纳米膜过滤技术.ppt

第5章 纳米膜过滤技术; 5.1 概 述一. 纳滤技术的发展过程;1995年 开发;它有两个显著特征： 一个是其截留分子量介于RO和UF之间，为200～2 000； 另一个是NF膜对无机盐有一定的截留率: 对于阴离子，截留率为NO3-＜Cl-＜OH-＜SO42-＜CO32- 对于阳离子，截留率为H+＜Na+＜Ca2+＜Mg2+;NF膜能截留透过UF膜的那部分相对分子质量较小的有机物，而又能渗透被RO膜所截留的无机盐。操作压力比RO低（一般低于1.0MPa），通量比RO大。;6;5.2纳滤膜的分离机理;唐南平衡( Donnan equilibrium) ; 对于渗析平???体系，若半透膜一侧的不能透过膜的大分子或胶体粒子带电，则体系中本来能自由透过膜的小离子在膜的两边的浓度不再相等，产生了附加的渗透压，此即唐南效应或称唐南平衡。具体地说：若一侧为NaCl溶液(下称溶液1)，其离子能自由透过膜；另一侧为NaR溶液(下称溶液2)，其中R-离子不能透过膜。在两溶液均为稀溶液时，可以其离子活度视作离子浓度。于是在平衡时， [Na+]1[Cl-]1 =[Na+]2[Cl-]2 。;因[Na+]1=[Cl-]1 ，[Na+]2=[R-]2+[Cl-]2， 于是 [Na+]1[Cl-]1 =[Cl-]12 ， [Na+]2[Cl-]2 =([R-]2+[Cl-]2)[Cl-]2=[R-]2[C1-]2+[C1-]22 比较上述关系后可见： 在平衡时，[C1-]1[C1-]2；[Na+]1[Na+]2。也就是说，在平衡时，上述系统中的Na+，C1-和R-都是不均匀的。此理论可用于解释离子交换树脂对溶液中的离子进行交换时的平衡关系。;一、NF膜的传质机理 NF与UF、RO均是以压力差为推动力的膜过程，但它们的传质机理有所不同。UF主要为孔流形式（筛分效应）；RO为溶解~扩散过程（静电效应）；而NF介于它们两者之间，对无机盐的分离行为不仅受化学势控制，同时也受电势梯度的影响。 ;;二、NF的传质模型;溶剂透过通量：;2、电荷模型 又可分为空间电荷模型和固定电荷模型 固定电荷模型假定膜是均质无孔的，用来表征荷电型RO和NF膜的截留特性和膜电位。 空间电荷模型假设膜为有孔膜（毛细管通道），该模型可表征电解质及其离子在荷电膜内的传递。;3、细孔模型 该模型考虑了溶质的空间位阻效应和溶质与孔壁之间的相互作用。可借助该模型来确定膜的结构参数，也可适用于NF膜的结构评价。 ;4、静电位阻模型 该模型将细孔模型和固定电荷模型结合起来。它假设膜分离层由孔径均一、表面电荷分布均匀的微孔构成。它考虑了膜的结构参数对膜分离过程的影响，截留率由道南效应与筛分效应共同决定。由于道南效应的影响，物料的荷电性，离子价数，离子浓度，溶液pH值等对NF膜的分离效率有一定的影响。;NF膜的制备工艺有相转化法、稀溶液涂层法、界面聚合法、热诱导相转化法、化学改性法、等离子体聚合法。其中目前用的大多数复合NF膜是用界面聚合法制备的。 NF膜组件形式与RO类同，有板式、管式、卷式和中空纤维等结构形式。其中，卷式元件用得最普遍；在粘度和浓度较高的场合，管式组件较适合。 ;一、转化法 可分为UF膜转化法和RO膜转化法 UF膜转化法——先制得较小孔径的UF膜，然后对其进行热处理、荷电化后处理，使膜表面致密化。 RO膜转化法——调整合适的有利于RO膜表面疏松化的工艺条件，如铸膜液中添加剂的选择、各成分的比例及浓度等，使表层疏松化而制得NF膜。;;三、复合法 用得最多且最有效的制备NF膜的方法 原理就是在微孔基膜上复合上一层具有纳米级孔径的超薄表层（活性层）。 微孔基膜（多孔支撑体）的制备——烧结法和L-S相转化法 超薄表层制备及复合 涂敷法（较为经典） 界面聚合法（最有效，该法所制得的NF膜品种最多、产量最大） 化学蒸气沉积法（较新的方法） 动力形成法（也较新的方法）;四、荷电化法 膜荷电后可提高膜的耐压密性、耐酸/碱性及抗污染性，提高水的通量。 荷电膜可分表层荷电膜和整体荷电膜。 荷电化的方法：表面化学处理法、由荷电材料通过L-S相转化法直接成膜、含浸法、成互聚合法;五、NF膜的主要商品;部 分 商 品 化 纳 滤 膜 的 特 性;复合NF膜类型;2、聚哌嗪酰胺类复合NF膜 如Film Tec（USA）公司的NF-40、NF-40HF； Toray(东丽，日本)的UTC-20HF和UTC-60；ATM（USA）公司的ATF-30和ATF-50。;;4、混合型复合NF膜 如Hydranautics(海德能，USA)的Desal-5纳滤膜； Nit