纳滤纯化和浓缩染料试验

第22卷第3期1996年6月水处理技术TECHNOL0GYOFWATERTREATMENTV01．22No．3June，1996纳滤纯化和浓缩染料试验J一从张建飞鲁学仁俞三传h(国家海洋局杭州水处理技术开发中心t杭州31o0l2)。拣摘要本文简介了纳滤对粗制染料溶液脱盐净化和浓缩、制备高等纯净染料的部分试验，包括几种膜的实验室评价和I业规模中试放大试验．并对恒容纳滤脱盐和浓缩两个过程进行了数据分析，试验表明纳滤净化和浓缩染料是很经济的、先进的。该试验也为纳滤过程实用化提供j参考和借鉴。煳，财，心。』／，我国染料行业目前生产的多为粗制染料，含盐率高达4O左右，且还混有相当量的异构体，因品质低，影响产品的质量提高，同时也阻碍了染料新配方和新品种的开发，所以纯化粗制染料对进一步提高找国染料工业产品的品质是很重要的。要实现恒容纳滤除盐和浓缩，就要解决膜、元件和工艺参数控制等许多方面的问题，本文以染料恒容纳滤除盐和浓缩为例．对纳滤过程进行了一些初步探讨。1过程分析染料纯化包括两个过程，先是恒容纳滤脱盐，之后是脱水浓缩，分述如下：1．1恒容纳滤脱盐1．1，1枇量操作设膜对盐的截留率为r，染料开始体积为ym．含盐浓度C。tool／m，每次稀释后体积m。，纳滤后体积Vom⋯⋯直到所要求的盐浓度C为止，每次稀释纳滤后的盐浓度：C一c．(Vo／)r(1)第n次稀释纳滤后的盐浓度：C一c。[(。／)r]“(2)反之，也可计算达到盐浓度G时．要稀释的次数：=ln(C／c。)／in[(／)r](3)1．1．2连续操作条件同上．由微分物辩衡算式：V。dC=一C(1一r)dV(4)经积分整理可求得达到所要求的盐浓度C时，纳滤下游侧流出液的体积：V=ln(c。／C)ln(Co／e)一(1一r)／Vo(5)实际上．开始和终了时膜的r值相差较大。但上述基本公式在一定范围内仍是适用的r-：lj【l1：-n一维普资讯http://www.cqvip.com148水处理技术第22卷第3期1．2脱水浓缩对浓溶液进行浓缩，一定要考虑浓差极化和凝胶层的形成，通常表达公式为：J一AP／(R．+R)≈△P／f(1+)(6)其中：为产水流率(m。／m·s)；△P为有效驱动压力；R和R分别为膜和凝胶层的阻力；丘为膜的透过系数；t为膜的厚度；为与凝胶层厚度和透过性有关的参数。实际上，由于浓度增加使驱动压力下降等，脱水过程中．，是逐渐下降的。2结果和讨论2．1染料除盐小试结果以分子量约600的染料水溶液为进料，在不同压力和浓度下，试验了几种膜的脱盐效果结果如表1所示。表1不同纳滤膜对染料的脱盐小试维普资讯http://www.cqvip.com第22卷第3期高从蜡等，纳滤纯化和浓缩染料试验149从上表可以看出除NTR一7410外，其他膜均能用于脱盐，但以CA-02，NTR一7450和PA-05为好。这三种膜不仅透水量大，且带出盐分高，有的还可带出部分褐色异构体。所以据小试结果和实际的需求可以决定所选的膜型2．2凝胶点浓度c，和恒容纳滤浓度c’染料脱盐和浓缩过程属高浓度浓缩过程，为了防止凝胶层的建立，确保过程的顺利进行，事先测定和选定c。是十分重要的。据凝胶极化模型，渗透通量‘，可表示为：J=klnEC一cI)／(G—c)J-~hin(C．／G)．(7)其中G为本体浓度，C为产品浓度，由实验可得浓度——通量关系图。二日I冒染料浓度(‰)囤l染料浓度——通量关系囤当J=O时，则=c，由图1的J一c关系图可得到C，(此处为330g／L)。通常取纳滤浓度c为G的]／e，则此处c’为：C一C／e≈120g／LC和C‘为变量，与过程中所用膜的品种，操作压力、进料流速等有关。如用通量高的膜，其c。较小，高压操作下的c比低压操作的c要小⋯⋯，图1中所示的条件下，该兰色染料的c．约为330g／L，C可选用120g／L。2．3连续纳滤脱盐染料中通常含3O一4O的盐，要除掉这些盐，本试验先在染料中加水，使成含盐约5的染料溶液，再进行纳滤除盐，最终盐浓度低于0．1。这时，若用脱盐率r一40的纳滤膜。为0．4m，由方程(5)可计算这时下游侧流出的体积为0．26m左右。若最终盐浓度低于0．3，则可计算y为0．18m。左右⋯⋯反之，用方程(5)可预测一定的下，所得最终溶液的盐浓度如已知为0．18m。，则可维普资讯http://www.cqvip.com150水处理技术第22卷第3期知最终盐浓度约为0．3。用不同脱盐率的膜，则要达到一定的脱盐程度所需的不同，图2表明了这一点。如上所述，实际过程中脱盐率r是变化的，试验表明要达到所要求的最终盐浓度，所需V比按上式计算的要小些。2．4脱水浓缩上述脱盐之后的染料溶液，其浓度在6一12，用同样的膜装置可进行循环脱水浓缩，浓缩2—4倍，使染料浓度达20—30。该过程中，由于染料