电辅助磺化聚砜膜分离医药废水传递机理的分子动力学模拟研究

1

作者 齐智博 贺高红 姜晓滨 《化学工业与工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期94-104,共11页

医药生产废水的膜法分离技术对实现绿色医药化工意义重大。其中,通过电场辅助强化膜分离效率,阻止荷电医药分子迁移、离子跨膜传递,有较好的应用前景。但目前尚无分子尺度模型揭示相关膜界面和膜传递通道内的分离机制,也制约了相关新型... 医药生产废水的膜法分离技术对实现绿色医药化工意义重大。其中,通过电场辅助强化膜分离效率,阻止荷电医药分子迁移、离子跨膜传递,有较好的应用前景。但目前尚无分子尺度模型揭示相关膜界面和膜传递通道内的分离机制,也制约了相关新型膜材料设计和膜技术研发。利用分子动力学模拟(MD)技术,从分子层面上探究电场辅助下的磺化聚砜膜(SPSf)分离头孢呋辛钠医药废水的机理,并模拟膜内含水量对离子传递行为的影响。模拟过程中能量、温度波动低于10%,证明模型设定与计算方法可靠;所构建模型玻璃化转变温度与实验值接近,证明所选力场合适,所得数据可用于后处理及结果分析。结果表明,外加电场增强膜表面带电基团对同性离子的排斥能力。随着电场在一定程度上的增强(0~0.15 V·Å^(-1)),解离后的荷电膜对带负电粒子排斥能力增强(SPSf解离后,膜表面头孢呋辛离子强度下降15.7%),对Na+吸附更强(Na+强度增加19.4%),证明电增强Donnan效应与电增强吸附/脱附是电辅助荷电纳滤膜分离医药废水的主要作用机理。此外,分析了电场强度与膜内含水量对离子在SPSf膜体系中扩散的影响。在模拟实验范围内,随着含水量与电场强度增大,荷电膜内离子扩散能力增强;在膜内含水量λ=2.0、0.10 V·Å^(-1)时,Na+扩散系数与头孢呋辛离子扩散系数相差1.54×10^(-6)cm^(2)·s^(-1),在这种条件下离子选择性最高。通过分子动力学模拟技术(MD)从微观层面解释电辅助荷电膜分离医药工业废水的调控机理,为理性设计和选择荷电膜材料与膜表面的基团改性提供了有益的理论参考。 展开更多

关键词 膜分离 分子动力学模拟 电场强化 医药废水 donnan效应

下载PDF 职称材料

Donnan渗析分离含盐废水中的氨氮 被引量：2

2

作者 付建灵 陈晓 +3 位作者 陈日耀 郑曦 刘耀兴 兰瑞芳 《应用化工》 CAS CSCD 北大核心 2017年第10期1899-1901,1910,共4页

通过Donnan渗析去除含盐废水中的氨氮,研究了盐水初始浓度、NaCl与氨氮比例、搅拌强度以及温度等对氨氮分离的影响。结果表明,降低盐水浓度、NaCl与氨氮比可提高氨氮的去除率,搅拌速度由200 r/min提高到500 r/min时,氨氮的去除率从49.6... 通过Donnan渗析去除含盐废水中的氨氮,研究了盐水初始浓度、NaCl与氨氮比例、搅拌强度以及温度等对氨氮分离的影响。结果表明,降低盐水浓度、NaCl与氨氮比可提高氨氮的去除率,搅拌速度由200 r/min提高到500 r/min时,氨氮的去除率从49.6%提高到54.3%,处理时间缩短。适当提高温度,可有效提高氨氮的分离效果。 展开更多

关键词 donnan渗析 氨氮 分离 含盐废水

下载PDF 职称材料

阴离子交换膜无电压下分离水中磷酸盐的研究 被引量：3

3

作者 陈世洋 施周 +1 位作者 谢德华 胡远来 《湖南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第5期13-17,共5页

基于Donnan分离原理,采用阴离子交换膜无电压下分离去除水中磷酸盐.结果表明:当原水磷酸盐初始质量浓度为2.0mg/L(0.064 5mmol/L),受体液NaCl浓度为0.1mol/L,给体液流量为5.0mL/min时,磷酸盐的去除率为70.0%.降低给体液初始pH值至3.0,... 基于Donnan分离原理,采用阴离子交换膜无电压下分离去除水中磷酸盐.结果表明:当原水磷酸盐初始质量浓度为2.0mg/L(0.064 5mmol/L),受体液NaCl浓度为0.1mol/L,给体液流量为5.0mL/min时,磷酸盐的去除率为70.0%.降低给体液初始pH值至3.0,给体液磷酸盐出水浓度远高于给体液初始pH值为5.0～9.0的浓度,去除率仅为43.5%.在所试共存离子(Cl-,HCO3-和SO24-)浓度范围内,其对磷酸盐的分离去除效果影响不大.采用Na2SO4作为受体液时,磷酸盐的去除效果大大降低.降低受体液NaCl浓度,对磷酸盐的分离去除效果影响不大,但受体液中磷酸盐的浓度明显降低.给体液流量由2.5mL/min增加至10.0mL/min,磷酸盐的去除率由84.3%下降至61.1%. 展开更多

关键词 阴离子交换膜 补偿离子 唐南(donnan)分离 磷酸盐

下载PDF 职称材料

颗粒物对无电压作用下离子交换膜分离去除铜离子的影响 被引量：7

4

作者 谢德华 施周 +2 位作者 谢鹏 陈世洋 刘佳 《环境工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第6期1247-1250,共4页

在无外加电压条件下研究了颗粒物对阳离子交换膜分离去除铜离子效果的影响。选用硅酸、二氧化硅、氧化铝和水杨酸等4种物质作为颗粒物分别进行实验,其添加量均为50 mg/L。Cu2+及其补偿离子K+的浓度分别为0.0787mmol/L(5 mg/L)和0.787 mm... 在无外加电压条件下研究了颗粒物对阳离子交换膜分离去除铜离子效果的影响。选用硅酸、二氧化硅、氧化铝和水杨酸等4种物质作为颗粒物分别进行实验,其添加量均为50 mg/L。Cu2+及其补偿离子K+的浓度分别为0.0787mmol/L(5 mg/L)和0.787 mmol/L,水温为25±1℃,搅拌强度为600 r/min,水力停留时间为12 h。在所述实验条件下运行96 h后,水中无颗粒物干扰时,铜离子去除率为84%;水中存在带负电荷颗粒物(硅酸)和不带电荷颗粒物(二氧化硅和氧化铝)时,铜离子去除率略为下降至81%;而当水中存在带正电荷颗粒物(水杨酸)时,铜离子的去除率进一步下降为79%。研究结果表明带正电荷颗粒物对铜离子的交换去除影响较带负电荷或不带电荷颗粒物大,因为带正电荷颗粒物更易迁移至阳离子交换膜表面甚至进入膜内,并与膜表或膜内离子交换基团结合,从而导致铜离子交换去除明显下降。 展开更多

关键词 唐南分离 离子交换膜 颗粒物 铜离子

下载PDF 职称材料

无电压作用离子交换膜分离去除水中锰离子的研究 被引量：7

5

作者 谢德华 施周 +2 位作者 陈世洋 谢鹏 宋勇 《湖南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第4期67-71,共5页

研究了离子交换膜在无外加电压的条件下分离去除原水中锰离子的技术,探讨了锰离子浓度、补偿离子钾离子摩尔浓度、水力搅拌速度、温度和水力停留时间(HRT)等对去除效果的影响.实验结果表明,当原水中二价锰离子初始摩尔浓度为0.072 7 mmo... 研究了离子交换膜在无外加电压的条件下分离去除原水中锰离子的技术,探讨了锰离子浓度、补偿离子钾离子摩尔浓度、水力搅拌速度、温度和水力停留时间(HRT)等对去除效果的影响.实验结果表明,当原水中二价锰离子初始摩尔浓度为0.072 7 mmol/L(即4 mg/L)左右时,在下述的实验条件下:水温为(25±1)℃,水力停留时间HRT为6 h,水力搅拌速度为(600±25)r/min,补偿离子钾离子的摩尔浓度是原水中锰离子摩尔浓度的20倍,锰离子去除率达到80%.此外,在实验装置不改变的条件下,进水锰离子摩尔浓度增加到0.727 mmol/L(即40 mg/L)左右时,去除率会降低到66%;补偿钾离子摩尔浓度与进水锰离子摩尔浓度的比值大于20后,再增加其比值,对去除率影响不大;降低搅拌速度到(300±25)r/min,去除率降低到51%;降低水温到(16±1)℃,去除率降低到60%;水力停留时间(HRT)大于6 h后,再增加水力停留时间到12 h,去除率无明显改变. 展开更多

关键词 离子交换膜 唐南分离 重金属 锰离子

下载PDF 职称材料

阴离子交换膜分离饮用水中Cr(Ⅵ)的研究 被引量：1

6

作者 陈世洋 施周 +1 位作者 李学瑞 邓林 《膜科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2014年第1期96-100,共5页

基于Donnan渗析原理,采用阴离子交换膜无电压作用下分离饮用水中Cr(Ⅵ).结果表明,当原水中Cr(Ⅵ)初始浓度为1.0mg/L,pH值为6.95,补偿溶液NaCl浓度为0.1mol/L,原水和补偿溶液进水流量均为2.5mL/min,膜两侧溶液搅拌强度为500r/min,水温为2... 基于Donnan渗析原理,采用阴离子交换膜无电压作用下分离饮用水中Cr(Ⅵ).结果表明,当原水中Cr(Ⅵ)初始浓度为1.0mg/L,pH值为6.95,补偿溶液NaCl浓度为0.1mol/L,原水和补偿溶液进水流量均为2.5mL/min,膜两侧溶液搅拌强度为500r/min,水温为25℃时,阴离子交换膜对Cr(Ⅵ)的分离去除率为86.4%.采用Na2SO4作为补偿溶液时,Cr(Ⅵ)的分离去除效果降低.调节原水pH值至11.0时,阴离子交换膜对Cr(Ⅵ)的分离去除率下降至78.9%.提高膜两侧溶液搅拌强度,给体池中Cr(Ⅵ)更容易通过膜迁移分离至受体池中.水温由10℃升高至40℃,给体池中Cr(Ⅵ)剩余质量浓度由0.21mg/L下降至0.12mg/L. 展开更多

关键词 唐南(donnan)渗析 离子迁移 阴离子交换膜 分离去除率

下载PDF 职称材料

水环境中基于分离-富集的金属形态分析方法研究进展 被引量：1

7

作者 吴乐兰 仇荣亮 赵春梅 《环境化学》 CAS CSCD 北大核心 2019年第11期2467-2480,共14页

金属的形态对其在环境介质中的迁移转化、生物有效性和毒性具有重要影响.目前认为,金属的自由离子态和不稳定络合态是具有潜在生物有效性的形态,而纳米颗粒的存在使得具有生物有效性的金属形态变得更为复杂.痕量金属和纳米颗粒在天然水... 金属的形态对其在环境介质中的迁移转化、生物有效性和毒性具有重要影响.目前认为,金属的自由离子态和不稳定络合态是具有潜在生物有效性的形态,而纳米颗粒的存在使得具有生物有效性的金属形态变得更为复杂.痕量金属和纳米颗粒在天然水环境中的含量较低,大部分检测方法无法达到检测限要求.基于分离-富集的金属形态分析方法因检测限低、操作简单、结果可靠等优点被广泛用于环境中痕量金属及纳米颗粒存在下金属的形态分析.本文从原理、应用条件和优缺点等方面对梯度扩散薄膜技术、唐南渗析膜技术、离子交换技术和渗透液膜技术等基于分离-富集的金属形态分析方法进行综述,为水环境中金属形态分析方法的选择提供了参考和依据. 展开更多

关键词 金属形态分析 分离-富集 梯度扩散薄膜技术 唐南渗析膜技术 离子交换技术 渗透液膜技术 纳米颗粒

原文传递

基于Donnan分离的磷酸盐离子迁移与膜内分布 被引量：1

8

作者 陈世洋 施周 +2 位作者 宋勇 谢德华 胡远来 《环境工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第5期1478-1482,共5页

基于Donnan分离原理,研究磷酸盐离子在无电压条件下通过阴离子交换膜的迁移过程以及膜内磷酸盐的分布。结果表明,阴离子交换膜采用NaCl溶液浸泡预处理后,促进磷酸盐离子的第1步迁移过程,磷酸盐离子的迁移去除效果提高5%。受体液NaCl浓... 基于Donnan分离原理,研究磷酸盐离子在无电压条件下通过阴离子交换膜的迁移过程以及膜内磷酸盐的分布。结果表明,阴离子交换膜采用NaCl溶液浸泡预处理后,促进磷酸盐离子的第1步迁移过程,磷酸盐离子的迁移去除效果提高5%。受体液NaCl浓度是阴离子交换膜内磷酸盐含量的控制因素,其浓度从0.001 mol/L增加至0.1 mol/L时,膜内磷酸盐含量由0.077 mg/cm2降至0.002 mg/cm2。受体液NaCl浓度较高时,有利于促进磷酸盐离子的第3步迁移过程,且2层膜内磷酸盐含量的分布由给体液至受体液呈递减趋势。温度升高,低浓度受体液条件下膜内磷酸盐的含量增加,对高浓度受体液条件下膜内磷酸盐的含量几乎无影响。 展开更多

关键词 唐南(donnan)分离 离子迁移 阴离子交换膜 膜内磷含量

原文传递

荷电膜的研究及其应用 被引量：8

9

作者 楼雅青 肖凯军 +1 位作者 郭祀远 陈健 《净水技术》 CAS 2003年第4期4-5,44,共3页

讨论了荷电膜的分离机理,综述了L-S相转化法、复合法等几种制备方法,介绍了荷电膜在饮用水净化、生化制 药和电泳喷涂等方面的应用。

关键词 荷电膜 donnan效应 L—S相转化 分离 生化制药 饮用水 净化

下载PDF 职称材料

基于Donnan渗析离子交换膜分离水中的Cd(Ⅱ) 被引量：2

10

作者 李婷 施周 +3 位作者 陈世洋 李广超 周石庆 邓林 《环境工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第4期865-870,共6页

基于Donnan渗析原理构建了离子交换膜反应器,探讨了受体池溶液种类和浓度、给体和受体池搅拌功率以及给体池溶液的初始pH、进水流量和Cd(Ⅱ)进水浓度等因素对Cd(Ⅱ)分离效果的影响。结果表明,随着搅拌功率由0.035W增大为0.162 W,Cd(Ⅱ)... 基于Donnan渗析原理构建了离子交换膜反应器,探讨了受体池溶液种类和浓度、给体和受体池搅拌功率以及给体池溶液的初始pH、进水流量和Cd(Ⅱ)进水浓度等因素对Cd(Ⅱ)分离效果的影响。结果表明,随着搅拌功率由0.035W增大为0.162 W,Cd(Ⅱ)分离去除率与离子通量显著增加。当受体液NaCl浓度为0～0.5 mol·L-1时,Cd(Ⅱ)分离去除率随着受体液浓度的增加而显著增加。当给体池进水Cd(Ⅱ)溶液初始pH≤8时,Cd(Ⅱ)分离去除率随受体液pH的增加而增加。此外,给体池中Cd(Ⅱ)分离去除率与Cd(Ⅱ)初始浓度以及给体池进水流量成反比。在本实验条件下,Cd(Ⅱ)的分离去除率最高可达85.51%。 展开更多

关键词 阳离子交换膜 donnan渗析 离子分离 镉离子

原文传递

离子交换膜化学反应器去除饮用水中Cr(Ⅵ)的研究

11

作者 陈世洋 施周 +2 位作者 李学瑞 邓林 宋勇 《安全与环境学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第4期72-75,共4页

构建离子交换膜化学反应器,研究其在无外加电压作用下去除饮用水中Cr(Ⅵ)的效果。结果表明,当原水Cr(Ⅵ)初始浓度为0.019 2mmol/L,补偿溶液NaCl浓度为100mmol/L,流量为2.5mL/min时,给体池Cr(Ⅵ)分离去除率为86.2%。随着给体池共存离子... 构建离子交换膜化学反应器,研究其在无外加电压作用下去除饮用水中Cr(Ⅵ)的效果。结果表明,当原水Cr(Ⅵ)初始浓度为0.019 2mmol/L,补偿溶液NaCl浓度为100mmol/L,流量为2.5mL/min时,给体池Cr(Ⅵ)分离去除率为86.2%。随着给体池共存离子浓度的增加,其对Cr(Ⅵ)交换竞争作用加强,给体池Cr(Ⅵ)分离去除率逐渐降低;在相同共存离子浓度条件下,3种共存离子对Cr(Ⅵ)分离效果的影响程度依次为SO24-、NO3-、Cl-。补偿溶液NaCl浓度由1mmol/L增加至100mmol/L时,Cr(Ⅵ)分离去除率基本不变,但是Don-nan分离12 h后化学反应池Cr(Ⅵ)浓度由0.001 5 mmol/L增加至0.016 0 mmol/L。Cr2O27-离子交换过程可用一级反应动力学方程描述,离子交换反应速率常数为0.014 2 min-1。加入10 mmol/L共存离子Cl-、NO3-和SO24-后,离子交换反应速率常数分别降低至0.013 5min-1、0.010 5 min-1和0.008 9 min-1。Cr(Ⅵ)在化学反应池中浓缩富集,离子交换26 h后化学反应池Cr(Ⅵ)浓度为0.069 8 mmol/L,可通过投加硫酸亚铁还原剂和碱液将其去除。 展开更多

关键词 环境工程学 离子交换膜化学反应器 唐南(donnan)分离 阴离子交换 补偿离子 Cr(Ⅵ)

原文传递

纳滤技术及其应用进展 被引量：8

12

作者 孙玲新 戚俊清 葛虹 《化工装备技术》 CAS 2004年第1期8-12,共5页

全面地综述了纳滤分离的不可逆热力学模型、空间位阻—孔道模型、溶解—扩散模型、Donnan平衡模型、扩展的 Nernst—Plank方程模型、电荷模型、静电排斥和立体阻碍模型等。介绍了纳滤膜分离在食品、制药、化学工业及水处理中的应用现状 ... 全面地综述了纳滤分离的不可逆热力学模型、空间位阻—孔道模型、溶解—扩散模型、Donnan平衡模型、扩展的 Nernst—Plank方程模型、电荷模型、静电排斥和立体阻碍模型等。介绍了纳滤膜分离在食品、制药、化学工业及水处理中的应用现状 ,提出了纳滤技术在工业中存在的问题 ,并对其应用前景进行了展望。 展开更多

关键词 纳滤膜 分离机理 不可逆热力学模型 空间位阻-孔道模型 溶解-扩散模型 donnan平衡模型 电荷模型

下载PDF 职称材料