超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用

1、超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用一、超濾超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用概述超濾的基本理論超濾膜的特性及制備方法超濾裝置超濾膜的污染與清洗超濾的應(yīng)用本章主要內(nèi)容超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用第一節(jié)概述超濾（Ultrafiltration，簡(jiǎn)稱UF)，又稱超過(guò)濾。1861年，Schmidt公布用牛心包膜截留可溶性阿拉伯膠。1907年，Bechhold較為系統(tǒng)研究了超濾膜，首次采用“超濾”術(shù)語(yǔ)。1963年，Michaels開(kāi)發(fā)了不同孔徑的CA（醋酸纖維素）超濾膜。超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用1965-1975年，UF大發(fā)展，從CA擴(kuò)大到PS

2、（聚苯乙烯）、PC（聚碳酸酯）、PAN（聚丙烯腈）、PES（聚醚砜樹(shù)脂）等等。我國(guó)的超濾技術(shù)，70年代中期起步，80年代大發(fā)展，90年獲得廣泛應(yīng)用，10多個(gè)品種。超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用第二節(jié) 超濾的基本理論1.超濾的基本原理 開(kāi)始一般認(rèn)為超濾是一種篩孔分離過(guò)程。在靜壓差為推動(dòng)力的作用下，原料液中溶劑和小溶質(zhì)粒子從高壓的料液側(cè)透過(guò)膜到低壓側(cè)，一般稱為濾出液或透過(guò)液，而大粒子組分被膜所阻攔，使它們?cè)跒V剩液中濃度增大。按照這樣的分離機(jī)理，超濾膜具有選擇性表面層的主要因素是形成具有一定大小和形狀的孔，聚合物的化學(xué)性質(zhì)對(duì)膜的分離特性影響不大。 超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用許多年后，

3、發(fā)現(xiàn)情況并非如此。除了機(jī)械篩分作用外，還有兩個(gè)因素決定膜的分離特性：其一，溶質(zhì)、溶劑和膜材質(zhì)之間的相互作用，這些作用力包括范德華力、靜電力、氫鍵作用力等，溶質(zhì)分子在膜表面或膜孔壁上受到吸引或排斥都會(huì)影響膜對(duì)溶質(zhì)的分離效果。其二，膜的平均孔徑和孔徑分布影響膜的分離特性。超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用超濾過(guò)程實(shí)際上同時(shí)存在三方面的情形：溶質(zhì)在過(guò)濾膜表面以及膜孔中產(chǎn)生吸附；溶質(zhì)的粒徑大小與膜孔徑相仿，溶質(zhì)在孔中停留，引起阻塞；溶質(zhì)的粒徑大于膜孔徑，溶質(zhì)在膜表面被機(jī)械截留，實(shí)現(xiàn)篩分。 超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用超濾對(duì)去除水中的微粒、膠體、細(xì)菌、熱源和各種有機(jī)物有較好的效果，但它幾乎不能

4、截留無(wú)機(jī)離子。UF的分離機(jī)理為篩孔分離過(guò)程，但膜表面的化學(xué)性質(zhì)也是影響超濾分離的重要因素。超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用在超濾中，大分子溶質(zhì)等之所以不能像溶劑那樣容易通過(guò)膜，主要是因?yàn)橄铝性颍海?）超濾過(guò)程中溶質(zhì)機(jī)械地被截留在過(guò)濾膜表面上 (篩分)；（2）被吸附在過(guò)濾膜表面及膜孔中(基本吸附)；（3）被保留在膜孔中而被除去(阻塞)等 3種方式。 超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用超濾主要用于從液相物質(zhì)中分離大分子化合物，膠體分散液，乳液。也可以用來(lái)分離低分子量溶質(zhì)，從而可達(dá)到某些含有各種小分子量可溶性溶質(zhì)和高分子物質(zhì)等溶液的濃縮、分離、提純和凈化。其操作靜壓差一般為1MPa，被分離組

5、分的直徑大約為，這相當(dāng)于光學(xué)顯微鏡的分辨極限，一般為分子量大于500的大分子和膠體粒子，這種液體的滲透壓很小，可以忽略。所用膜常為非對(duì)稱膜，膜孔徑為10-310-1m，膜表面有效截留層厚度較小(0.110m)，操作壓力一般為0.4MPa(24kgcm2)，膜的透過(guò)速率為5m3(m2d)。 超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用2.超濾與反滲透的異同共同點(diǎn)：推動(dòng)力均是壓力差，在溶液的壓力下，溶劑等小分子通過(guò)薄膜，而較大的溶解物質(zhì)被阻滯在膜表面上。區(qū)別：膜不同機(jī)理不同工作壓力不同超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用 膜不同超濾膜較疏松，透水量大，除鹽率低；一般用超濾分離大分子和膠體，能夠分離的溶質(zhì)分

6、子至少要比溶劑的分子大10倍。反滲透膜致密，透水量低，除鹽率高，具有選擇透過(guò)能力，用以分離分子大小大致相同的溶劑和溶質(zhì)。超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用簡(jiǎn)單的透過(guò)和截留示意圖123412341234膜RO反滲透UF超濾MF微濾各種滲透膜對(duì)不同物質(zhì)的截留功能示意圖1. 溶劑； 2. 小分子； 3.大分子； 4.微粒超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用膜分離法與物質(zhì)大小(直徑)的關(guān)系超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用 機(jī)理不同超濾的去除機(jī)理主要是篩濾作用；在反滲透膜上分離過(guò)程伴隨有半透膜、溶解物質(zhì)和溶劑之間復(fù)雜的物理化學(xué)作用。 工作壓力不同超過(guò)濾的工作壓力低0.5 MPa)；反滲透所需的工作

7、壓力高(1100 MPa)。超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用3. 超濾的基本傳質(zhì)理論濃差極化 膜的透過(guò)通量單位時(shí)間內(nèi)、單位面積膜上透過(guò)的溶液量，JV = V/（A T）（V取樣體積；T取樣時(shí)間；A膜有效面積）。 溶質(zhì)的截留率可由原溶液和透過(guò)液濃度求出 Ra = 1-cp/cb (cb原液濃度，cp透過(guò)液濃度；mg/L)。 超濾膜選擇性透過(guò)溶劑和小分子溶質(zhì)，截留的大分子在膜表面積累，濃度上升并以相反方向向料液擴(kuò)散，達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)在膜表面形成一定的溶質(zhì)層（凝膠層），阻礙溶劑等小分子的跨膜行為，此現(xiàn)象成為濃差極化。超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用減輕濃差極化的方法 一類是在膜過(guò)程中，采取一定

8、的操作策略，如攪拌、引入脈動(dòng)流、鼓泡、超聲或使膜振動(dòng)等。 另一類則是優(yōu)化和改進(jìn)膜組件及膜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如膜面處剪切流速的提高,設(shè)置湍流促進(jìn)器等等。超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用傳質(zhì)系數(shù)速率方程（膜透過(guò)速率）微孔模型（伯謖葉方程可計(jì)算溶質(zhì)截留率、擴(kuò)散系數(shù)）滲透壓模型（超濾濃縮時(shí)考慮）凝膠極化模型超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用第三節(jié) 超濾膜的制備方法及特性 超濾膜材料一般用于制備反滲透膜的材料也可用于制備超濾膜，只是制膜液的組分配比和成膜工藝不同。超濾膜有多種，最常用的是：醋酸纖維素膜、芳香聚酰胺膜、聚砜膜和聚砜酰胺膜和無(wú)機(jī)膜。超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用1超過(guò)濾膜的結(jié)構(gòu) 超濾

9、膜可分為對(duì)稱膜和非對(duì)稱膜。對(duì)稱膜，又稱各向同性膜，指各向均質(zhì)的致密或多孔膜，物質(zhì)在膜中各處的滲透速率相同。非對(duì)稱膜，又稱各向異性膜，是由一個(gè)極薄的致密皮層(決定分離效果和傳遞速率)和一個(gè)多孔支撐層(主要起支撐作用)組成。不對(duì)稱膜又分為兩類：一類為整體不對(duì)稱膜(膜的皮層和支撐層為同一種材料)；另一類為復(fù)合膜(膜的皮層和支撐層為不同種材料)。 超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用非對(duì)稱的醋酸纖維膜示意圖對(duì)稱的雙皮層中空纖維膜示意圖超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用2.超濾膜的制備1)各向同性膜的制備。首先將高分子膜材料用溶劑直接溶解，所得料液經(jīng)脫泡后，采取普通的流延法將其刮成薄層，并使溶劑蒸發(fā)即

10、可得到均質(zhì)薄膜。2)各向異性膜的制備。首先將高分子膜材料、溶劑和添加劑按一定比例配料，待完全溶解后進(jìn)行真空脫泡。其次以流延法將料液傾倒在玻璃板上，以刮刀刮成一定厚度的薄層，并在適當(dāng)條件下，控制蒸發(fā)速度，另一部分溶劑蒸發(fā)掉最后，連同玻璃板一起，將膜置于冰水中凝膠定型。超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用3）不同孔徑超濾膜的制備 在控制溫度、濕度、蒸發(fā)時(shí)間、冷浸溫度等條件不變的情況下，改變膜材料、溶劑和添加劑的配料比，即可制成不同孔徑的膜。超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用3.超濾膜的特性超過(guò)濾膜的基本性能主要包括：水通量；截留率；化學(xué)物理穩(wěn)定性(包括機(jī)械強(qiáng)度)。一般的要求是有較大的水通量，較高

11、的截留率和較好的化學(xué)物理穩(wěn)定性。超過(guò)濾膜若使用恰當(dāng)，能連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)12年。暫時(shí)不用時(shí)，可保存在1甲醛水溶液或者50甘油水溶液中。 超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用第四節(jié)超濾裝置1. 超濾膜組件：有板式、管式、卷式和中空纖維式四種。超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用板框式超濾裝置優(yōu)點(diǎn)：裝置牢固，適合在廣泛的壓力范圍內(nèi)工作；流道間隙大小可調(diào)，原水流道不易被雜物堵塞；具有可拆性，清洗方便；通過(guò)增減膜及支撐板的數(shù)量可處理不同水量。 缺點(diǎn)：裝置較笨重；單位體積內(nèi)的有效膜面積較小；膜的強(qiáng)度要求較高，一般做在無(wú)紡布上，以增強(qiáng)膜的機(jī)械性能。超全的超濾與納濾概述、基本理論和

12、應(yīng)用管式超濾裝置優(yōu)點(diǎn)：原液流道截留面積較大，不易堵塞；膜面的清洗比較容易，可化學(xué)清洗或擦洗。 缺點(diǎn)：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)膜的充填密度較低，占地面積大；膜管的彎頭及連接件多，設(shè)備安裝費(fèi)時(shí)。超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用卷式超濾裝置 優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)的有效膜面積較大，水在膜表面流動(dòng)狀態(tài)比較好，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積較小。 缺點(diǎn)：進(jìn)水預(yù)處理要求嚴(yán)格，對(duì)所用的膜強(qiáng)度要求較高，使用過(guò)程中，一旦發(fā)現(xiàn)膜破損須更換新的膜元件。超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用中空纖維式超濾裝置 優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)有效膜面積最大，工作效率最高，占地面積小。中空纖維無(wú)須支撐物。 缺點(diǎn)：膜的清洗較困難，只能用水力沖洗或化學(xué)清洗，不能用機(jī)械

13、清洗，另外，中空纖維膜損壞后要更換整個(gè)組件。超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用2. 超濾基本工藝流程 超濾的操作模式可分為重過(guò)濾和錯(cuò)流過(guò)濾兩大類。重過(guò)濾常用于蛋白質(zhì)、酶等大分子的分離。錯(cuò)流過(guò)濾廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用間歇操作：常用于小規(guī)模生產(chǎn)。這種方式效率最高，因?yàn)槟な冀K可保證在最佳濃度范圍內(nèi)進(jìn)行操作。連續(xù)操作：常用于大規(guī)模生產(chǎn)。分離物料的生產(chǎn)量常比控制濃差極化所需的最小流量還小，因此采用部分循環(huán)方式超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用重過(guò)濾超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用設(shè)備簡(jiǎn)單、小型能耗低可克服高濃度料液滲透流率低的缺點(diǎn)能更好的去除滲透組分濃差極化和膜污染嚴(yán)

14、重要求膜對(duì)大分子的截留率高重過(guò)濾優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用錯(cuò)流過(guò)濾間歇錯(cuò)流截留液全循環(huán)截留液部分循環(huán)超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用連續(xù)錯(cuò)流單段連續(xù)操作多段連續(xù)操作錯(cuò)流過(guò)濾超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用截留液透過(guò)液料液 膜支撐板隔板平板式膜組件超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用內(nèi)壓管式：多孔管膜料液外壓管式：料液內(nèi)壓式：膜涂在管內(nèi)，料液由管內(nèi)走；外壓式：膜涂在管外，料液由管外間隙走。超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用第五節(jié)超濾膜的污染與清洗1、超濾膜的污染 是被分離物質(zhì)中某些成分吸附、留存在

15、膜的表面和膜孔中造成的。溶質(zhì)在膜表面的吸附層；濃差極化引起的凝膠層；膜孔內(nèi)溶質(zhì)吸附；膜孔堵塞。超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用超濾膜的通量超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用2、超濾膜污染的防治（1）改變膜結(jié)構(gòu)和組件結(jié)構(gòu)；（2）采用親水性超濾膜或負(fù)荷電膜；（3）對(duì)料液進(jìn)行預(yù)處理；（4）選擇合適操作條件。超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用3、超濾膜的清洗（1）水清洗（2）反沖洗（3）氣洗（4）酸堿洗（5）表面活性劑（6）氧化劑（7）酶清洗超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用判斷超濾膜是否需要清洗的原則如下：（1）根據(jù)超濾裝置進(jìn)出口壓力降的變化，多數(shù)情況下，壓力降超過(guò)初始值0.05MPa 時(shí)

16、，可用等壓大流量沖洗法，如無(wú)效，再用化學(xué)清洗法；超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用（2）根據(jù)透水量或透水質(zhì)量的變化，當(dāng)超濾系統(tǒng)的透過(guò)水量或透水質(zhì)量下降到不可接受程度時(shí)，多采用物理化學(xué)相結(jié)合清洗法（3）定時(shí)清洗，運(yùn)行中的超濾系統(tǒng)根據(jù)膜被污染的規(guī)律，可采用周期性的定時(shí)清洗。超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用第六節(jié)超濾應(yīng)用 特 點(diǎn) 分離過(guò)程在常溫和較低壓力的條件下進(jìn)行，能耗低，不需加熱，不需加藥即可達(dá)到分離、濃縮、分離、純化分級(jí)的目的。裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地面積小，附屬設(shè)備少，易于擴(kuò)容和增加組件。裝置操作簡(jiǎn)單，啟動(dòng)快，易于維護(hù)，容易控制。超全的超濾與納濾概述、基本

17、理論和應(yīng)用 工業(yè)廢水的處理 城市污水處理 飲用水的生產(chǎn) 蛋白質(zhì)的過(guò)濾、回收 果汁的澄清 食用油精練 醫(yī)藥產(chǎn)品的除菌等超濾的應(yīng)用領(lǐng)域超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用可用超濾處理的工業(yè)廢水電泳涂漆廢水含油廢水（如油田含油污水等）攝影顯影液廢水造紙工業(yè)廢水（紙張上色廢水等）紡織工業(yè)廢水（染料廢水、退漿廢水等）光學(xué)玻璃研磨排水放射性廢水食品工業(yè)廢水超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用例：勝利油田石化總廠建成陶瓷膜超濾凝結(jié)水除油除鐵裝置陶瓷超濾膜是一種以多孔陶瓷材料為介質(zhì)制成的具有超濾分離功能的滲透膜以玻璃、二氧化硅、氧化鋁、莫來(lái)石等原料經(jīng)過(guò)高溫?zé)Y(jié)制成的微孔膜它可承受高溫和寬范圍的pH水質(zhì)， 而且

18、其化學(xué)惰性要比聚合物膜高出幾倍，一般用于微濾和超濾超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用勝利油田石化總廠污水處理場(chǎng)，2008年投資219萬(wàn)元，建成陶瓷膜超濾過(guò)濾器凝結(jié)水除油除鐵裝置每天近4000噸的工業(yè)廢水通過(guò)污水回用處理裝置變成了“清泉”凝結(jié)水除油率和除鐵率分別達(dá)到98%和96%以上，完全滿足于生產(chǎn)工藝的需要，可直接在循環(huán)系統(tǒng)中使用,確保了水資源高效利用。超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用二、納濾超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用本章主要內(nèi)容（一） 納濾的發(fā)展概況（二） 納濾膜的分類 （三） 納濾膜的制備（四） 納濾膜的分離性能與原理（五） 納濾裝置與膜污染防治（六） 納濾膜的主要應(yīng)用 超

19、全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用 第一節(jié) 納濾的發(fā)展概況 納濾是20世紀(jì)70年代中后期開(kāi)發(fā)的一種新型膜分離過(guò)程。近年來(lái)國(guó)際上膜分離技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。納濾的研究可以追溯到20世紀(jì)70年代中后期用哌嗪與均苯三甲酰氯和間苯二甲酰氯通過(guò)界面聚合得到了NS-300膜。后來(lái)，一些猶太科學(xué)家相繼研制出了一系列化學(xué)性能異常穩(wěn)定的納米膜，當(dāng)時(shí)命名為選擇性反滲透(SelRO)。超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用20世紀(jì)80年代初期，美國(guó)Film Tec的科學(xué)家研制了一種薄層復(fù)合膜(NF-40、NF-50、NF-70)，由于其表面孔徑處于納米級(jí)，能去除尺寸約1nm的分子，因而簡(jiǎn)稱納濾膜到了90年代，納濾膜得到

20、飛速發(fā)展，針對(duì)不同的應(yīng)用領(lǐng)域相繼開(kāi)發(fā)了一批分離性能獨(dú)特的納濾膜，并已實(shí)現(xiàn)商品化，如NTR-729HF，NTR-7250，NTR-7400，NF-45，NF-90，SU-600等。目前國(guó)際上已商品化的納濾膜多為復(fù)合型納濾膜。 超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用我國(guó)從20世紀(jì)90年代才開(kāi)始研究納濾，在實(shí)驗(yàn)室中相繼開(kāi)發(fā)了CA-CTA納濾膜、S-PES涂層納濾膜、芳香聚酰胺復(fù)合納濾膜和其他荷電材料的納濾膜；對(duì)納濾膜分離性能和機(jī)理行了實(shí)驗(yàn)研究，并取得了一定進(jìn)展。與國(guó)外相比，我國(guó)納濾技還處于起步階段，膜的研制、膜組件及其應(yīng)用都比較落后。 2004年9月28日，全國(guó)第一張納濾膜在吉林市金賽科技有限公司研制

21、成功，金賽科技成為到目前為止我國(guó)為數(shù)不多的納濾膜生產(chǎn)基地。 超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用第二節(jié) 納濾膜分類 基于不同的出發(fā)點(diǎn)，納濾膜的分類有許多方法。(1)按膜的材料分 納濾膜有醋酸纖維素及其衍生物膜、芳香族聚酰胺膜、磺化聚砜(SPS)、磺化聚醚砜(SPES)等。(2)按膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分 納濾膜有一體化的不對(duì)稱膜和復(fù)合膜，如溶液相轉(zhuǎn)化的CA膜屬非對(duì)稱膜之列，其表皮層致密，皮下層比較疏松。通用的復(fù)合膜大多是用聚砜多孔支撐膜制成，而表層致密的芳香族聚酰胺薄層是以界面聚合法形成的。 超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用(3)按膜的傳遞機(jī)理分 膜可分為活性膜和被動(dòng)膜?；钚阅な窃谕高^(guò)膜的過(guò)程中透過(guò)

22、組分的化學(xué)性質(zhì)可改變；被動(dòng)膜是指透過(guò)膜前、后的組分沒(méi)有發(fā)生化學(xué)變化。目前所有的納濾膜都屬于被動(dòng)膜。(4)按制膜工藝分納濾膜有溶液相轉(zhuǎn)化膜、熔融熱相變膜、復(fù)合膜和動(dòng)力形成膜等，如CA膜為溶液相轉(zhuǎn)化膜，CTA中空纖維為熔融熱相變膜。目前卷式普遍用的為芳香族聚酰胺復(fù)合膜。 超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用(5)按膜的功能和作用分 納濾膜屬滲透膜范疇，滲透壓在膜的傳遞過(guò)程中起重大作用。(6)按膜的使用和用途分膜可分為低壓膜、超低壓膜等，納濾膜屬于超低壓膜。(7)按膜的外形分 納濾膜可制成膜片、管狀膜和中空纖維膜形狀。商用的納濾膜組件多為卷式，另外還有管式和中空纖式。 超全的超濾與納濾概述、基本理論

23、和應(yīng)用納濾膜材料已商品化納濾膜的膜材質(zhì)主要有有機(jī)高分子、無(wú)機(jī)高分子、有機(jī)無(wú)機(jī)分子三種。例如醋酸纖維素(CA)，磺化聚砜(SPS)，磺化聚醚砜(SPES)、聚酰胺( PA)和聚乙烯醇(PVA)等。無(wú)機(jī)材料制備的納濾膜商品化程度還不夠高，但是由于無(wú)機(jī)材料同有機(jī)高分子材料相比，具有耐高溫，耐化學(xué)溶劑等特點(diǎn)，所以，無(wú)機(jī)納濾膜的研究也越來(lái)越受到了人們的重視。超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用第三節(jié)納濾膜的制備方法目前，NF膜已經(jīng)商品化、系列化，國(guó)外主要供應(yīng)商有日本Nitto Denko(日東電工)、Toray(東麗)、美國(guó)Hydranautics(海德能)、Dow Chem/Film Tec 和Osm

24、onics（奧斯莫尼斯）/Desal及丹麥DDS等公司。國(guó)內(nèi)為國(guó)家海洋局杭州水處理中心和中科院大連化物所等已經(jīng)研制出不同脫鹽率的NF膜。商品NF膜絕大部分為復(fù)合膜，且其表面大多帶負(fù)電。目前使用最廣泛的是芳香聚酰胺類復(fù)合膜。超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用一、轉(zhuǎn)化法可分為UF膜轉(zhuǎn)化法和RO膜轉(zhuǎn)化法UF膜轉(zhuǎn)化法先制得較小孔徑的UF膜，然后對(duì)其進(jìn)行熱處理、荷電化后處理，使膜表面致密化。RO膜轉(zhuǎn)化法調(diào)整合適的有利于RO膜表面疏松化的工藝條件，如鑄膜液中添加劑的選擇、各成分的比例及濃度等，使表層疏松化而制得NF膜。超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用二、共混法將兩種或兩種以上的高聚物進(jìn)行液相共混，通

25、過(guò)合理調(diào)節(jié)鑄膜液中各組分的相容性差異及研究工藝條件對(duì)相容性的影響，可制備表層具有納米級(jí)孔徑的NF膜。如CA-CTA納濾膜的制備。超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用三、復(fù)合法用得最多且最有效的制備NF膜的方法原理就是在微孔基膜上復(fù)合上一層具有納米級(jí)孔徑的超薄表層（活性層）。微孔基膜（多孔支撐體）的制備燒結(jié)法和L-S相轉(zhuǎn)化法超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用超薄表層制備及復(fù)合1、涂敷法（較為經(jīng)典）2、界面聚合法（最有效，該法所制得的NF 膜品種最多、產(chǎn)量最大）3、化學(xué)蒸氣沉積法（較新的方法）4、動(dòng)力形成法（也較新的方法）超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用四、荷電化法膜荷電后可提高膜的耐壓密性

26、、耐酸/堿性及抗污染性，提高水的通量。荷電膜可分表層荷電膜和整體荷電膜。荷電化的方法：表面化學(xué)處理法、由荷電材料通過(guò)L-S相轉(zhuǎn)化法直接成膜、含浸法、成互聚合法超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用第四節(jié) 納濾膜的分離性能納濾膜大多從反滲透膜衍化而來(lái)，但制作比反滲透膜更精細(xì)。日本學(xué)者大谷敏郎對(duì)納濾膜進(jìn)行了具體的定義：操作壓力，截留分子量2001000，NaCl的截留率90的膜可以認(rèn)為是納濾膜。 超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用納濾同超濾一樣，也是以壓力差為推動(dòng)力的膜分離過(guò)程，納濾介于超濾與反滲透之間，它能截留透過(guò)超濾膜的一部分分子量較小的有機(jī)物，透析反滲透所能截留的無(wú)機(jī)鹽。因此，納濾的特性主要

27、體現(xiàn)在以下2個(gè)方面： 截留水溶液中的分子量為數(shù)百的有機(jī)分子； 受膜與離子間Donnan效應(yīng)的影響，納濾膜對(duì)不同價(jià)態(tài)的 離子截留能力不同。 透4-5超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用對(duì)鹽的截留性能：主要依靠離子與膜之間的靜電作用。價(jià)態(tài)不同，截留程度不同。大致分離規(guī)律；1） 對(duì)于陰離子，截留率按下列順序遞增； NO3-, Cl-, OH-, SO42-, CO32-2）對(duì)于陽(yáng)離子，截留率遞增順序?yàn)椋?H+, Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cu2+3）一價(jià)離子滲透，多價(jià)陰離子滯留（高截留率）4） 截留相對(duì)分子質(zhì)量在2001000，適用于分子大小為1nm 的溶解組分的分離。納濾分離規(guī)律超

28、全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用納濾膜的分離原理 納濾膜處于超濾和反滲透兩者之間，且大部分為荷電膜，納濾膜的分離原理可以理解為溶解-擴(kuò)散原理以及電效應(yīng)兩方面。其傳質(zhì)機(jī)理根據(jù)分離對(duì)象的不同，主要有以下兩種類型。 1納濾膜分離非電解溶液時(shí)的傳質(zhì)模型 2納濾膜分離電解質(zhì)溶液時(shí)的傳質(zhì)模型 超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用1分離非電解溶液時(shí)的傳質(zhì)模型 (1) 溶解擴(kuò)散模型 溶解-擴(kuò)散模型是由 Lonsdale等人提出的，其過(guò)程可概括為3步： 溶質(zhì)和溶劑在膜的料液側(cè)表面外吸附和溶解 溶質(zhì)和溶劑之間沒(méi)有相互作用，它們?cè)诟髯曰瘜W(xué)位差的推動(dòng)下僅以分子擴(kuò)散方式通過(guò)滲透膜的活性層 溶質(zhì)和溶劑在膜的透過(guò)側(cè)表面解

29、吸 （2）空間位阻孔道模型超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用2分離電解質(zhì)溶液時(shí)的傳質(zhì)模型 (1)Donnan平衡模型 將荷電基團(tuán)的膜置于含鹽溶劑中時(shí)，溶液中的反離子在膜內(nèi)濃度大于其在主體溶液中的濃度，而同名離子在膜內(nèi)的濃度則低于其在主體溶液中的濃度。由此阻止了同名離子從主體溶液向膜內(nèi)的擴(kuò)散，為了保持電中性，反離子也被膜截留。 （2）空間電荷模型(SC模型) 它是表征膜對(duì)電解質(zhì)及離子的截留性能的理想模型，模型假設(shè)膜由孔徑均一而且其壁面上電荷均勻分布的微孔組成。超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用 (3)固定電荷模型(TMS模型) 該模型假設(shè)膜是均質(zhì)無(wú)孔的，膜中固定電荷的分布是均勻的，不考慮孔徑

30、等結(jié)構(gòu)參數(shù)，認(rèn)為離子濃度和電勢(shì)能在傳質(zhì)方向具有一定的梯度。固定電荷模型其實(shí)是空間電荷模型的簡(jiǎn)化形式。 （4）雜化模型 該模型認(rèn)為膜質(zhì)相同且無(wú)孔，但離子在極細(xì)微的膜孔隙中的擴(kuò)散和對(duì)流傳遞會(huì)受到立體阻礙作用的影響。該模型建立在擴(kuò)展的Nernst-Plank方程上，用于表征兩組分和三組分的電解質(zhì)溶液的傳遞現(xiàn)象。 超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用第五節(jié) 納濾裝置與膜污染防治 NF膜組件有4種形式：卷式（主要用于脫鹽及超純水的制備）中空纖維式（水的軟化）板框式（處理粘度較大的料液）管式（處理含懸浮物、高粘度的料液）超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用膜組件的使用方式超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)

31、用納濾膜分離系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)1）操作壓力： 操作壓力越高，透過(guò)膜的水通量越大，但是高壓下導(dǎo)致膜的致密化會(huì)使得水通量降低。通常膜系統(tǒng)有兩種操作方式，即恒定壓力操作法和恒定通量操作法。2）操作溫度： 溫度對(duì)透過(guò)膜的水通量影響較大，根據(jù)粘度隨溫度的變化規(guī)律，推測(cè)出25附近水溫每升高1，水通量增加2.5%。但溫度過(guò)高則可能導(dǎo)致膜的致密化。3）操作流量： 膜分離系統(tǒng)需根據(jù)膜組件內(nèi)部膜與膜之間的間距確定適宜的操作流量。提高膜面流速有利于抑制膜面的濃差極度化，但同時(shí)增大了膜組件進(jìn)出口的壓力差使得膜的有效操作壓力降低。超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用納濾膜的污染和劣化 納濾膜組件的分離性能可能會(huì)因?yàn)槟?/p>

32、的污染或劣化而化生變化，膜的污染和劣化的分類及其產(chǎn)生原因列于下圖。超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用膜污染防治和清洗方法一般出現(xiàn)以下三種情形前就因?qū)δそM件進(jìn)行清洗：1，鹽的透過(guò)率增大1倍或系統(tǒng)已經(jīng)無(wú)法繼續(xù)運(yùn)行；2，較短時(shí)間內(nèi)濃縮水或透過(guò)水流量的變化超過(guò)10%；3，膜組件供水側(cè)進(jìn)出口的壓力差增大1倍.超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用納濾膜特點(diǎn)納濾膜允許低分子鹽分通過(guò)而截留較高分子量的有機(jī)物和多價(jià)離子；納濾膜往往和其他分離及生產(chǎn)過(guò)程相結(jié)合起到降低處理費(fèi)用、提高分離效果的作用；納濾膜在某些方面可替代傳統(tǒng)的費(fèi)用高、工藝繁瑣的分離方法。超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用第六節(jié) 納濾膜的主要應(yīng)用

33、納濾(NF)由于其具有納米級(jí)的膜孔徑、膜上多帶電荷等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，因而主要用于以下幾個(gè)方面： 不同分子量的有機(jī)物質(zhì)的分離； 有機(jī)物與小分子無(wú)機(jī)物的分離； 溶液中一價(jià)鹽類與二價(jià)或多價(jià)鹽類的分離；鹽與其對(duì)應(yīng)酸的分離。超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用 1.生產(chǎn)和生活用水的凈化及軟化 納濾膜法一般可用于三鹵甲烷中間體、異味、色度、農(nóng)藥、合成劑、可溶性有機(jī)物、鈣、鎂等硬度成分及蒸發(fā)殘留物質(zhì)的去除，并在低壓下實(shí)現(xiàn)水的軟化及脫鹽。 超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用例：納濾膜技術(shù)水處理設(shè)備為泰山景區(qū)天然山泉水鑄造品牌 公司山泉水的原水全部采自海拔600多米、人跡罕至的巖石間，通過(guò)上千米全封閉專用輸水管道，

34、將山泉水直接引入制水車間，經(jīng)過(guò)高新納濾技術(shù)水處理設(shè)備、全封閉自動(dòng)灌裝流水線和嚴(yán)格的產(chǎn)品安全程序檢測(cè)等一系列流程處理，最大程度地保留了山泉水中所含有的有益礦物質(zhì)，并獲得國(guó)家質(zhì)檢總局頒發(fā)的QS認(rèn)證。 天燭峰山泉水公司的高新納濾技術(shù)水處理設(shè)備超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用2食品方面的應(yīng)用 大豆乳清排放水中低聚糖的回收大豆蒸煮液的循環(huán)利用土豆淀粉生產(chǎn)過(guò)程排放水的處理蔬菜汁及果汁的高濃度濃縮葡萄汁的濃縮制備葡萄酒奶酪乳清中乳酸的回收 水產(chǎn)加工過(guò)程中蛋白質(zhì)的回收和氨基酸的分離濃縮等糖溶液的濃縮 單糖的精制 發(fā)酵過(guò)程水處理咖啡萃取液的濃縮 酒精蒸餾排放水的處理 麥芽糖、環(huán)糊精以及天冬酰胺的回收精制超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用3. 醫(yī)藥方面 (1)抗生素的純化和濃縮 方法一：先用納濾膜濃縮再用溶劑萃取，調(diào)節(jié)酵液pH值和溫度，用納濾濃縮到抗生素的溶解度極限附近，小分子的有機(jī)物和鹽進(jìn)入滲透液，這一方法可大大提高萃取設(shè)備的生產(chǎn)能力，降低溶劑的用量； 方法二：先用溶劑萃取，再用納濾膜濃縮，從發(fā)酵液中通過(guò)澄清和溶劑萃取來(lái)分離，對(duì)萃取液進(jìn)行納濾處理來(lái)濃縮抗生素。由于溶劑可循環(huán)利用，可節(jié)約80的成本。超全的超濾與納濾概述、基本理論和應(yīng)用（2）多肽的純化和濃縮 醫(yī)藥工業(yè)中，肽和多肽通常用色譜柱或?qū)游鰪挠袡C(jī)或水溶液中純化，再通過(guò)熱蒸發(fā)方式抽真空進(jìn)一步濃縮。由于過(guò)低的肽濃度)，蒸發(fā)過(guò)