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纳滤膜的原理及应用
添加时间:2018-11-05
纳滤(nanofiltration,NF)是一种介于超滤和反渗透之间的膜分离技术,膜的孔径范围在纳米级,膜上带有电荷,操作压力为0.5~1 MPa,低于反渗透。用纳滤膜制水的过程中,一般会浪费将近30%的自来水,不适用于家庭使用,所以一般用于工业纯水制造。纳滤膜分离作用的两个主要机制即在过滤过程中同时兼具物理孔隙产生的筛分效应和膜面电荷产生的道南效应作用(离子与膜所带电荷的静电相互作用,膜表面所带电荷越多对离子的去除效果越好。)对水中大多数有机物和多价盐离子有高截留率,对单价离子截留率较低,因而可以很好地将单价多价盐选择分离。纳滤对有机物的去除效果比超滤、微滤都要好,因此纳滤膜大多为高分子材料复合膜,截留分子量为100~1 000 Dalton,对相对分子质量为200 Dalton以上的组分具有较高截留率。可截留高价盐而透过单价盐而使小分子有机物透过膜。
纳滤膜的分类根据纳滤膜材料差异。可分为无机膜和有机高分子膜,但无机膜的材料大多为金属、玻璃或陶瓷所制备,制作较为困难,因此往往使用的是有机高分子膜。醋酸纤维素类作为有机高分子膜一大类,因其原料来源简单性价比较高而广泛被使用,但因氧化性能差、不耐酸碱而存在一定局限,因此,又衍生了很多改性的醋酸纤维膜。聚砜和聚醚砜有较好的耐高温性,并好的强度和耐酸碱性,因而成为另外大类有机高分子膜。此外,还有种荷电纳滤膜,因操作压力低,在水处理方面有大量的应用。
与反渗透技术相比,纳滤膜不仅可以截留对人体有益的元素,而且允许小分子通过,在保留对人体有益的微量元素的同时,也除去了消毒后水中的副产品或残留物质等。纳滤膜可高效用于去除水中的杂质和色度、降低TDS浓度。因此纳滤主要用于软化水处理,也用于去除微污染物、硝酸盐、砷、氟化物、病毒和天然有机物。在水处理中,纳滤膜法具有不可比拟的优越性。尤其是近年来在饮用水软化与净化、污水深度处理与再生水生产、工业过程浓缩分离、海水淡化、食品工业、染料工业、医用废水、垃圾渗滤、小分子有机物分离等方面得到了较为广泛的应用。
饮用水
饮用水深度处理中,活性碳的应用是这些技术中发展较早,也比较成熟有效的方法之一,可去除水中大部分的有机物。现在膜分离技术的应用为研究热点之一。纳滤膜不仅可以去除水中残留农药、杀虫剂等和消毒副产物,截留水中的病原微生物和重金属等有害离子,而且能够在突发条件下保证供水水质的安全性和稳定性,满足不同地区和人群的用水需求。
海水淡化
早在1988年Plummer就采用4英寸纳滤膜NF-40开展了海水软化的研究,S042-去除率达98%,Ca2+ 去除率达70%左右。纳滤膜软化能有效降低海水的硬度、总溶解固体(TDS)和有机物的含量,大大降低了CaSO4结垢的可能性,在海水淡化领域发挥着巨大的的应用潜力。
食品工业
食品工业废水属于高浓度重污染的工业废水。纳滤膜可以较成功地处理乳清。在整个过程中,大分子有机物乳清被截留返回,继续稀释、脱盐、浓缩,直到大部分溶液都可以通过纳滤膜,此时溶液再进行二次处理,而稀释后的乳清中的含盐量被降到极低。
染料工业
纺织印染废水中含有大量有毒性的染料类物质和重金属物,而且一般的传统处理工艺难以去除废水中的色度物质。纺织印染行业中大量使用的染料物质分子量通常分布在700 ~ 1000Da 范围内,非常适于选用纳滤膜技术处理。
医用废水
医用废水中抗生素的浓度极高,若将这些废水排放至自然水体中,将极大地威胁人类及水生生物的健康,其产生的后果无法估量。运用MB R -NF双膜法系统处理制药废水二级生化出水可以实现对水中残留抗生素的高效截留。
随着科学技术的进步,纳滤膜技术在水处理中已经得到广泛的应用。但与此同时,纳滤膜在工业应用中也受到了一些缺点和不足的限制,包括膜污染问题、不够彻底的分离效果等。随着研究人员对纳滤膜传质机理、新型膜材料的研发、膜组件设计构型的优化以及过滤过程的模拟控制研究的深人,新的发现和成果将会有力地推动纳滤膜在更多的行业和领域应用中实现突破和进展。