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1、第31卷第3期膜科学与技术Vol.31No.32011年6月MEMBRANESCIENCEANDTECHNOLOGYJun.2011纳滤膜孔结构、荷电性质、分离机理及动电性质研究进展*王晓琳,涂丛慧,方彦彦,肖燕,周波(清华大学膜材料与工程北京市重点实验室,北京100084)摘要:纳滤膜拥有介于反渗透膜和超滤膜之间的截留分子量,同时对无机盐的截留率随着盐的种类和浓度而改变,广泛应用于各种水净化处理和产品精制分离过程.文章从纳滤膜孔结构和荷电性质、纳滤膜分离机理及其模型、纳滤膜动电
2、性质等三个方面对纳滤膜分离技术20多年来的基础及应用研究进展进行回顾和总结,简要分析了今后纳滤膜分离技术的发展方向及趋势.关键词:纳滤膜;结构模型;非平衡热力学;筛分效应;荷电效应;动电性质中图分类号:TQ028.8文献标识码:A文章编号:10078924(2011)0301270820世纪60年代Loeb和Sourirajan首次成功tion)作为关键词检索到5666条文献.按文献类别制备出可用于海水淡化的非对称醋酸纤维素反渗透可分为期刊论文3356、专利1072、会议论文106
3、4、膜,被称之为现代膜科学与技术发展的里程碑.随后综述104等;按学科类别可分为工程3424、化学一系列具有不同截留分子量(截留性能从反渗透延2208、水资源1774、高分子科学1236、环境科学与伸到超滤)的非对称醋酸纤维素膜被陆续开发出来,生态学935等;按逐年发表数量统计:1987~1991分离性能介于两者之间的纳滤膜应运而生,因此早年分别2、3、3、5、7;1992~1995年分别为29、28、期的纳滤膜通常又被称之为疏松的反渗透膜或37、58;1996~2000年分别为94、122、1
4、30、164、215;致密的超滤膜.早期的纳滤膜因其材质大多是醋2001~2005年分别为204、311、307、297、405;酸纤维素(生物和化学稳定性较差)或聚电解质,虽2006~2010年分别为520、474、603、778、778.笔者然具有纳滤所特有的截留特性,但通量较低导致应1992年刚进入日本东京大学博士课程时,选择纳滤用受到了限制.直至70年代末,Cadotte将哌嗪先后膜分离机理作为研究课题,能查阅参考的纳滤文献与1,3,5苯三甲酰氯、间苯二酰氯聚合,成功制备仅数篇,而今感
5、到欣慰的是当年刻苦努力为获得工出通量高、NaCl截留率低(<60%)、MgSO4截留率学博士学位而发表了4篇学术论文,至今其中3篇却高达99%的超薄层复合膜,使得纳滤膜在水净化的引用次数均过百次.(现在的年轻学子们开展任何处理过程中的大规模应用成为可能.1984年研究课题时,检索到的相关文献都是数百上千,文献Filmtec公司首次采用纳滤这一术语描述这一类的泛读与精读是锻炼独立思考、分析和解决问题能特殊的具有纳米级截留性能的分离膜,至今大规模力的重要举措).商业化的纳滤膜大多采用芳香族聚酰胺、聚
6、醚酰亚值此膜科学与技术创刊30周年之际,本文分胺、聚醚砜等材质.别从纳滤膜孔结构和荷电性质、纳滤膜分离机理及根据WebofScience(ISI公司)进行文献检索,其模型、纳滤膜动电性质等三个方面,对纳滤膜分离自1987年至2011年3月期间以纳滤(nanofiltra技术20多年来的基础及应用研究进展进行回顾和收稿日期:20110508基金项目:国家973计划项目(2009CB623404);北京市自然科学重点基金资助项目(2100001)作者简介:王晓琳(1963),男,博士,教
7、授,博导,从事膜过程、燃料电池的基础与应用研究.*通讯联系人128膜科学与技术创刊30周年专刊第31卷总结,简要分析了今后纳滤膜分离技术的发展方向用模型进行拟合得到的膜的平均孔径较为合理,适及趋势,期待着纳滤膜分离技术在水资源短缺、水环用于纳滤膜的研究.境污染日趋严重的现在与将来发挥更加重要的作此外通过直接测量的方法原则上也可以得到纳用.滤膜的孔径信息,如原子力显微镜(AtomicForceMicroscopy,AFM),扫描电镜(ScanningElecton1纳滤膜孔结构和荷电性质
8、Microscopy,SEM)等,其中原子力显微镜的分辨率纳滤膜有两个典型特征:1)其截留分子量介于更高,而且对膜表面的破坏较小,因此较为适[1,11]反渗透膜和超滤膜之间,可以截留分子量为200~用.然而由于纳滤膜孔径过小,很难得到较清晰2000的小分子;2)纳滤膜表面分离层通常带有电的适用于分析的膜表面图像,故而上述直接测量获荷,因此对不同价态的离子存在Donnan效应,对无取纳滤膜孔径的方法并未获得广泛的认同.机电解质具有一定的截留率.大多数纳滤膜的相关除了通过
