• 染料工业中膜分离技术的应用探讨

      发布时间:2018-02-05

      染料工业是一个资源和能效消耗比较大的劳动密集型行业,传统的染料制备方法具有获得的染料粒径度大、色牢度不好的弱点,如果不进行提纯的话,会严重影响染料的上色效果以及色牢度,另外在采用传统的蒸发浓缩和盐析方式进行提纯的时候,得到的产品质量比较差,不但盐的消耗量要达到质量分数的10%~15%,染料流失率也会达到质量分数的5%左右,所造成的废水污染也相当的严重。膜分离技术不但可以有效的进行粗制染料的脱盐以及浓缩,而且所得到的染料还可以制成液体产品,或者经过干燥后制成固体粉状产品,大大的改善了传统染料制备方式中的弱点,成为了染料工业中的一种绿色清洁生产工艺。


      一、膜分离技术的基本概况

      膜分离技术是通过一张具有选择性通过物质的薄膜,利用外力推动,可把混合物进行分离、浓缩以及提纯的方法。就是利用一张薄膜,这张薄膜必须是有的物质可以通过,有的物质不能够通过,膜分离技术就是把这张具有选择性的薄膜作为了分离介质,然后再在膜的两侧施加压力差、浓度差、电位差等不同的推动力,把原料中的物质进行分离,以达到提纯、浓缩以及分离的目的。其中把压力差作为推动力进行膜分离的过程,依据所分离对象的不同,可以分为微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)以及反渗透(RO)。微滤以及超滤的目的都是对溶液进行净化,只是超滤比微滤的效果要好,还可以实现液体浓缩的目的;纳滤是一种比较新的分离技术,他可以通过膜表面的电荷把多肽以及氨基酸进行分级分离;反渗透则是一种最先进、最节能的分离技术之一,他可以有效的把水中的溶解盐、有机物、细菌以及胶体等杂质进行消除。


      二、膜分离技术在染料生产以及脱盐中的应用

      在传统的染料生产中采用的是盐析以压滤来实现把合成染料从水溶液中进行分离的目的,不但生产出的染料纯度低,还给产品的质量以及附加值产生了严重的影响。使用膜分离方式中的纳滤膜技术进行合成染料分离,可以有效的改善传统染料生产的缺点。

      利用膜分离技术进行染料脱盐浓缩的流程如图一所示。膜分离技术中的纳滤膜技术的孔径是在0.002~0.005s之间,可对分子量在200~1000之间的物质、小分子、无机盐以及水进行有效的分离,他还可以把染料的浓度提高30%,后续蒸发能耗可以比传统的方式降低1/4,所以说,膜分离技术不但使产品的含盐量以及生产成本降低了,同时还提高了产品的生产效益。

      我们对M—8B红采用卷式纳滤膜进行脱盐试验,其结果如下表

      以上数据是M—8B红在平均操作温度是40℃,压力为44/38×105Pa下的处理结果。根据数据得出膜纳滤不仅能将染料中的盐分离出来,染料的强度甴112%提高到132%,而且能使纯度甴80.24%提高到88.1%.滤出水的色度在400倍左右。膜纳滤浓度提高后,滤出水量会逐步下降,当浓度较低时,脱盐效果才好。反之,浓度提高后,含盐量较低时,脱盐效果大大下降。我们还对活性艳蓝KNR在平均操作温度为25℃,压力为34/27×105Pa下进行过实验,结果其浓缩倍数可达1.5,强度增加了10%,纯度提高了14.7%。由此可得出结论,在染料的生产以及脱盐中可以广泛的应用膜分离技术,不但可以提高企业的经济效益,还可以提高产品的质量。


      三、膜分离技术在染料工业废水处理中的应用

      采用传统的盐析分离工艺在生产染料的过程中,会产生大量质量分子大于5%的高盐度,高达十几万的高色度废水,其中废水的BOD一般都是在50~2000mg/L、COD一般都是在80~4000mg/L,BOD和COD的比值一般都会小于0.4,导致可生化性差,使废水的处理难度增加了。其次盐析压滤过程中产生的废水含盐度太高,所以不适宜采用生化法进行处理,因为生化法中的微生物只有在含盐度比较低的环境中才能够保持活性。如果采用膜分离技术来进行废水处理,那么可以直接把废水分离成浓缩液以及透过液,都可进行回收利用,这样不但处理了废水,减少了水质污染,又不会造成染料的流失,实现了废水的资源化利用,可以说膜分离技术进行废水处理是一个重要的途径。

      20世纪80年代后期,对纳滤膜技术的研究越来越多,其中Perry等[3]研究出纳滤膜的PT—20以及MPT—30对大量的低分子量的颜料具有较高的截留率,如果利用它进行燃料废水处理,那么他对NacL的截留率会在10%以下;Wenzel等研究出聚砜滤膜的表面带有负电荷,对活性染料的通行以及截留率都比较高;Jiraratananon等[4]发现ES20以及LES90纳滤膜对染料的截留率可以达到99%以上,NTR—729HR纳滤膜对染料的截留率要低于ES20以及LES90;在英国曾有人利用超滤法对各种工业废水进行了处理,结果显示可除去80%~97%的颜色以及60%~85%的TOC。种种试验结果表明,利用膜分离技术来进行废水处理是一个相当有效的方法。


      四、膜分离技术的发展方向

      为了促进膜分离技术的发展,除了要研究常用膜之外,也要对新型膜材料进行开发和研究。其中纳滤膜技术的发展相当的迅速,新材料以及新工艺的研究不断,以后膜材料的发展,可以从以下三个方面进行:(1)着力开发新型的有机高聚物膜,努力向超薄和活化技术方面进行研究开发;(2)着重对新型有机—无机混合膜的开发,有机膜耐腐蚀,但耐高温性较差,无机膜耐高温性强,但质地较脆,不易加工,所以兼具两者优点的膜材料成为了研究的重点;(3)加大对新型无机膜的研究,无极膜在很大程度上可以克服有机膜上所存在的不足,其利用领域更加的广泛,所有新型无极膜的研究也成为了研究的热点。例如聚丙烯中空纤维膜,他是国际上一种新型膜分离材料,主要优点是强度高、耐温性好、微孔均匀、抗污染能力强等。

       


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