• 染料工業中膜分離技術的應用探討

      發布時間:2018-02-05

      染料工業是一個資源和能效消耗比較大的勞動密集型行業,傳統的染料制備方法具有獲得的染料粒徑度大、色牢度不好的弱點,如果不進行提純的話,會嚴重影響染料的上色效果以及色牢度,另外在采用傳統的蒸發濃縮和鹽析方式進行提純的時候,得到的產品質量比較差,不但鹽的消耗量要達到質量分數的10%~15%,染料流失率也會達到質量分數的5%左右,所造成的廢水污染也相當的嚴重。膜分離技術不但可以有效的進行粗制染料的脫鹽以及濃縮,而且所得到的染料還可以制成液體產品,或者經過干燥后制成固體粉狀產品,大大的改善了傳統染料制備方式中的弱點,成為了染料工業中的一種綠色清潔生產工藝。


      一、膜分離技術的基本概況

      膜分離技術是通過一張具有選擇性通過物質的薄膜,利用外力推動,可把混合物進行分離、濃縮以及提純的方法。就是利用一張薄膜,這張薄膜必須是有的物質可以通過,有的物質不能夠通過,膜分離技術就是把這張具有選擇性的薄膜作為了分離介質,然后再在膜的兩側施加壓力差、濃度差、電位差等不同的推動力,把原料中的物質進行分離,以達到提純、濃縮以及分離的目的。其中把壓力差作為推動力進行膜分離的過程,依據所分離對象的不同,可以分為微濾(MF)、超濾(UF)、納濾(NF)以及反滲透(RO)。微濾以及超濾的目的都是對溶液進行凈化,只是超濾比微濾的效果要好,還可以實現液體濃縮的目的;納濾是一種比較新的分離技術,他可以通過膜表面的電荷把多肽以及氨基酸進行分級分離;反滲透則是一種最先進、最節能的分離技術之一,他可以有效的把水中的溶解鹽、有機物、細菌以及膠體等雜質進行消除。


      二、膜分離技術在染料生產以及脫鹽中的應用

      在傳統的染料生產中采用的是鹽析以壓濾來實現把合成染料從水溶液中進行分離的目的,不但生產出的染料純度低,還給產品的質量以及附加值產生了嚴重的影響。使用膜分離方式中的納濾膜技術進行合成染料分離,可以有效的改善傳統染料生產的缺點。

      利用膜分離技術進行染料脫鹽濃縮的流程如圖一所示。膜分離技術中的納濾膜技術的孔徑是在0.002~0.005s之間,可對分子量在200~1000之間的物質、小分子、無機鹽以及水進行有效的分離,他還可以把染料的濃度提高30%,后續蒸發能耗可以比傳統的方式降低1/4,所以說,膜分離技術不但使產品的含鹽量以及生產成本降低了,同時還提高了產品的生產效益。

      我們對M—8B紅采用卷式納濾膜進行脫鹽試驗,其結果如下表

      以上數據是M—8B紅在平均操作溫度是40℃,壓力為44/38×105Pa下的處理結果。根據數據得出膜納濾不僅能將染料中的鹽分離出來,染料的強度甴112%提高到132%,而且能使純度甴80.24%提高到88.1%.濾出水的色度在400倍左右。膜納濾濃度提高后,濾出水量會逐步下降,當濃度較低時,脫鹽效果才好。反之,濃度提高后,含鹽量較低時,脫鹽效果大大下降。我們還對活性艷藍KNR在平均操作溫度為25℃,壓力為34/27×105Pa下進行過實驗,結果其濃縮倍數可達1.5,強度增加了10%,純度提高了14.7%。由此可得出結論,在染料的生產以及脫鹽中可以廣泛的應用膜分離技術,不但可以提高企業的經濟效益,還可以提高產品的質量。


      三、膜分離技術在染料工業廢水處理中的應用

      采用傳統的鹽析分離工藝在生產染料的過程中,會產生大量質量分子大于5%的高鹽度,高達十幾萬的高色度廢水,其中廢水的BOD一般都是在50~2000mg/L、COD一般都是在80~4000mg/L,BOD和COD的比值一般都會小于0.4,導致可生化性差,使廢水的處理難度增加了。其次鹽析壓濾過程中產生的廢水含鹽度太高,所以不適宜采用生化法進行處理,因為生化法中的微生物只有在含鹽度比較低的環境中才能夠保持活性。如果采用膜分離技術來進行廢水處理,那么可以直接把廢水分離成濃縮液以及透過液,都可進行回收利用,這樣不但處理了廢水,減少了水質污染,又不會造成染料的流失,實現了廢水的資源化利用,可以說膜分離技術進行廢水處理是一個重要的途徑。

      20世紀80年代后期,對納濾膜技術的研究越來越多,其中Perry等[3]研究出納濾膜的PT—20以及MPT—30對大量的低分子量的顏料具有較高的截留率,如果利用它進行燃料廢水處理,那么他對NacL的截留率會在10%以下;Wenzel等研究出聚砜濾膜的表面帶有負電荷,對活性染料的通行以及截留率都比較高;Jiraratananon等[4]發現ES20以及LES90納濾膜對染料的截留率可以達到99%以上,NTR—729HR納濾膜對染料的截留率要低于ES20以及LES90;在英國曾有人利用超濾法對各種工業廢水進行了處理,結果顯示可除去80%~97%的顏色以及60%~85%的TOC。種種試驗結果表明,利用膜分離技術來進行廢水處理是一個相當有效的方法。


      四、膜分離技術的發展方向

      為了促進膜分離技術的發展,除了要研究常用膜之外,也要對新型膜材料進行開發和研究。其中納濾膜技術的發展相當的迅速,新材料以及新工藝的研究不斷,以后膜材料的發展,可以從以下三個方面進行:(1)著力開發新型的有機高聚物膜,努力向超薄和活化技術方面進行研究開發;(2)著重對新型有機—無機混合膜的開發,有機膜耐腐蝕,但耐高溫性較差,無機膜耐高溫性強,但質地較脆,不易加工,所以兼具兩者優點的膜材料成為了研究的重點;(3)加大對新型無機膜的研究,無極膜在很大程度上可以克服有機膜上所存在的不足,其利用領域更加的廣泛,所有新型無極膜的研究也成為了研究的熱點。例如聚丙烯中空纖維膜,他是國際上一種新型膜分離材料,主要優點是強度高、耐溫性好、微孔均勻、抗污染能力強等。

       


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