纳滤膜技术

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纳滤膜技术

纳滤过程的关键是纳滤膜。对膜材料的要求是:具有良好的成膜性、热稳定性、化学稳定性、机械强度高、耐酸碱及微生物侵蚀、耐氯和其它氧化性物质、有高水通量及高盐截留率、抗胶体及悬浮物污染,价格便宜且采用的纳德膜多为芳香族及聚酸氢类复合纳德膜。复合膜为非对称膜,由两部分结构组成:一部分为起支撑作用的多孔膜,其机理为筛分作用;另一部分为起分离作用的一层较薄的致密膜,其分离机理可用溶解扩散理论进行解释。对于复合膜,可以对起分离作用的表皮层和支撑层分别进行材料和结构的优化,可获得性能优良的复合膜。膜组件的形式有中空纤维、卷式、板框式和管式等。其中,中空纤维和卷式膜组件的填充密度高,造价低,组件内流体力学条件好;但是这两种膜组件的制造技术要求高,密封困难,使用中抗污染能力差,对料液预处理要求高。而板框式和管式膜组件虽然清洗方便、耐污染,但膜的填充密度低、造价高。因此,在纳滤系统中多使用中空纤维式或卷式膜组件。

在我国,对纳滤过程的理论研究比较早,但对纳滤膜的开发尚处于初步阶段。在美国、日本等国家,纳滤膜的开发已经取得了很大的进展,达到了商品化的程度,如美国Filmtec公司的NF系列纳滤膜、日本日东电工的NTR-7400系列纳滤膜及东丽公司的UTC系列纳滤膜等都是在水处理领域中应用比较广泛的商品化复合纳滤膜。

对于一般的反渗透膜,脱盐率是膜分离性能的重要指标,但对于纳滤膜,仅用脱盐率还不能说明其分离性能。有时,纳滤膜对分子量较大的物质的截留率反而低于分子量较小的物质。纳滤膜的过滤机理十分复杂。由于纳德膜技术为新兴技术,因此对纳滤的机理研究还处于探索阶段,有关文献还很少。但鉴于纳滤是反渗透的一个分支,因此很多现象可以用反渗透的机理模型进行解释。关于反渗透的膜透过理论[2]有朗斯代尔、默顿等的溶解扩散理论;里德、布雷顿等的氢键理论;舍伍德的扩散细孔流动理论;洛布和索里拉金提出的选择吸附细孔流动理论和格卢考夫的细孔理论等。

纳滤膜的过滤性能还与膜的荷电性、膜制造的工艺过程等有关。不同的纳滤膜对溶质有不同的选择透过性,如一般的纳滤膜对二价离子的截留率要比一价离子高,在多组分混合体系中,对一价离子的截留率还可能有所降低。纳滤膜的实际分离性能还与纳滤过程的操作压力、溶液浓度、温度等条件有关。如透过通量随操作压力的升高而增大,截留率随溶液浓度的增大而降低等。