[发明专利]混合盐溶液中纳滤膜分离性能的模拟方法

说明书

技术领域

本发明涉及混合盐溶液中纳滤膜分离性能的模拟方法。特别涉及根据纳滤膜对单组分无机盐的分离性能，考虑不同浓度和不同离子通过纳滤膜的竞争作用，进而获得混合盐溶液中纳滤膜对各种离子的分离性能。

背景技术

在膜分离过程中，通常用截留率(R)和透过率(Tr)来表示膜对溶质的分离性能，两者之间的关系为Tr＝cp/cb＝1-R。其中，cb和cp分别代表原料液和透过液的溶质浓度。

纳滤膜分离性能的传统研究方法是基于物理模型计算预测。例如，Bandini等(S.Bandini，et al.“Nanofiltration modeling：the role of dielectric exclusion inmembrane characterization”，Chemical Engineering Science，2003(58)，3303-3326)用道南立体细孔与介电排斥模型，用来描述电解质和中性溶质通过纳滤膜的分离性能。模型计算结果与实验结果的比较发现，对于NaCl和Na₂SO₄混合体系，该模型与道南立体细孔模型的模拟结果与实验结果比较一致，对于CaCl₂和NaCl混合体系，该模型优于道南立体细孔模型，但预测Na离子和Cl离子的截留率与实验结果仍有较大偏差。Aleman等(J.Garcia-Aleman，et al.，“Experimental analysis，modeling，and theoretical designof McMaster pore-filled nanofiltration membranes”，Journal of Membrane Science，2004(240)，237-255)提出了拟二维模型，基于扩展的Nernst-Planck方程、修正的Poisson-Boltzmann方程以及水力学计算纳滤膜的分离性能。对于NaCl和Na₂SO₄混合体系，该模型对Cl离子的模拟结果随着Na₂SO₄浓度的增加与实验结果偏差越大；对于NaCl和MgCl₂混合体系，该模型对Na离子的模拟结果同样随MgCl₂浓度的增加而偏离实验结果。Ahmad等(A.L.Ahmad，et al.，“Mathematical modeling and simulation of the multiplesolutes system for nanofiltration process”，Journal of Membrane Science，2005(253)，103-115)提出的一维模型是由扩展的Spiegler-Kedem模型结合溶质间相互作用发展出来的，该模型用到的参数包含纯水透过系数、溶质反射系数、溶质透过系数和传质系数，这些参数是基于实验数据用Levenberg-Marquardt方法结合Gauss-Newton算法估算得到的。对于CuCl₂和NaCl体系，模拟结果与实验结果比较一致。以上三种方法是目前国外研究者提出的用于计算混合电解质体系中各种离子截留率的模拟方法，但是由于计算过程复杂，其针对的体系仍停留在双组分混合体系。

纳滤膜分离性能的另一种研究思路是基于实验和半经验模型进行预测。王大新等(Wang D X，et al.，“Modeling the separation performance of nanofiltrationmembranes for the mixed salts solution with Mg²⁺and Ca²⁺”，J Membr Sci，2006(284)，384-392)基于几个假设，尝试根据单组分电解质的截留率来计算混合电解质的截留率，在模拟的过程中，引入了两个参数，即竞争系数和调节参数，其中竞争系数是基于数据库中混合体系中纳滤膜对离子的截留率计算出离子的竞争系数，调节参数与高价阳离子摩尔分数和溶液的总浓度有关。这种模拟方法的优点在于计算过程简单，能够模拟更加复杂的体系，模拟结果与实验结果偏差较小。但是，模型中提出的两个模型参数没有明确的物理意义，且在复杂体系中的稳定性无法确定。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种混合盐溶液中纳滤膜分离性能的模拟方法。

一种混合盐溶液中纳滤膜分离性能的模拟方法，其特征在于该方法按照如下步骤进行：