一、實驗背景與目的
在現代工業和科研領域，膜分離技術因其高效、環保等優勢而備受關注。其中，超濾作為壓力驅動型膜過程之一，具有機械篩分的原理，主要用于截留溶液中的大分子物質。本實驗旨在通過對聚乙二醇水溶液的超濾操作，使學生了解液相膜分離技術的特點，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：
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。
膜表面及微孔內的吸附：溶質分子在膜表面和微孔內被吸附，有助于分離。
粒子大小與膜孔徑比較：根據粒子的大小與膜孔徑的關系，決定傳質過程。 在超濾過程中，溶劑和小分子溶質可以在壓力驅動下通過膜孔，而大分子物質則被截留，實現溶液的純化或濃縮。
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、轉子流量計、超濾膜組件以及各種閥和儲液筒。具體流程如下：
準備階段：將聚乙二醇配制成一定濃度的水溶液，置于料液儲罐中。開啟各閥門進行系統清洗。
循環操作：啟動泵，使料液在系統中循環，調節至所需流量和壓力，穩定一段時間后從取樣口獲取透過液和濃縮液樣品進行分析。
結束實驗：關閉泵，排空管路中的液體，用清洗水沖洗系統，最后加入保護液防止膜干燥。
四、實驗步驟與方法
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。
系統清洗：開啟所有閥門，用清水對系統進行徹底清洗，排出清洗水。
檢漏與運行：檢查系統氣密性，確保無泄漏。開啟電源和閥門，調節至適當流量。
取樣分析：在穩定操作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。
數據記錄：記錄各項操作參數，如流量、壓力、溫度等，以備分析。
五、實驗結果與討論
通過測定原料液、透過液和濃縮液的濃度，計算得到以下結果：
項目 濃度（mg/L） 原料液 2000 透過液 100 濃縮液 1900 通過數據分析發現，超濾膜對聚乙二醇的截留效果顯著，達到了預期的分離目標。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、結論
本次中空纖維膜分離實驗充分驗證了超濾技術的有效性，學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，為后續研究提供了參考依據。未來可以進一步優化實驗條件，以提高分離效率和產品質量。
