一、實驗背景與目的

在現(xiàn)代工業(yè)和科研領(lǐng)域，膜分離技術(shù)因其高效、環(huán)保等優(yōu)勢而備受關(guān)注。其中，超濾作為壓力驅(qū)動型膜過程之一，具有機械篩分的原理，主要用于截留溶液中的大分子物質(zhì)。本實驗旨在通過對聚乙二醇水溶液的超濾操作，使學(xué)生了解液相膜分離技術(shù)的特點，熟悉并掌握超濾膜分離的操作技能。

二、實驗原理

超濾是一種篩孔分離過程，其分離原理主要包括以下幾點：

1. 機械篩分：超濾膜通過物理篩分的方式截留大于其孔徑的分子或微粒。

2. 膜表面及微孔內(nèi)的吸附：溶質(zhì)分子在膜表面和微孔內(nèi)被吸附，有助于分離。

3. 粒子大小與膜孔徑比較：根據(jù)粒子的大小與膜孔徑的關(guān)系，決定傳質(zhì)過程。 在超濾過程中，溶劑和小分子溶質(zhì)可以在壓力驅(qū)動下通過膜孔，而大分子物質(zhì)則被截留，實現(xiàn)溶液的純化或濃縮。

   三、實驗裝置及流程

   實驗所用裝置如圖所示，包括料液儲罐、泵、轉(zhuǎn)子流量計、超濾膜組件以及各種閥和儲液筒。具體流程如下：

   

4. 準(zhǔn)備階段：將聚乙二醇配制成一定濃度的水溶液，置于料液儲罐中。開啟各閥門進(jìn)行系統(tǒng)清洗。

5. 循環(huán)操作：啟動泵，使料液在系統(tǒng)中循環(huán)，調(diào)節(jié)至所需流量和壓力，穩(wěn)定一段時間后從取樣口獲取透過液和濃縮液樣品進(jìn)行分析。

6. 結(jié)束實驗：關(guān)閉泵，排空管路中的液體，用清洗水沖洗系統(tǒng)，最后加入保護(hù)液防止膜干燥。

   四、實驗步驟與方法

7. 料液配置：將20000ppm的聚乙二醇溶解在裝有35L去離子水的料液儲槽中。

8. 系統(tǒng)清洗：開啟所有閥門，用清水對系統(tǒng)進(jìn)行徹底清洗，排出清洗水。

9. 檢漏與運行：檢查系統(tǒng)氣密性，確保無泄漏。開啟電源和閥門，調(diào)節(jié)至適當(dāng)流量。

10. 取樣分析：在穩(wěn)定操作30分鐘后，分別從取樣口取透過液和濃縮液，用比色法測定其濃度。

11. 數(shù)據(jù)記錄：記錄各項操作參數(shù)，如流量、壓力、溫度等，以備分析。

    五、實驗結(jié)果與討論

    通過測定原料液、透過液和濃縮液的濃度，計算得到以下結(jié)果：

    項目	濃度（mg/L）
    原料液	2000
    透過液	100
    濃縮液	1900

    通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，超濾膜對聚乙二醇的截留效果顯著，達(dá)到了預(yù)期的分離目標(biāo)。此外，實驗還觀察到操作壓力和溫度的變化對膜性能有顯著影響。

    六、結(jié)論

    本次中空纖維膜分離實驗充分驗證了超濾技術(shù)的有效性，學(xué)生通過實際操作掌握了超濾膜分離的基本工藝和技巧。同時，實驗也揭示了操作條件對膜分離性能的影響，為后續(xù)研究提供了參考依據(jù)。未來可以進(jìn)一步優(yōu)化實驗條件，以提高分離效率和產(chǎn)品質(zhì)量。