正渗透技术浓缩苹果汁过程中反向溶质扩散的研究

反向渗透扩散(RSF)是正渗透技术中的一大挑战,本实验立足于研究正渗透技术浓缩苹果汁性能以及功能性汲取液(乙酸钠、碳酸氢钠、柠檬酸钠溶液)的溶质扩散规律。首先,利用NaCl溶液为汲取液研究正渗透膜的基础特性,通过改变NaCl溶液浓度、进水流速以及膜操作模式,探究正渗透体系的水通量、反向溶质扩散及截留率,分析对去离子水和苹果汁的浓缩能力及溶质扩散规律;其次,对比不同功能性汲取液对苹果汁浓缩的效果和对RSF的影响,以期达到将RSF化弊为利的目的。结果表明,汲取液浓度和膜操作模式影响浓缩效率和RSF;采用压力延迟渗透(PRO)模式,苹果汁浓缩倍数和RSF均比正渗透(FO)模式高,PRO模式下,5 mol·L^(−1) NaCl汲取液RSF达87.34±6.32 g·m^(−2)·h^(−1);不同种类功能性汲取液浓缩苹果汁的能力不同,汲水能力:碳酸氢钠>氯化钠>乙酸钠>柠檬酸钠。RSF:乙酸钠>碳酸氢钠>氯化钠>柠檬酸钠。2 mol·L^(−1)柠檬酸钠汲取液的RSF为29.61±2.19 g·m^(−2)·h^(−1),仅为同浓度NaCl汲取液的一半,与传统的NaCl汲取液相比,柠檬酸钠汲取液可有效控制RSF。

汲取液溶质反向扩散与正渗透中膜污染的相互关系研究

为探究典型无机汲取液的溶质反向扩散(RSF)与膜污染的动态影响关系,从而在实际应用中缓解膜污染问题。本研究选取5种无机汲取液(NaCl、NaHCO_(3)、NaH_(2)PO_(4)、NH_(4)Cl、CaCl_(2))过滤有机污染物,通过考察系统的渗透性能,表征膜污染层和原料液特性,探究RSF和膜污染间的双向影响。一方面,反向扩散的离子直接与膜污染层结合,如Ca^(2+)易与海藻酸钠交联形成三维网状结构;另一方面,膜污染层抑制Ca^(2+)的反向扩散量(5.8±1.6 mmol·m^(-2)·h^(-1)),促进NH+4的反向扩散量(129.2±12.8 mmol·m^(-2)·h^(-1)),因此,以NH_(4)Cl为汲取液时水回收量(151.4±10.6 g)低于以CaCl_(2)为汲取液时的水回收量(246.4±124.7 g)。此外,RSF改变原料液的性质(Zeta电位、粒径大小等),从而影响膜污染程度。汲取液类型影响膜污染层与RSF间的动态平衡关系,影响系统运行性能。