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    纳滤膜NF-membrane

    纳滤膜的发展

           纳(NF):截留分子里在150以上、直径在1nm左右的物质。是介于超与反渗透之间的一种膜分离技术。

           在过去的很长一段时间里,纳滤膜被称为超低压反纳滤膜(LPRO:Low Pressure Reverse Osmosis),或称选择性反渗透膜或松散反渗透膜(Loose RO: Loose Reverse Osmosis)。日本学者大谷敏郎曾对纳膜的分离性能进行了具体的定义:操作压力≤1.50mPa,截留分子里200~1000,NaCI的截留率≤90%的膜可以认为是纳膜。现在,纳滤技术已经从反渗透技术中分离出来,成为介于超和反滲透技术之间的独立的膜分离技术,己经广泛应用于海水淡化、超纯水制造、食品工业、环境保护等诸多领域,成为膜分离技术中的一个重要的分支。

    膜主要去除直径为1个纳米(nm)左右的溶质粒子,截留分子量为100~1000,在饮用水领域主要用于脱除三卤甲烷中间体、异味、色度、农药、合成洗涤剂可溶性有机物,Ca、Mg等硬度成分及蒸发残留物质。


    原理

           是以压力差为推动力的膜分离过程,是一个不可逆过程。其分离机制可以运用电荷模型(空间电荷模型和固定电荷模型)、细孔模型以及近年来才提出的静电排斥和立体阻碍模型等来描述。与其他膜分离过程比较,纳的一个优点是能截留透过超膜的小分子量的有机物;又能透析反渗透所截留的部分无机盐一一也就是能使“浓缩”与脱盐同步进行。

           NF膜分离需要的跨膜压差一般为0.5-2.0MPa,比用反滲透膜达到同样的滲透能里所必须施加的压差低0.5-3Mpa。在同等的外加压力下,纳的通量要比反渗大得多,而在通里一定时,纳所需的压力则比反渗透的低很多。所以用纳膜进行的膜分离过程中,溶液中各种溶质的截留庇有如下规律:

           1.随着摩尔质里的增加而增加;

           2.在给定进料浓度的情况下,随着跨膜压差的增加而增加;

           3.在给定压力的情兄下,随着浓度的增加而下降;

           4.对于阴离子来说,按NOЗ―、Cr―、OH―、SO4―、CO4―顺序上升;

           5.对于阳离子来说,接H、Na、K、Ca2、Cu2顺序上升。

    膜材质和主要产品

           纳膜的成膜材料基本上与反渗透村料相同。商品化纳膜的膜材质主要有以下几种:醋酸纤维素(CA)、磺化聚砜(SPS)、磺化聚醚砜(SPES)和聚乙烯醇(PVA)等。无机材料制备的纳膜目前也已商品化。

           纳膜的制备工艺大致有以下几种:相转化法、稀溶液涂层法、界面聚合法、热诱导相转化法、化学改良法等,其中界面聚合法是制备纳膜最常用的方法。无机材料纳膜一般采用溶胶混凝法制备。

           表1所示是部分纳膜的分离性能,可以看出,不同纳膜的分离性能不完全相同。他们有一个共同点,即膜对单价离子的截留率低,对硫酸根和蔗糖的截留率高,膜对单价离子的截留率随溶液浓度的增高而迅速下降。膜的这些特性受控于膜材料、膜结构形态和膜的表面性质等。

    膜组件

           商业上的纳膜组件大都为卷式组件,此外也有采用管式和中空纤维式的纳膜组件。表2所示是部分纳膜组件的性能。

    膜有两个特性:

    1.对不同有机物组分的分离性能,分子量的切割范围约为200-1000;

    2.膜表面负电荷对不同电荷和不同价态阴离子的Donnan点位不ー样。纳滤膜的独特性能決定了它的应用范围,适用于下述三种情兄下的物质分离:

    对单价盐分离的截留率要求不高;

    要求进行不同价态离子的分离;

    要求对高分子里有机物与低分子量有机物进行分离。


    膜的应用

    根据纳滤膜的特性,其主要应用场合包括:

    1、软化水处理

    对苦咸水进行软化、脱盐是纳膜应用的******市场。

    2、饮用水中有害物质的脱除

    传统的饮用水处理主要通过絮疑、沉降、砂和加氯消毒来去除水中的悬浮物和细菌,而对各种溶解性化学物质的脱除作用很低。随着水源的环境污染加剧和各国饮水标准的提高,可脱除各种有机物和有害化学物质的"饮用水深度处理"日益受到人们的重视。目前的深度处理方法主要有活性碳吸附、臭氧处理和膜分离。

    3、中水、废水处理

    中水一般指将大型建筑物(宾馆、写字楼、商场等)中排出的生活汚水处理后用于厕所冲洗等非饮用再利用水。纳滤膜在各种工业废水的应用也很多实例,如造纸漂白水处理等。生活废水中,纳膜与生物处理(活性污泥)相结合也已进入实用阶段。

    4、食品、饮料、制药行业

    此领域中的纳膜应用十分活跃,如各种蛋白质、氨基酸、维生素、奶类、酒类、酱油、调味品等的浓缩、精制。

    5、化工工芝过程水溶液的浓缩、分离,如化工、染料的水溶液脱盐处理。


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