入溶质的Stokes半径即可得到膜的rp值(＝rs/q)

图2 σ与q之间关系

列于表2的膜的另一个结构参数Ak/△X也是基于孔模型，采用式(11)从q值和实验数值溶质的渗透系数P计算得到。

表2 从孔模型中得到的膜结构参数rP和△X值

膜 1# 2# 3# 4# 5# 6# 7# 8#
rp×1010(m) 2.02 2.18 2.21 2.31 3.85 8.78 5.19 5.39
Ak/△x(m-1) 2.72×105 3.67×105 1.78×105 7.98×104 1.9×104 1.63×103 8.20×103 1.91×103

若将膜的Ak/△X值和表1中的Lp值代入式(12)，则可得到由水的透过速率Lp得到的膜孔半径，以rω表示，结果见表3。
表3 由水的透过速率得到的膜孔半径rω

膜 1# 2# 3# 4# 5# 6# 7# 8#
rω×1010(m) 3.77 4.74 4.49 6.64 19.6 73.6 38.0 72.9

比较表2和表3，可看到，rω与rp并不一致，并且rω大于rp。
不同文献〔1.3〕在利用“孔模型”时，提到由P得到的Ak/△X值与由Lp得到的Ak/△X值之间存在偏差，即从溶质透过膜参数与从溶剂透过膜参数得到的膜结构参数并不一致。
以rp对rω作图，可看到除了8#膜，其余膜的rp与rω几乎落在一条直线上，见图3。因8#膜为SPS膜，其余的均为CA膜。8#膜的rp与rω的关系不在直线上。也许，因材料不同，它的斜率和截距不同。

图3 rp与rω关系

除去8#膜的rp和rω值，对其余7种膜的rp和rω进行线性回归的结果是：

rp＝0.09527rω＋1.739 (13)

或者改写成

rω＝10.50(rp-1.739) (14)

rp与rω之间的线性相关系数是0.9986，对rp的标准偏差是0.14。因此，可以认为对于CA膜，在NaCl水溶液体系中，根据孔模型由膜性能参数σ和P得到的膜孔半径rp与根据透过溶剂而计算出的膜孔半径rω之间存在线性关系。
由式(14)和图3可知，当rp小于1.74×10-10m时，rω已为零，也即此时，膜的纯水透过速率为零。这与祝振鑫等〔7〕推导的当网络孔半径小到2.0×10-10m时，膜产率为零的推论非常相近。水分子半径为0.87×10-10m，也即当孔道小于两个水分子时，水分子即被卡住，使水不能流动。

4 结 论
本文利用孔模型，对8种膜的性能参数和结构参数进行了测定。实验表明，由溶质的Stokes半径基于孔模型得到的膜孔半径rp与从溶剂水的透过速率得到的膜孔半径rω并不一致，但存在线性关系。对于CA膜，在NaCl水溶液体系中，它们的关系是: rω＝10.50(rp-1.739)。相关关系是0.9986，对于rp的标准偏差是0.14。这也表明当rp小到1.74×10-10m时，膜的纯水透过速率为零。
对其它材料制成的膜的rp与rω之间关系有待进一步实验。

㈡ 纳滤膜对硫酸根离子的去除率是百分之多少

我知道NANOTON的膜对硫酸根的去除能力应该是96-98%吧。其他的不太清楚

㈢ 如何降低纳滤膜对二价离子的截留率

很难控制，或者说无法控制。纳滤膜主要对二价离子截流。可以考虑在纳滤前面加超滤，通过不断稀释料液进，反复进超滤，拿到去二价盐的效果

㈣ TDS、pH值、硬度、反渗透、纳滤、超滤、微滤 详细的解释~~~~~~~~

TDS : 是专门用来检测水的纯净度的一种简单数值（工具）TDS值越小，表示水越纯净。

PH值： 是指水的酸碱性 一般的水大多PH值应该在5～7之间

硬度：因为水中的钙镁离子浓度过高，就会导致水的硬度过高，硬度太高的水不利于长期饮用，就连洗衣服都会发黄发硬，北方的井水的硬度一般是在500～1000之间。而生活用水的硬度大概应该在300以下。

反渗透：目前最先进的水处理技术，核心部件就是反渗透膜（过滤孔径为0.0001微米）就算是尿过滤后都可以直接饮用。所产生的水是纯水，TDS值绝对会在50以下。一般都是在20左右。PH值在6左右。总硬度100以下。

纳滤：纳滤是在反渗透与超滤的中间，过滤孔径约0.001微米。因为过滤效果不上不下，所以目前很少人采用纳滤做来水处理。

超滤：超滤的过滤孔径为0.01微米，对于去除水中的微生物，悬浮物，胶体，颗粒有明显的效果，但无法去除离子。。所以在水源差的地方不可以直接饮用。但其不用电，无废水，出水量大，目前使的还是非常广泛。

微滤：微滤是指1微米以上的过滤器的统称，PP棉、龙头净水器这些都是在1微米左右，基本是除泥沙的做用了。。

还有什么不明白的可以加我好友！

㈤ 纳滤膜过滤的分子量范围是多少

纳滤膜能截留抄0.1-1
微米袭之间的颗粒。能允许大分子和溶解性固体(无机盐)等通过，但会截留住悬浮物、细菌及大分子量胶体等物质。纳滤膜的操作压力比反渗透的低，但价格比反渗透贵些，所以一般家用净水机主要是超滤和反渗透饮水机。工业来说，要看出水的具体要求，如果要达到纯水要求的话，就必须要用反渗透。
纳滤膜过滤性能还与膜的荷电性、膜制造的工艺过程等有关。不同的纳滤膜对溶质有不同的选择透过性，如一般的纳滤膜对二价离子的截留率要比一价离子高，在多组分混合体系中，对一价离子的截留率还可能有所降低。纳滤膜技术实际分离性能还与纳滤过程的操作压力、溶液浓度、温度等条件有关。如透过通量随操作压力的升高而增大，截留率随溶液浓度的增大而降低等。

㈥ 怎样计算水量回收率

依据预处理的进水水质及用水要求而定的。膜系统的回收率在设计时回就已经确定， 回收率答=（产水流量/进水流量）×100% 反渗透(纳滤)膜组件的回收率、盐透过率、脱盐率计算公式如下。 回收率= 产水量/进水量×100% 盐透过率=产水浓度/进水浓度×100%脱盐率=（1-盐通过率）×100%

㈦ 纳滤膜对离子分离技术的操作条件具体分析

纳滤膜对离子的截留率受到共离子的强烈影响，对同一种膜在分离同种离子并在该离子浓度恒定条件下，共离子价数相等，共离子半径越小，膜对该离子的截留率越小，共离子价数越高，膜对该离子的截留率越高。纳滤膜对二价离子的截留率较一价离子截留率高得多，主要是由于离子半径和静电斥力作用影响造成的。

一、陶氏膜组件操作条件

纳滤膜的分离性能有直接影响，操作压力的提高可提高水通量和脱盐率，回收率的提高可降低水通量和脱盐率，料液速率的提高可提高水通量和脱盐率。纳滤膜的耐压密性好，水通量和截留率随操作时间延长基本不变，对分子量数百的有机小分子和高价离子有较高的脱除率。

二、陶氏纳滤膜元件其它条件

由于道南离子效应的影响、物料的荷电性、离子价数、离子浓度、溶液pH值等对纳滤膜的分离效率有一定的影响。

三、纳滤膜分离技术具有的典型特征:

一是截留分子量为200 ～2000Da，其值介于反渗透和超滤之间。

二是纳滤膜表面分离层通常带有电荷，对不同价态的离子具有道南效应，其分离性能具有离子选择性。

陶氏DOW纳滤膜技术以其独特的分离性能在许多领域中占有不可替代的地位。目前，国内关于纳滤技术的研究多在膜材料、膜结构及分离机理领域，纳滤膜元件的运行特性包括测试特性与运行特性两个方面。测试特性系指特定运行条件下膜元件的运行参数，例如特定给水含盐量、给水温度、膜通量及回收率条件下的膜元件工作压力与透盐率两项指标。

㈧ 纳滤膜 产水量多少一般选 陶氏，海德能的

应用纳滤膜对溶液中的溶质进行分离时，它的截留率会受到一些因素的影响版，从而呈现出权不同的变化规律，对这个规律进行详细的了解有利于更好的应用纳滤膜的分离性能。
这里我们将主要针对纳滤膜在对溶液进行分离的过程中，其根据处理溶质的不同所呈现的一些变化规律做以下详细介绍：
一、若保持系统的压力恒定，那么纳滤膜的截留率将会随着溶液浓度的增加而降低。

二、这种膜的截留率与溶质的摩尔质量变化成正比，当摩尔质量减少时，那么截留率也将随之降低。
三、如果溶液的浓度保持恒定时，那么膜的截留率将同其两侧压差变化形成正比，压差降低将导致截留率也随之下降。
四、对于溶液中一些常见的阴离子，膜的截留率将按照硝酸根离子、氯离子、氢氧离子、硫酸离子的顺序依次升高。
五、对于溶液中一些常见的阳离子，膜的截留率将按照氢离子、钠离子、钾离子、钙离子、镁离子、铜离子的顺序依次升高。

㈨ 纳滤对钙离子和镁离子的去除率哪个高

目前纳滤技术原理有两类主流观点，一个是溶解扩散原理，一个是电效应原理，我们从电效应进行分析：

纳滤膜与电解质离子间形成静电作用，电解质盐离子的电荷强度不同，造成膜对离子的截留率有差异，在含有不同价态离子的多元体系中，由于道南(DONNAN)效应，使得膜对不同离子的选择性不一样，不同的离子通过膜的比例也不相同。

纳滤过程之所以具有离子选择性，是由于在膜上或者膜中有负的带电基团，它们通过静电互相作用，阻碍多价离子的渗透。根据文献说明，可能的荷电密度为0.5～2meq/g。
为此，我们可用道南效应加以解释：
ηj=μjzj.f.φ
式中ηj——电化学势；
μj——化学势；
zj——被考查组分的电荷数；
f——每摩尔简单荷电组分的电荷量；
φ——相的内电位，并且具有电压的量纲。
式中的电化学势不同于熟知的化学势，是由于附加了zj.f.φ项，该项包括了电场对渗透离子的影响。利用此式，可以推导出体系中的离子分布，以计算出纳滤膜的分离性能。
以上是理论上的分析方法，要详细的数据就要一个个参数查出来套进公式，如果只是要简单地判断钙和镁的截留率，这里从直观的方式来进行解释：
电荷性越强，纳滤膜对该金属离子的截留率越高，如：
三价金属离子截留率>二价金属离子截留率>一价金属离子截留率
同价位的金属离子，电荷越强，截留率越高，如：

Cu2+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>Mg2+>Ca2+

道理很简单，电荷越强，膜对该离子的排斥越大，因此更不容易透过膜
根据我们的工程经验，一般不去区分钙镁谁的去除率高，因为差别不大
希望对您有帮助

㈩ 膜通量的计算公式

膜通量（J）的计算公式为：J= V/(T×A)。其中：J是膜通量（L/m2·h）；V是取样体积（L）；T是取样时间专（h）；A是膜有效属面积（m2）。

测量方法：

1、在一定的操作条件下，采用出水抽吸泵工作在一个级数上使膜工作一个时间段Δt（不小于30 min），观测透膜压力在Δt内的变化。

2、若透膜压力保持恒定，调节出水抽吸泵的级数，使膜通量增加一个阶量，重新观测TMP在另一个Δt内的变化，如此继续，直到TMP在Δt内随时间不断增长为止，记此时的膜通量为FN+1。

(10)纳滤两侧离子浓度怎么计算扩展阅读

膜通量的应用领域：

1、过滤水：中大超纯水系统的前置过滤处理，饮料业用水前置过滤处理。

2、食品行业过滤：食用油、蔬菜油的过滤，糖浆、巧克力等各式浆液的过滤。

3、化学工业过滤：电镀液药液的过滤，油漆，涂料的过滤，机械用油，切削油，重油，高黏度树脂的过滤，制药的过滤等。

参考资料来源：网络-膜通量