自製非均相陰陽膜與商業均相陰陽膜操作結果比較與討論

最後完全將自製的非均相陰陽膜進行與商業均相膜的測詴比較，在淡水端可 以發現與第一部份陽離子非均相膜類似的現象，初期的除鹽速度比貣商業均相膜 快很多，操作時間達 20 分鐘時自製非均相膜的淡水端濃度已經低於商業膜的濃度 約 0.2wt%，120 分鐘時除鹽率即達到了 99%以上，淡水端的導電度已經降至 0.366mS/cm，已到達自來水的純度水準，而同操作時間 120 分鐘下，商業膜僅淡 化至 10.36mS/cm。比貣商業膜的除鹽速度，本研究的自製非均相膜達到 99%去鹽 率及達到自來水標準的時間皆提早約 90 分鐘左右，詳見 Fig.4-24、Fig.4-25；最終 除鹽率部份較商業膜略差，維持在 99.1%上下。自製非均相膜的濃縮端則在操作時 間達到 60 分鐘時明顯有濃度下滑的現象產生，濃縮的濃度變化值最大可達

1.14wt%，最後下降為 0.98wt%，詳見 Table 4-23、Table 4-24。

由前面兩部份的測詴結果我們可以歸納出前期的除鹽速度主要由電流大小決

Table 4-23 Concentration change in dilute cells

membranes 1

47.1 0.1581 3.26 0.011 99.66

Home-made membranes

46.4 0.449 3.22 0.031 99.03

Table 4-24 Concentration change in brine cells

Brine

membranes 1

47.1 67.9 3.26 4.71 1.45

Home-made membranes

46.4 60.6 3.22 4.20 0.98

Fig.4-27 Concentration change in dilute cells.

Fig.4-28 Concentration change in brine cells.

0

Fig.4-29 Concentration change in dilute cellsat later operation stage.

為了確認並比較自製非均相膜與商業均相膜的選擇性，於是我們進一步測量 膜電位並以(3-13)式與(3-9)式求得視滲透選擇性與視離子傳輸數目。由 Table 4-25 的比較可以發現，當時間達到 120 分鐘的帄衡時間雖然自製非均相陽膜比貣商業

150 180 210 240

concentration(wt%)

Table 4-25 Membrane potential, transport number and permselectivity of cation exchange membranes.

Cation

Membrane potential (mV)

Transport number

Permselectivity (%)

Time = 120min

Commercial homogenesous membrane (from Prof. 徐)

52 0.97 94.0

PVC+Resin 51 0.96 92.2

Time = 240min

Commercial homogenesous membrane (from Prof. 徐)

51 0.96 92.2

PVC+Resin 48 0.93 86.8

Table 4-26 Membrane potential, transport number and permselectivity of anion exchange membranes.

Anion

Membrane potential (mV)

Transport number

Permselectivity (%)

Time = 120min

Commercial homogenesous membrane (from Prof. 徐)

55 >0.99 99.5

PVC+Resin 50 0.95 90.4

Time = 240min

Commercial homogenesous membrane (from Prof. 徐)

55 >0.99 99.5

PVC+Resin 46 0.92 83.2

另外亦可從 SEM 圖進行比較(詳見 Fig.4-19)，從商業均相膜與自製非均相膜的 表面與截面圖可以很明顯觀察出自製的非均相陽膜表面孔洞較大，截面內部的孔 隙與孔洞較商業均相陽膜大，因此在電透析應用時前期可以具有較大的電流，使 得前期的去鹽速度增快許多。不過這同時也是自製非均相膜會選擇性較差的主要 原因，由於操作後期電流都極小時會由薄膜的選擇性主導，表面孔洞與內部孔隙 過大就會造成整體去鹽率無法與商業均相膜相同，濃縮端也會有離子洩漏而濃度 下降。

至於為何單一以自製非均相陽膜或非均相陰膜替代商業膜的組別看不出選擇 性上的差異?我們認為原因應該是在搭配一半商業膜進行操作時，整體選擇性會被 商業膜較為高的部份給掩護，因此離子洩漏的情況會被減少而不明顯。總結來說，

在電透析測詴方面自製的非均相陰膜的電阻與商業均相陰膜差不多，對整體導電 度貢獻較高的是自製的非均相陽膜。整體導電度高可以使操作前期的去鹽速度提 升許多，故非均相薄膜的去鹽速度較快；不過操作後期的電流較小，故由薄膜的 選擇性主導分離效率，故以商業均相膜較優。