天津工业大学——纳滤

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1、第五章纳滤Chapter5Nanofiltration丁晓莉材料科学与工程学院中空纤维膜材料及膜过程国家重点实验室培育基地StateKeyLaboratoryofHollowFiberMaterialsandProcesses本章内容提纲纳滤发展历史纳滤分离特性微滤分离原理微滤操作模式微滤过程数学模型膜材料及制备方法微滤应用未来发展一、纳滤发展历史•1976年，FilmTec公司，NorthStar研究所，用哌嗪与均苯三甲酰氯和间苯二甲酰氯通过界面聚合得到NS-300膜。•早期称为“低压反

2、渗透”、“疏松反渗透”、“反渗透-超滤混合膜”。Nanofiltration•20世纪80年代初期，美国FilmTec的科学家研制了一种薄层复合膜(NF-40、NF-50、NP-70)，能除去尺寸约1nm的分子-纳滤膜名称的由来（1984年）。•20世纪90年代后期，纳滤膜飞速发展，并产业化，产业化产品有NTR-729HF、NTR-7400、NTR-7250、NF-45、NF-60、SU-600NFinChina•国内超滤技术的研究始于20世纪90年代•1993年，高从堦院士在兴城会议上首次提出“纳滤膜”

3、概念。•在实验室中相继开发了CA-CTA纳滤膜，S-PES涂层纳滤膜和芳香聚酰胺复合纳滤膜。•研究了纳滤膜的分离机理等。•与国外差距很大。二、纳滤分离特性推动力：△p（一般低于1.0MPa）孔径：1～1.2nm截留介于RO和UF：200～2000纳滤膜表面分离层由聚电解质所构成，对不同价态的离子存在Donnan效应，而使得它对无机电解质具有一定的截留率。BACKHOMENEXT对摩尔质量大于200g/mol的物质有明显的截留效果BACKHOMENEXT纳滤分离机理及分离模型与UF膜相比，NF膜有一定的荷电

4、容量，对不同价态的离子存在Donnan效应；与RO膜相比，NF又不是完全无孔的，因此其分离机理在存在共性的同时，也存在差别。其对大分子的分离机理与UF相似，但对无机盐的分离行为不仅由化学势梯度控制（溶解扩散机理），也受电势梯度的影响，即NF膜的分离行为与其荷电特性、溶质荷电状态以及二者的相互作用均有关系。NF膜在不同体系中的分离机理不同。Nonequilibriumthermodynamicmodel传质模型(非平衡热力学模型)当不可逆热力学用于描述膜传递过程时，膜被看成是黑箱。溶质和溶剂组分通过膜的驱动

5、力。这种方法不提供也无需提供有关膜结构的任何信息，因此对于分子或颗粒是如何通过膜进行渗透的问题，该法不能从物理——化学的角度上予以分析。由于这种方法在通过膜的传递过程不能看成是热力学平衡过程，因此只能用不可逆热力学来描述膜传递过程。在不可逆过程中（膜传递过程）自由能被不断消耗，产生了熵增.1.细孔模型细孔模型的基本假设如下:假定多孔膜具有均一的细孔结构，细孔半径为r，长度为△x(》r);pp溶剂分子看作半径r的刚球，在膜孔中缓慢移动;s膜孔中溶液流动符合泊肃叶规则;实验中的过滤速率恒定且假设为稳态流动;溶

6、液的浓度非常小，孔中溶质分子无相互作用;所有梯度都在二坐标上，也就是说传递过程只考虑一维。只要知道膜的微孔结构和溶质大小，可运用细孔模型计算出膜的特征参数，从而得知膜的截留率与膜透过体积流速的关系如果已知溶质大小，并由其透过实验得到膜的截留率与膜透过体积流速的关系从而求得膜特征参数，也可以借助于细孔模型来确定膜的结构参数。该模型可以很好地预测中性溶质体系的纳滤膜分离特性。2.Changemodel(电荷模型)道南平衡(Donnanequilibrium)对于渗析平衡体系，若半透膜一侧的不能透过膜的大分子或

7、胶体粒子带电，则体系中本来能自由透过膜的小离子在膜的两边的浓度不再相等，产生了附加的渗透压，此即道南效应或称道南平衡。具体地说：若一侧为NaCl溶液(下称溶液1)，其离子能自由透过膜；另一侧为NaR溶液(下称溶液2)，其中R-离子不能透过膜。在两溶液均为稀溶液时，可以将离子活度视作离子浓度。于是在平衡时，[Na+][Cl-]=[Na+][Cl-]。1122因[Na+]=[Cl-]，[Na+]=[R-]+[Cl-]，11222于是[Na+][Cl-]=[Cl-]2，111[Na+][Cl-]=([R-]+[

8、Cl-])[Cl-]=[R-][C1-]+[C1-]222222222[Cl-]2=[R-][C1-]+[C1-]21222比较上述关系后可见：在平衡时，[C1-]>[C1-]；[Na+]<[Na+]。1212也就是说，在平衡时，上述系统中的Na+，C1-和R-都是不均匀的。空间电荷模型空间电荷模型假设膜由孔径均一而且其壁面上电荷均匀分布的微孔组成，微孔内的离子浓度及电场电势分布、离子传递和流体流动分别由Poisson-Bo