納米膜過濾技術(shù)

1、納米膜過濾技術(shù)課題名稱：納米膜過濾技術(shù)課題內(nèi)容：1 概述11定義：納米過濾（簡(jiǎn)稱納濾）是介于反滲透與超濾Z間的一種以壓力 為驅(qū)動(dòng)力的新型膜分離過程，納濾膜的孔徑范圍在幾個(gè)納米左 右。能截留有機(jī)小分子而使大部分無機(jī)鹽透過，操作壓力低， 在食品工業(yè)、生物化工及水處理等許多方面有很好的應(yīng)用前 景。1.2納濾與超濾及反滲透的關(guān)系：a. 納米過濾膜的截?cái)嘞鄬?duì)分子質(zhì)量小于1000,大于100,填補(bǔ) 了超濾與反滲透Z間的空白。（比反滲透大，比超濾?。゜. 納濾可以截留能透過超濾膜的溶質(zhì)；而不能截留能透過反滲 透膜的溶質(zhì)（水）。X /大分子< V*/*. * W土R9A 不»«

2、87;水2 納米過濾機(jī)理NF膜與UF膜一樣為多孔膜，其分離過程也是利用膜的篩分作 用。但NF膜大多為荷電膜，其對(duì)無機(jī)鹽的分離行為不僅由化學(xué) 勢(shì)梯度控制，同時(shí)也受電勢(shì)梯度的影響，即NF膜的行為與其荷 電性能，以及溶質(zhì)荷電狀態(tài)和相互作用都有關(guān)系。2.1納濾技術(shù)原理：a溶解擴(kuò)散原理：滲透物溶解在膜中，并沿著它的推動(dòng)力梯度 擴(kuò)散傳遞，在膜的表面形成物相之間的化學(xué)平衡，傳遞的形式 是：能量二濃度*淌度*推動(dòng)力，使得一種物質(zhì)通過膜的時(shí)候必須 克服滲透壓力。b.電效應(yīng)：納濾膜與電解質(zhì)離子間形成靜電作用，電解質(zhì)鹽離 子的電荷強(qiáng)度不同，造成膜對(duì)離子的截留率有差異，在含有不 同價(jià)態(tài)離子的多元體系中，由于道南(DO

3、NNAN)效應(yīng)，使得膜對(duì)不同離子的選擇性不一樣，不同的離子通過膜的比例也不相 同。林納濾原理圖納濾過程之所以具有離子選擇性，是由于在膜上或者膜中有負(fù) 的帶電基團(tuán)，它們通過靜電互相作用，阻礙多價(jià)離子的滲透。 根據(jù)文獻(xiàn)說明，可能的荷電密度為0.5 2meq/go為此，我們可用道南效應(yīng)加以解釋：nj=yj*z j*f*(p式中ni電化學(xué)勢(shì)；w化學(xué)查組分的電荷數(shù)；f每摩勢(shì)；Zj被考爾簡(jiǎn)單荷電組分的電荷量；(p相的內(nèi)電位，并且具有電壓的量綱。式中的電化學(xué)勢(shì)不同于熟知的化學(xué)勢(shì)，是由于附加zj*f*(p項(xiàng)， 該項(xiàng)包括了電場(chǎng)對(duì)滲透離子的影響。利用此式，可以推導(dǎo)出體 系中的離子分布，以計(jì)算出納濾膜的分離性能。2

4、.2納濾膜的離子選擇性：a. 對(duì)于陰離子，截留率按以下順序遞增：NO3，er, OH； sot CO；-b. 陽(yáng)離子的截留率遞增順序?yàn)椋篐； Na*, K+, Ca2+, Mg2*, Cu2+c一價(jià)離子易透過，高價(jià)離子的截留率高Eg : Na2SO4和NaCl混合溶液d.分子量在2001000之間，分子大小在lnm以上的分子被截 留2.3納米過濾的特點(diǎn) 在過濾分離過程中，它能截留小分子的有機(jī)物并可同時(shí)透析 出鹽，即集濃縮與透析為一體； 操作壓力低，因?yàn)闊o機(jī)鹽能通過納米濾膜而透析，使得納米 過濾的滲透壓遠(yuǎn)比反滲透為低，這樣，在保證一定的膜通量的 前提下，納米過濾過程所需的外加壓力就比反滲透低得多

5、，具 有節(jié)約動(dòng)力的優(yōu)點(diǎn)。3.1性質(zhì)a. 大多數(shù)的納米濾膜是由多層聚合物薄膜組成?；钚詫油ǔ：?負(fù)電化學(xué)基團(tuán)。一般認(rèn)為納米濾膜是多孔性的，其平均孔徑為 2nm,通常相對(duì)分子質(zhì)量截留范圍為2001000,目前截留相 對(duì)分子量在100200的納濾膜已成為研究熱點(diǎn)。b. 納米濾膜同樣要求具有良好的熱穩(wěn)定性、pH值穩(wěn)定性和對(duì)有 機(jī)溶劑的穩(wěn)定性。TW80C。, pH=l 14 o3.2特點(diǎn)久納濾膜比反滲透膜有更高的水通量。（因?yàn)镹F膜上含有負(fù)電 荷親水性基團(tuán)）b改善以疏水性膠體、油脂、蛋白質(zhì)和其他有機(jī)物為背景的抗 污染能力強(qiáng)。（表面活性基團(tuán)）c.如果溶質(zhì)所帶電荷相反,它與膜相互配合會(huì)導(dǎo)致污染。因此，納濾膜

6、最好應(yīng)用于不帶電荷分子的截留，可完全看做為篩 分，或組分的電荷采用靜電相互作用消除。3.3納濾膜組件SelRO系列納濾膜包括卷式與管式兩種構(gòu)型的組件。5SelRO納濾膜的剖面示意圖A卷式膜；B管式膜久卷式膜：由于單位體積中擁有較大的膜面積，因而造價(jià)較 低，但要求通過膜的料液必須經(jīng)預(yù)處理步驟，以避免分離過程 中膜間隙內(nèi)堵塞；b.管式膜：?jiǎn)挝惑w積中膜面積小、造價(jià)高，但料液可不經(jīng)預(yù)處 理，直接濃縮，并且不易堵塞，方便清洗。4 納濾的應(yīng)用行業(yè)處理對(duì)象行業(yè)處理對(duì)象制藥工業(yè)母液中有效成分的回收 抗菌素的分離純化 維生素的分離純化 氨基酸的脫鹽與純化化工行業(yè)酸堿純化.回收 電鍍液中銅的回收食品TW乳清脫鹽與

7、濃縮 苛性碩回收純水制備超高純水 水的脫鹽 地下水的凈化染料T'll/活性染料的脫鹽與回收廢水處理印染廠廢水脫色 造紙廠廢水凈化1.納米過濾在抗生素的回收與精制上的應(yīng)用抗生素原液含4%生物殘?jiān)?，不定的鹽分，抗生素含量約0.1% -0.2%兩種途徑：/先萃取，再用NF膜濃縮溶劑可循環(huán)利用，成本降低80% ；/先用NF膜濃縮，再萃取節(jié)省萃取劑，提高回收率;有機(jī)相（苯乙酸）!t0-丸6 APA母液丙A成品1百濃縮液 ，溶劑抽擔(dān)|I凱能公司生產(chǎn)的NF1014S卷式膜（截留分子量Mw二250） 濃縮抗生素6-APA（Mw二216）,可將含0.37%的6-APA的發(fā)酵 液濃縮到5%,該膜對(duì)6-AP

8、A的截留率達(dá)95%,對(duì)6-APA的回 收率約90%,同時(shí)將鹽分等雜質(zhì)除去。2.牛奶及乳清蛋白的濃縮利用納濾膜濃縮的牛乳可以制成高級(jí)冰激淋。因在一般 的濃縮乳中，由于存于其中的鹽類也被濃縮，所制成的冰激 淋口感不佳，面暖和納舉世矚目膜濃縮的牛乳，鹽類減少， 使制成的冰激淋口感嫩滑，同時(shí)因?yàn)闆]有被加熱，制品的奶 味格外濃郁。乳粉的貯藏過程中，最易發(fā)生的是風(fēng)味變壞，我們把產(chǎn) 生各種不良?xì)馕兜奈镔|(zhì)稱為雜味物質(zhì)。利用納濾分離，可以 除這些物質(zhì)。未經(jīng)處理的復(fù)原脫脂乳中雜味很強(qiáng)，評(píng)價(jià)較差。使用反 滲透濃縮處理的乳，其風(fēng)味在某種程度上得到改善，但由于 鹽類和乳糖都被濃縮，咸味與甜味都被增強(qiáng)，使總體評(píng)價(jià)降 低。

9、而使用納濾膜，選擇適當(dāng)?shù)臐饪s比進(jìn)行處理，不僅除去 了乳中的雜味成分，還使脫脂乳具有鹽類平衡的良好風(fēng)味。（由表2可以看到）農(nóng)2列用程分覺辿行鞏妹攻變的效與比姣克分返方法納逹耒翌XL 3XL 5XL SX2.02* 10 J00+ 3咸昧+ 2十【0.1 10甜味斗2斗【+ I+ 2020+1-r30-21+ 2-12*33造紙廢水處理造紙廢水是目前處理難度較大的廢水之一。M. M#ntt$ri等在實(shí)驗(yàn)室,用平板納濾膜NF45處理浮選和過濾預(yù)處理后的造紙廢水。膜通量為90L/(m2 h)o J.Nuortila-Jokinen等也進(jìn)行了納濾膜處理造紙廢水的研究。研究表明，膜 的震動(dòng)頻率、錯(cuò)流流速、

10、操作壓力、pH、化學(xué)預(yù)處理等對(duì)納濾 膜的膜通量有很大影響。5 納濾膜的污染與防止5.1納濾膜的污染膜的可靠性是目前阻礙膜技術(shù)推廣應(yīng)用的關(guān)鍵之一，而 膜污染又是影響其可靠性的決定因素。盡管在膜的應(yīng)用過程 中產(chǎn)生膜污染是在所難免的，但是可以通過對(duì)不同的膜污染 采取相應(yīng)的措施來減少膜污染程度。納濾膜污染的特性與水中污染物的物理、化學(xué)、微生 物性質(zhì)密切相關(guān)，可分為無機(jī)污染、有機(jī)污染和微生物污 染。用納濾膜法處理水的過程中，造成膜污染的物質(zhì)主要是 地表水和地下水存在的水合狀態(tài)的金屬氧化物、含鈣化合 物、膠體物質(zhì)、有機(jī)物以及微生物等，這些物質(zhì)在膜表面 上形成了濾餅、凝膠及結(jié)垢等附著層或堵塞膜孔，因此導(dǎo)致

11、膜分離性能發(fā)生變化，具體表現(xiàn)為膜的透過通量減少、膜的 荷電性質(zhì)和膜孔結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，膜的使用壽命降低。5.2納濾膜污染的控制與防止膜污染通常是指溶液中的溶質(zhì)、膜以及溶劑相互作用而 產(chǎn)生的一些復(fù)雜現(xiàn)象，主要包括膜面污堵、化學(xué)破壞以及細(xì) 菌生長(zhǎng)幾種情況。其一般性機(jī)理是：當(dāng)截留的污染物質(zhì)沒有 從膜表面?zhèn)髻|(zhì)回主體液流中，膜面上污染物質(zhì)的沉淀與積 累，使水透過膜的阻力增加，妨礙了膜面上的溶解擴(kuò)散，從 而導(dǎo)致膜產(chǎn)水量和水質(zhì)的下降。同時(shí)由于沉積物占據(jù)了鹽水 通道空間，限制了組件中的水流流動(dòng)，增加了水頭損失。在 膜的應(yīng)用過程中很難完全避免產(chǎn)生膜的污染，但是可以通過 對(duì)不同的膜污染情況來采取相應(yīng)的措施來減小膜的污

12、染程 度，目前控制納濾過程污染的方法大體可分為以下四種：(1) 清洗：清洗方法的選擇主要取決于納濾膜的構(gòu)型、膜 種類和耐化學(xué)試劑能力以及污染物的種類，常用的方法有物 理方法和化學(xué)方法兩類。(2) 改變物料的性質(zhì)：在膜過濾之前，對(duì)料液進(jìn)行預(yù)處理 如熱處理、加配合劑(EDTA等)、活性炭吸附、預(yù)微濾 和預(yù)超濾等，以去除一些較大的粒子；也可調(diào)節(jié)pH遠(yuǎn)離蛋 白質(zhì)等電點(diǎn)從而減輕吸附作用造成的膜污染。(3) 改變操作方式：改變操作方式實(shí)際上是改善膜面流動(dòng) 方式，其主要方法有：一是在膜過程中采取一定的操作策略；另外則是優(yōu)化和改進(jìn)膜組件及膜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。用這兩種方法可讓流體在膜組件中的流動(dòng)呈現(xiàn)出減輕膜污染和濃差極化的理想狀態(tài)。(4) 納濾膜的改性：改變膜材料或膜的表面性質(zhì)把膜表面 改變成親水性的，為了強(qiáng)化膜的操作性能，減少膜污染，膜表面的更新是一種方法，膜面與溶質(zhì)的物理化學(xué)相互作用可 由合適的表面活性劑來控制。6 納濾膜技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)納濾膜選擇性敏銳，同時(shí)兼?zhèn)涑瑸V和反滲透的分離性能，特別是對(duì)于低分子量有