浅谈环境科学中胶体分离的切向超滤技术

　　摘 要：切向超滤技术作为一种新兴的分离技术，它在各行业中已经有了一定的应用。本文简单介绍了切向超滤技术的机理、滤膜的截流和吸附特性、超滤过程中胶体有机碳的回收率以及渗透行为，最后对该技术在环境科学的胶体有机碳分离方面的应用及存在的问题进行了深入分析。
　　关键词：环境科学；胶体分离；有机碳；切向超滤
　　中图分类号：X70 文献标识码：A
　　目前，常用的胶体分离技术主要有离心、凝胶色谱、渗析、离心超滤、树脂吸附以及超滤。除了上面几种，还有一种运用的比较广泛的就是切向超滤技术，该技术具有处理量大、速度快以及损失的胶体量少的有点，因此在近些年的胶体分离中被广泛运用。
　　1 切向超滤技术的原理
　　切向超滤系统中，其核心部位是由相互叠加的滤膜构成，在这些滤膜上，有不同大小的孔径以分离不同大小的胶体。待分离水样首先需除去悬浮颗粒，然后以一定的压力切向流过滤膜表面，这样一来，大部分的真溶解态的物质以及水都能在滤膜堆的另一侧渗出，小部分孔径较大的物质则在水的带动下沿着膜表面切向流出，这样便达到了分离真溶解态物质及胶体的目的。同渗析及反渗透方法相比，切向超滤技术能够在较低压力条件下完成胶体分离工作，不仅节省了动力，而且提高了分离效率。
　　2超滤膜的截流及吸附特性
　　2.1 胶体有机碳的回收率
　　3 切向超滤技术在实际应用中存在的问题
　　3.1 浓缩因子Cf的选择
　　目前对浓缩因子Cf的选择存在两种观点，一种是以Guo为代表的高Cf值（一般大于40）观点，在这种观点中，高的Cf值是充分除去低分子真溶解态有机物的保证；另一种是以Dai为代表的低Cf值观点，在这种观点中，Dai认为，随着Cf值的逐渐增大，回收液中的一部分大分子胶体会由于高温的影响而突破超滤膜，进而进入超滤液。
　　3.2 系统进口压的选择
　　Zhang是香港理工大学的一位教授，他对近几十年国内外切向超滤系统“膜失效”的问题进行了系统的研究，Zhang指出，当含有胶体的水经过滤膜时，存在两种形式的流动，即切向回收流和法向渗透流，由于法向渗透流会在滤膜上形成堆积从而造成浓度差。当系统的进口压力小于临界压力时，膜层会自动降低渗透压，对超滤的效果不构成重大影响，但是当进口压大于临界值时，则会导致膜分离效果丧失。
　　4 切向超滤技术在环境科学中的应用
　　作为一种主要用于水体中有机碳、胶体分离的技术，近些年来，切向超滤技术已经受到了外界的广泛关注，很多学者将其研究中心放在切向超滤技术上，并在环境科学领域中取得了巨大成果。
　　Qiu等就通过切向超滤技术从浅层海水以及藻类培养层中分离浓缩到了大于10KD的胶体，并对这些胶体进行了碳水化合物的定量以及脂质的分级研究；某大学教授Zhou运用切向超滤技术对水体中微量的甲基汞进行分离，在实际实验过程中，Zhou发现，当浓缩因子Cf值的选择低于15时，小分子的保留现象十分明显；当浓缩因子Cf值的选择高于15时，大分子胶体的渗漏现象可以忽略不计，因此他们Cf值大于15；Moroison 经过研究发现，淡水中有机碳以及元素的分离效果在很大程度上受水中胶体的影响，对于切向超滤技术，大拦截孔径切向超滤方法比相同拦截范围的连续流的分离效果更好。
　　Bowan采用Fortran语言的形式编制了专门的切向超滤软件，在此软件中，以扩散系数、分子粘度以及渗透压三个参数指标作为预测切向超滤系统的胶体分离效率；Katoerane等通过运用切向超滤技术对密西西比河中溶解的有机磷进行研究，研究发现，在河中所有溶解的有机磷中，大分子的溶解有机磷所占的比重很小，仅为4%，这个研究告诉我们，在密西西比河中，有机磷存在一个快速降解的循环体系，这个循环体系影响着水中无机磷与无机氮的比例，进而影响浮游生物的生长；孙小静通过应用切向超滤技术来分析太湖蓝藻的死亡过程，研究表明，太湖水体中存在各种形态的磷、氮以及碳，蓝藻死亡后，由于分解作用会产生大量的颗粒态和胶体态营养盐，进而导致水华现象，使得蓝藻出现大规模的死亡。
　　Guo通过运用切向超滤技术，将海水中的胶体分成两个等级，一个是介于0.2微米到1KD的胶体，另一个是介于0.2微米刀10KD的胶体。研究发现，海水中，大概有10%的溶解态钍元素属于0.2微米到10KD之间。由于溶解态钍在颗粒相、真溶解想以及胶体相中的分布情况同有机质的分布情况极其类似，因此可以通过对有机物的分布情况反应钍的分布情况。
　　结语
　　切向超滤技术已经普遍应用到环境科学领域中，相信在不久的将来，切向超滤技术必定会作为一种常用技术运用到食品、医药以及化工等领域中。
　　参考文献
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