纳滤膜的发展概况

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1、.-第四章纳滤第一节概述一、纳滤膜的发展概况纳滤(NF)是20世纪80年代后期发展起来的一种介于反渗透和超滤之间的新型膜分离技术，早期称为“低压反渗透”或“疏松反渗透”。纳滤技术是为了适应工业软化水的需求及降低成本而发展起来的一种新型的压力驱动膜过程。纳滤膜的截留分子量在200-2000之间，膜孔径约为1nm左右，适宜分离大小约为lnm的溶解组分，故称为“纳滤”。纳滤膜分离在常温下进行，无相变，无化学反应，不破坏生物活性，能有效的截留二价及高价离子、分子量高于200的有机小分子，而使大部分一价无机盐透过，可分离同

2、类氨基酸和蛋白质，实现高分于量和低分子量有机物的分离，且成本比传统工艺还要低。因而被广泛应用于超纯水制备、食品、化工、医药、生化、环保、冶金等领域的各种浓缩和分离过程。近年来，纳滤膜的研究与发展非常迅猛。从美国专利看：最早有关纳滤技术的专利出现于20世纪80年代末，到1990年，只有9项专利，而在以后的5年中（1991～1995），出现了69项专利，到目前为止，有关纳滤膜及其应用的专利已超过330项，其应用涉及石油化工、海洋化工、水处理、生物、生化、制药、制糖、食品、环保、冶金等众多领域。我国从20世纪80年代后

3、期就开始了纳滤膜的研制，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，并对其性能的表征及污染机理等方面进行了试验研究，取得了一些初步的成果。但与国外相比，我国纳滤膜的研制技术和应用开发都还处于起步阶段。二、纳滤膜的特点由于纳滤膜特殊的孔径X围和制备时的特殊处理（如复合化、荷电化），使其具有较特殊的分离性能。纳滤膜的一个很大特征是膜表面或膜中存在带电基团，因此纳滤膜分离具有两个特性，即筛分效应和电荷效应。分子量大于膜的截留分子量的物质，将被膜截留，反之则透过，这就是膜的筛分效应

4、；膜的电荷效应又称为Donnan效应，是指离子与膜所带电荷的静电相互作用。对不带电荷的分子的过滤主要是靠位阻效应即筛分效应，利用筛分效应可以将不同分子量的物质分离；而对带有电荷的物质的过滤主要是靠荷电效应，纳滤膜表面分离层可以由聚电解质构成，膜表面带有一定的电荷，大多数纳滤膜的表面带有负电荷，它们通过静电相互作用，阻碍多价离子的渗透，这是纳滤膜在较低压力下仍具有较高脱盐性能的重要原因。图4-1纳滤膜的分离特性纳滤膜的特点如下：1.对不同价态的离子截留效果不同，对二价和高价离子的截留率明显高于单价离子。对阴离子的截

5、留率按下列顺序递增：NO3－，Cl－，OH－，SO42－，CO32－；对阳离子的截留率按下列顺序递增：H+，Na+，K+，Mg2+，Ca2+，Cu2+。2.对离子截留受离子半径的影响。在分离同种离子时，离子价数相等，离子半径越小，膜对该离子的截留率越小；离子价数越大，膜对该离子的截留率越高。3.截留分子量在200～1000之间，适用于分子大小为1nm的溶解组分的分离。-.可修编..-对疏水型胶体油、蛋白质和其它有机物具有较强的抗污染性，与反渗透膜相比，纳滤膜具有操作压力低、水通量大的特点；与微滤膜相比，纳滤膜又具

6、有截留低分子量物质能力强的特点，对许多中等分子量的溶质，如消毒副产物的前驱物、农药等微量有机物、致突变物等杂质能有效去除，从而确立了纳滤在水处理中的地位。纳滤技术填补了超滤和反渗透之间的空白，它能截留透过超滤膜的小分子量有机物，透过被反渗透膜所截留的无机盐。纳滤与电渗析、离子交换和传统热蒸发技术相比，它可以同时脱盐兼浓缩，在有机物与无机物混合液的浓缩与分离方面具有无可比拟的优点。第二节纳滤膜的传质机理及模型一、纳滤膜的传质机理纳滤与超滤、反渗透一样，均是以压力差为驱动力的膜过程，但其传质机理有所不同。一般认为，超

7、滤膜由于孔径较大，传质过程主要为孔流形式（筛分效应）；反渗透膜属于无孔膜，其传质过程为溶解-扩散过程（静电效应）；纳滤膜存在纳米级微孔，且大部分荷负电，对无机盐的分离行为不仅受化学势控制，同时也受电势梯度的影响。VanderBruggen等在4种纳滤膜上研究了25种有机物的分子大小、极性及电荷对截留的影响，发现截留率会由于分子的化学结构和电荷、极性等特性的不同而异，表观截留率与表示分子尺寸的3种参数（Stokes直径、当量摩尔直径和计算分子直径）之间有良好的相关性，因此，可以用截留率与尺寸参数的曲线关系代替截留分

8、子量来描述膜的分离特性。实验结果发现，纳滤膜对高偶极矩的分子的截留率高于无极性的分子，这种独立的膜电荷效应可解释为静电作用而使偶极朝向膜。有机分子的截留行为将受电荷的影响，且不同孔隙有很大差异：小孔隙的膜受电荷影响小，当孔隙变大后，这种效应的影响作用变得明显，当孔隙非常大时，电荷效应成了高电荷膜截留率的决定因素。Wijmans认为，当膜孔径很小时，其传质机理为孔流机理和溶