科普 || 什么是纳滤膜?原理有哪些?

纳滤(NF)膜的研制与应用较反渗透膜大约晚20年。20世纪70年代J·E·Cadotte研究NS-300膜,即为研究NF膜的开始。当时,以色列脱盐公司用“混合过滤”(hybridfiltration)来表示介于反渗透与超滤之间的膜分离过程,称为松散反渗透(looseRO)膜。后来美国的Filmtec公司把这种膜技术称为纳滤,一直沿用至今。之后,纳滤技术发展得很快,膜组件于80年代中期商品化。目前,纳滤技术已成为世界膜分离领域研究的热点之一。

纳滤膜


到目前为止,对纳滤膜的准确定义、机制、特征等的认识还远远不充分。

学术界比较统一的解释纳滤膜的定义包括以下七个方面:

①纳滤膜介于反渗透和超滤膜之间,其膜表面分离皮层可能具有纳米级微孔结构。

②相对于反渗透膜NaCI的脱除率均在95%以上,一般将NaCI脱除率为90%以下的膜均可称之为纳滤膜。

③反渗透膜几乎对所有溶质都有很高的脱除率,而纳滤膜只对特定的溶质具有脱除率。

④纳滤膜孔径在1nm以上,一般1~2nm。

⑤主要去除一个纳米左右的溶质粒子,截留分子量在200~1000道尔顿。

⑥反渗透膜几乎均为聚酰胺材质,而纳滤膜材料可采用多种材质,如醋酸纤维素、醋酸-三醋酸纤维素、磺化聚砜、磺化聚醚砜、芳香聚酰胺复合材料和无机材料等。

⑦一般纳滤膜的表面形成高聚物电解质因而常常有较强的负电荷性。

纳滤的原理与超滤及反渗透等膜分离过程一样,纳滤也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,纳滤的一个优点是能截留透过超滤膜的小分子量的有机物,又能透析反渗透膜所截留的部分无机盐——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,比用反渗透膜达到同样的渗透能量所必须施加的压差低0.5~3MPa。在同等的外加压力下,纳滤的通量要比反渗透大得多,而在通量一定时,纳滤所需的压力则比反渗透的低很多。所以用纳滤代替反渗透时,“浓缩”过程可更有效、快速地进行,并达到较大的“浓缩”倍数。

在使用纳滤膜进行的膜分离过程中,溶液中各种溶质的截留率有如下规律:

①随着摩尔质量的增加而增加;

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在给定压力的情况下,随着浓度的增加而下降;

④对于阴离子来说,按NO3-、CI-、OH-、SO42-、CO42-顺序上升。

⑤对于阳离子来说,按H+、Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cu2+顺序上升。科普 || 什么是纳滤膜?原理有哪些?插图1

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