2.2　不同溶質質量濃度黑液的透過通量與超濾時間關系

　　超濾透過通量是反映黑液處理量大小、回收木質素快慢的指標。實驗為了得到不同溶質質量濃度黑液的超濾透過通量隨超濾時間的變化規律,將原黑液稀釋成不同溶質質量濃度的一系列溶液。在操作壓力差為0.2MPａ時,不同溶質質量濃度黑液的透過通量隨超濾時間的變化規律如圖4。由不同溶質質量濃度黑液的穩定透過通量與黑液的溶質質量濃度關系,可作圖5。從圖4看,低質量濃度溶液需要較長時間才能達到透過通量恒定,而高質量濃度溶液達到透過通量恒定所需時間較短。

　　這是因為在操作壓力差一定的條件下,溶液透過通量的變化與凝膠層厚度、濃差極化作用、膜阻力三種因素有關。高質量濃度溶液粘度大,高分子物質比較容易在膜面形成穩定厚度的凝膠層。高質量濃度溶液的透過通量小,透過液與膜孔壁之間的相對運動速度小,溶液通過膜孔時的湍動程度較小,膜孔壁對污染物的飽和吸附較快完成,膜阻力趨于恒定。由于上述兩項超濾阻力達到平衡的時間縮短,膜內溶液達到溶質質量濃度差平衡的時間縮短,濃差極化能較快達到穩定。在操作壓力差一定的情況下,因三項超濾阻力較快達到恒定,透過通量也較快達到恒定。由圖5看,溶液溶質質量濃度越高,相應的穩定透過通量越小。

　　這是因為隨著溶液溶質質量濃度的增加,超濾的濃差極化作用進一步加強以及凝膠層厚度逐漸增加造成的。對此,可通過增大超濾操作的料液循環速度來增加膜面流體湍動,減少濃差極化程度及凝膠層的厚度,減少超濾阻力,提高透過通量。

　　2.3　木質素截留率與超濾黑液溶質質量濃度的關系

　　實驗測定了在0.2MPａ操作壓力差下超濾時,木質素截留率與黑液溶質質量濃度關系,結果如圖6。從圖6中的曲線看,黑液溶質質量濃度越高,超濾膜對木質素的截留率就越高。其原因為隨著溶液溶質質量濃度增大,溶液粘度增大,使膜孔的堵塞程度增大,因此對木質素的截留能力增大,但木質素截留率的數值變化不大,這反映了木質素截留率作為超濾膜的截留性能參數,主要與溶質中各分子大小的比率有關。

　2.4　木質素截留率與操作壓力差的關系

　　可溶固形物含量為120gL的黑液進行超濾時,木質素截留率與操作壓力差之間的關系如圖7。由圖7可見,操作壓力差對木質素截留率的影響很小。這說明在實驗操作壓力差范圍內,超濾膜的抗壓性能比較穩定。

　　2.5　表面活性劑處理膜表面

　　超濾膜在使用過程中,溶質在膜面沉積或被吸附,膜孔被堵塞,致使透過通量大大減少。利用表面活性劑對膜表面進行改性處理,使膜面形成覆蓋層,降低溶質在膜面沉積或被吸附,可提高超濾膜的抗污染性能,使透過通量較快衰減的狀況得到改善。將濃度為5ｇL的聚氧乙烯山梨醇單月桂酸酯表面活性劑水溶液浸泡20min處理的超濾膜與未經表面活性劑處理的超濾膜,在操作壓力差為0.15MPａ下對黑液進行超濾時,透過通量隨超濾時間的變化規律如圖8所示。

　　從圖8看出,經表面活性劑處理后的超濾膜,在初始短時間內透過通量低于未經表面活性劑處理超濾膜的初始透過通量,這是因為表面活性劑在膜面吸附,造成膜孔部分堵塞,導致經表面活性劑處理的超濾膜的初始通量降低。

　　但是,經表面活性劑處理后的超濾膜,除初始短時間內透過通量略低于未經表面活性劑處理超濾膜的初始透過通量之外,在后續時間,經表面活性劑處理的超濾膜的透過通量均高于未經表面活性劑處理超濾膜的透過通量,其原因為表面活性劑在超濾膜表面吸附形成覆蓋層后,降低了超濾膜對溶液中污染物的吸附,減小了膜孔的堵塞程度,使經表面活性劑處理后的超濾膜透過通量高于未經表面活性劑處理超濾膜的透過通量。

　　但由于表面活性劑是水溶性的,隨著超濾過程的進行,在超濾膜上的表面活性劑吸附層逐漸消失,在此階段,經表面活性劑處理的超濾膜的透過通量與未經表面活性劑處理的超濾膜的透過通量逐漸接近。

　　3　結論

　　(1)在黑液超濾開始階段,透過通量衰減較快,隨后較快趨于恒定;操作壓力差對超濾過程的影響表明,操作壓力差增加,并不能使透過通量同步增加。實際超濾過程應選取適宜的操作壓力,以降低能耗,同時實驗結果還表明,在實驗條件范圍內,超濾操作壓力差、超濾黑液質量濃度對木質素截留率無明顯影響。

　　(2)不同溶質質量濃度黑液的透過通量隨超濾時間的變化規律表明,高質量濃度溶液比低質量濃度溶液的透過通量小,且達到透過通量恒定所需要的時間較短。

　　(3)超濾方法能有效回收黑液中的木質素,回收率達95.9%。(4)利用表面活性劑對膜表面進行改性處理,減少溶質在膜面沉積或被吸附,可提高超濾膜的抗污染性能,使透過通量較快衰減的狀況得到改善。