2. 2. 2 P507 浓度对反渗透膜脱盐截留率的影响 在操作压力为 3 MPa 条件下,考察了 P507 浓 度对 5 g / L 的渗透截留性能的影响,如图 5 所示。 由图 可 知, 在 实 验 选 取 的 P507 浓 度 范 围 内 (0. 1 mg / L~ 30 mg / L),P507 浓度对反渗透膜脱盐 的截留率影响较小。 当 NH4Cl 溶液中不添加 P507 时,反 渗 透 膜 对 NH4Cl 的 截 留 率 为 97. 32%; 当 NH4Cl 溶液中 P507 浓度为 0. 1 mg / L 和 0. 25 mg / L 时,NH4Cl 的截留率略有升高,但是升高的幅度很 小;当 NH4Cl 溶液中 P507 浓度≥1 mg / L,随着溶液 中 P507 浓度的升高,NH4Cl 的截留率略有降低,但 下降的幅度也很小;当 NH4Cl 溶液中 P507 浓度为 30 mg / L,NH4Cl 的截留率为 96. 35%,表明溶液中较 低浓度的 P507 对 NH4Cl 的截留率影响较小,溶液 中盐本身的浓度对反渗透膜的截留性能起着关键 作用。 此外,通过分析原料液和渗透液中的 P507 浓度,发现在渗透液中 P507 均未检出,说明 P507 几乎全部被反渗透膜截留,这是因为 P507 分子量相对较大,难以通过溶解扩散透过反渗透膜。

2. 2. 3 膜面接触角 膜表面水接触角是反应膜面亲疏水性程度的 重要指标,通过测定膜的接触角可以反应膜的亲疏 水性,接触角越大意味着膜面疏水性越强,反之亲 水性越强[23] 。 不同浓度 P507 的 NH4Cl 溶液后的 反渗透膜的接触角变化情况见表 1。

结果表明,新膜过滤 NH4Cl 溶液后,膜面受到 了污染,膜面接触角变大,疏水性增强。 与被 5 g / L NH4Cl 溶液污染的膜相比,当溶液中 P507 浓度较 低(<1 mg / L)时,膜面接触角出现小幅下降,膜面亲 水性出现增强现象,说明溶液中微量的 P507 可能 有利于改善膜表面的亲/ 疏水性,这与前文研究的 较低浓度的 P507 反应出的反渗透膜渗透通量略有 增加和 NH4Cl 截留率略有升高的现象基本一致,但 其原因有待进一步研究。 当溶液中 P507 浓度继续 升高(≥1 mg / L)时,膜面接触角明显增大,疏水性 增强,说明膜污染程度加重。 接触角的变化情况与 渗透通量表现出的结果基本一致。 2. 2. 4 膜面形态结构变化 为进 一 步 了 解 单 一 NH4Cl 盐 溶 液、 NH4Cl + P507 混合溶液对反渗透膜的污染情况,将不同的膜 样品进行 SEM 和 EDX 分析,其形貌特征及膜面成 分分别如图 6 和表 2 所示。 通过对比可知,干净的 膜表面呈现反渗透膜普遍的形貌特征 ( 图 6a); NH4Cl 溶液在膜表面形成结晶沉积是仅含有 NH4Cl 无机盐成分造成的膜污染的主要形式(图 6b);当 NH4Cl 溶液加入 P507 时,在膜表面形成了盐结晶 和(丝状)有机污染共存的膜污染特征(图 6c 至图 e),且随着溶液中 P507 浓度的增加膜污染程度越 严重(图 6f)。 从 EDX 分析结果(图 6a'-f'及表 2)可以看出, 干净膜的由 C、N、O 元素组成;处理仅含有 P507 溶 液的膜表面增加了 P 元素;处理只含有 NH4Cl 溶液 的膜表面增加了 Cl 元素;处理 NH4Cl+P507 混合溶 液的膜表面同时增加了 P、Cl 元素,说明膜表面形 成了 P507 有机污染和 NH4Cl 盐结晶共存的膜污染 现象,且 P 含量随着 P507 浓度的增加在膜面沉积 量呈现出上升的趋势,由此可以说明溶液中 P507 浓度越高,膜污染越严重。 Mai 等[24,25] 研究了阴离子表面活性剂 SDS 在 RO 过程中渗透通量下降的影响因素,指出由于 SDS 的分子结构具有两亲性,其亲水基团会在膜表面吸 附形成团簇分子,从而造成膜污染和渗透通量下 降。 由于稀土冶炼分离过程中使用的萃取剂 P507(2-乙基己基膦酸单-2-乙基己基酯) 是磷酸单酯结 构,其钠盐/ 铵盐具有两亲性,具有类似表面活性剂 的化学性质[26] ,在渗透过程中,推测其分子结构中 的亲水基团(磷酸基团)可能也会不断向膜表面浓 差极化层聚集,形成团簇分子,从而造成膜污染,进 而影响膜的渗透性能和分离效率。 从而溶液中 P507 浓度越高膜污染就越严重,这是造成渗透通量 下降的主要原因。 此外,膜污染形成机制十分复 杂,有机物(萃取剂 P507)、盐(NH4Cl)分子与膜之 间会通过多种形式相互作用,从而对膜表面形貌、 微结构以及表面性质等 产 生 影 响, 进 而 造 成 膜 污染。


由此可见,采用 RO 膜处理 NH4Cl 和 P507 共混 溶液(盐+有机物),废水中的盐和有机物会在膜表 面或膜孔内吸附、沉积和堵塞,从而造成膜污染。 废水中低浓度的有机物( P507 浓度小于 30 mg / L) 对 RO 膜脱盐的截留率影响较小。 但是,随着有机 浓度的升高,膜污染不断加剧,会影响膜的渗透通 量和分离效果。 3 结论 1. 研 究 了 反 渗 透 SG 膜 对 稀 土 工 业 废 水 (NH4Cl 溶液)的分离性能。 对于 1 g / L ~ 20 g / L 的 NH4Cl 溶 液, 当 反 渗 透 膜 的 渗 透 通 量 从 12. 72 L·m -2·h -1 增加至 48. 85 L·m -2·h -1 ,脱盐率从 88. 77%增加至 98. 15%。 当进水 NH4Cl 浓度为 5 g / L,反渗透膜的平均脱盐率为 96. 23%,产水氨氮浓 度低于 50 mg / L,基本能满足《稀土工业污染物排放 标准》(GB 26451—2011)要求。 2. 反渗透处理 5 g / L-NH4Cl+P507 混合溶液, 随着 NH4Cl 水溶液中 P507 浓度的不断增加,校正 通量 J / J0 、反渗透脱盐(NH4Cl)率均呈现先小幅上 升后迅速下降的现象,但是上升和下降的幅度均较 小。 在实验选取的 P507 浓度范围内(0. 1 mg / L ~ 30 mg / L),P507 浓度对反渗透膜脱盐的截留率影 响较小。 3. 反渗透膜处理 NH4Cl+P507 混合溶液,废水 中的盐和有机物会在膜表面或膜孔内吸附、沉积和 堵塞,产生膜污染。 膜表面呈现 P507 有机污染和 NH4Cl 盐结晶共存的膜污染现象,且膜面污染物的 P 含量随着溶液中 P507 浓度的呈现上升的趋势,膜 污染随着 P507 浓度的升高而越来越严重,膜的渗 透通量和分离效果造成不利影响。 4. 当 NH4Cl 溶液中 P507 浓度较低(<1 mg / L) 时,膜面接触角出现小幅下降,膜面亲水性出现增强现 象,说明溶液中微量的 P507 可能有利于改善膜表面的 亲疏水性,与较低浓度(如 0. 1 mg / L、0. 25 mg / L)的 P507 反应出的反渗透膜的渗透通量略有增加和 NH4Cl 截留率略有升高的现象基本一致。