納濾膜技術(shù)課件

1、關(guān)于納濾膜技術(shù)第一張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月概述納濾（Nanofihratiori)納濾（NF）：是一種介于反滲透和超濾之間的新型膜分離技術(shù)，早期稱為“低壓反滲透”或“疏松反滲透”。納濾膜的截留相對(duì)分子質(zhì)量2002000之間，膜孔徑約為1nm，故稱為“納濾”。第二張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月納濾膜分離在常溫下進(jìn)行，無相變，無化學(xué)反應(yīng)，不破壞生物活性，能有效的截留二價(jià)及高價(jià)離子和相對(duì)分子質(zhì)量高于200的有機(jī)小分子，而使大部分一價(jià)無機(jī)鹽透過，可分離同類氨基酸和蛋白質(zhì)，實(shí)現(xiàn)高分子量和低分子量有機(jī)物的分離，且成本比傳統(tǒng)工藝低。特點(diǎn)：第三張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022

2、年6月篩分效應(yīng)：分子量大于膜的截留分子量的物質(zhì)，將被膜截留，反之則透過。電荷效應(yīng)（Donnan效應(yīng)）：離子與膜所帶電荷的靜電相互作用。納濾膜的孔徑和膜存在的帶電基團(tuán)使其分離具有兩個(gè)特性，即篩分效應(yīng)和電荷效應(yīng)。第四張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月對(duì)不同價(jià)態(tài)離子截留效果不同，對(duì)二價(jià)和高價(jià)離子的截留率明顯高于單價(jià)離子。對(duì)離子的截留受離子半徑的影響。截留相對(duì)分子質(zhì)量在2001000之間，適用于分子大小為1nm的溶解組分的分離。第五張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月幾種類別膜及透過特性：第六張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月傳質(zhì)機(jī)理及模型傳質(zhì)機(jī)理：納濾與超濾、反滲透均是以壓力差

3、為推動(dòng)力的膜過程，但它們的傳質(zhì)機(jī)理有所不同。超濾膜主要為孔流形式（篩分效應(yīng)）；反滲透為溶解擴(kuò)散過程（靜電效應(yīng)）；而納濾介于它們兩者之間，對(duì)無機(jī)鹽的分離行為不僅受化學(xué)勢(shì)控制，同時(shí)也受電勢(shì)梯度的影響。第七張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 納濾對(duì)極性小分子有機(jī)物的選擇性截留是基于溶質(zhì)分子的尺寸和電荷。（1）根據(jù)離子所帶電荷選擇性吸附在膜的表面； （2）在擴(kuò)散、對(duì)流、電泳移動(dòng)性能的共同作用下傳遞通過膜。傳質(zhì)模型：1、非平衡熱力學(xué) 納濾膜的分離過程也是以壓力差為驅(qū)動(dòng)力，產(chǎn)生溶質(zhì)和溶劑的透過通量的，其通量可以由非平衡熱力學(xué)模型建立的現(xiàn)象論方程式來表征。第八張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6

4、月溶質(zhì)透過通量：截留率：溶劑透過通量溶質(zhì)透過通量膜的截留率第九張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月2、電荷模型又可分為空間電荷模型和固定電荷模型固定電荷模型假定膜是均質(zhì)無孔的，在膜中的固定電荷分布是均勻的，它不考慮孔徑等結(jié)構(gòu)參數(shù)，認(rèn)為離子濃度和電勢(shì)在傳質(zhì)方向上具有一定的梯度。該模型首先用于離子交換膜，隨后用來表征荷電型RO和NF膜的截留特性和膜電位。第十張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月空間電荷模型假設(shè)膜為有孔膜（毛細(xì)管通道），電荷分布在毛細(xì)管通道的表面，離子濃度和電勢(shì)能除了在傳質(zhì)方向分布不均外，在孔的徑向也存在電勢(shì)能分布和離子濃度分布。該模型可表征電解質(zhì)及其離子在荷電膜內(nèi)的傳遞

5、。3、細(xì)孔模型該模型考慮了溶質(zhì)的空間位阻效應(yīng)和溶質(zhì)與孔壁之間的相互作用。可借助該模型來確定膜的結(jié)構(gòu)參數(shù)，也可適用于NF膜的結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)。第十一張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月4、靜電位阻模型該模型將細(xì)孔模型和固定電荷模型結(jié)合起來。它假設(shè)膜分離層由孔徑均一、表面電荷分布均勻的微孔構(gòu)成。它考慮了膜的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)膜分離過程的影響，截留率由道南效應(yīng)與篩分效應(yīng)共同決定。由于道南效應(yīng)的影響，物料的荷電性，離子價(jià)數(shù)，離子濃度，溶液pH值等對(duì)NF膜的分離效率有一定的影響。第十二張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月納濾裝置與反滲透、超濾裝置一樣，納濾膜組件有4種形式：卷式（最常見，主要用于脫鹽及超純水

6、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）第十三張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月第十四張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月管式NF膜系統(tǒng)螺旋卷式NF膜系統(tǒng)第十五張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月1. 無機(jī)污染 CaCO3垢是由化學(xué)沉降作用引起的。SiO2膠體顆粒主要是由膠體富集作用決定的。2. 有機(jī)污染 極性有機(jī)物在膜表面吸附是氫鍵作用、色散力吸附和憎水作用的結(jié)果。膜表面電荷、憎水性、粗糙度，對(duì)膜的有機(jī)吸附污染及阻塞有重大影響。納濾膜的污染及清洗第十六張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月對(duì)于非極性的、憎水性的有機(jī)物

7、會(huì)濃縮在膜表面上；其次，高分子有機(jī)物的濃差極化也有利于它們吸附在膜表面上；再次，水中鈣離子等與有機(jī)物官能團(tuán)相互作用，會(huì)改變這些有機(jī)物分子的憎水性和擴(kuò)散性。3. 微生物污染 第一階段，腐殖質(zhì)、聚糖脂與其它微第十七張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月生物的代謝產(chǎn)物等大分子物質(zhì)的吸附過程，導(dǎo)致在膜表面形成一層具備微生物生存條件的膜； 第二階段，進(jìn)水的微生物體系中粘附速度快的細(xì)胞形成初期粘附過程； 第三階段，在粘附后期，后續(xù)大量不同菌種的粘附、胞外聚合物與生物膜的早期發(fā)展，形成了微生物的群集和生長(zhǎng)；第十八張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 第四階段，在膜表面形成了一層生物膜，造成膜的不可

8、逆阻塞，使產(chǎn)水阻力增加。膜污染是一個(gè)復(fù)雜的過程，膜污染物的特性是與水中污染物的物理、化學(xué)、微生物三因素的相互作用密切相關(guān)的。當(dāng)其中某一污染趨勢(shì)形成后應(yīng)及時(shí)解決，以避免產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，造成更大污染。4. 納濾膜的清洗一般情況下，先用低pH值后用高pH值的洗液，這與膜上污染物的形成因素有關(guān)：系統(tǒng)運(yùn)行過程中；膠體粒子和有第十九張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月機(jī)污染物最先在膜上沉積和吸附，形成膜表面的第一層垢；碳酸鹽及金屬氧化物垢是逐漸形成的，沉積于膠體垢之上，并緩慢滲入膠體中。因此，先用酸性溶液去除上部污垢，并可達(dá)到松動(dòng)下層膠體的作用然后再用堿性溶液清洗，可快速達(dá)到清洗效果。第二十張，PPT

9、共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月納濾技術(shù)的應(yīng)用、在水處理方面的應(yīng)用 膜法軟化水是NF膜的最重要的工業(yè)應(yīng)用之一。NF膜一般可用于去除Ca2+、Mg2+等硬度成分、三鹵甲烷中間體（致癌物的一種前驅(qū)物）、異味、色度、農(nóng)藥、可溶性有 第二十一張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月機(jī)物及蒸發(fā)殘留物質(zhì)，并在低壓下實(shí)現(xiàn)水的軟化及脫鹽。膜法軟化水在美國已很普遍，佛羅里達(dá)州近10多年來新的軟化水廠都采用膜法軟化。2、小分子有機(jī)物的回收或除去 小分子有機(jī)物的相對(duì)分子質(zhì)量多在數(shù)百到1000之間，納濾技術(shù)可以十分有效地把它們分離出來。第二十二張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月3、工業(yè)廢水處理 NF膜以其特

10、殊的分離性能，已成功地應(yīng)用于制糖、造紙、電鍍、機(jī)械加工等工業(yè)廢水的處理上。如：造紙廢水處理 NF膜可以替代吸收和電化學(xué)方法除去紙漿廠沖洗水中的深色木質(zhì)素和來自木漿漂白過程中產(chǎn)生的氯化木質(zhì)素，因?yàn)槲廴疚镏械脑S多有色有機(jī)物都帶 第二十三張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月電負(fù)性，它易被荷負(fù)電的NF所截留，且對(duì)膜不會(huì)產(chǎn)生污染。有人開發(fā)了水循環(huán)使用一步法NF過程，并同UF法進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)采用NF技術(shù)處理后得到的水不僅透明、無色、不含陰離子廢物，而且將透過水的COD、總碳和無機(jī)物含量的去除由UF泊的50%60%提高到80%以上。第二十四張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月4、制藥業(yè)中的應(yīng)用

11、納濾技術(shù)目前在醫(yī)藥方面的應(yīng)用主要集中在生化試劑生產(chǎn)上。生化試劑多具有熱敏性，在加工過程中易受熱而被破壞。采用NF技術(shù)對(duì)生化試劑進(jìn)行提純與濃縮，不僅可降低有機(jī)溶劑及水的消耗量，而且可將微量的有機(jī)污染物和低分子鹽分除去，最終達(dá)到節(jié)能降耗，提高產(chǎn)品質(zhì)量的效果。第二十五張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 NF技術(shù)已成功地應(yīng)用于紅霉素、金霉素、萬古霉素和青霉素等多種抗生素的濃縮和純化過程中。例如6-APA（6-氨基青霉烷酸）相對(duì)分子質(zhì)量為216，是重要的半合成抗生素原料，用于生產(chǎn)各種半合成青霉素藥物，如氨芐西林、阿莫西林等。我們選用英國PCI公司的AFC-30型管式NF膜，該膜的截留相對(duì)分子質(zhì)量

12、約200，兩根膜管并聯(lián)操作，每根膜的面第二十六張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月積為1.2m2。操作條件：溫度612，進(jìn)料壓力為5MPa，流量為38L/min。中試結(jié)果表明，膜的平均截留率在99%，而透析損失率小于1%。5、石油開采與提煉中的應(yīng)用 石油提煉過程主要是通過精餾把原油分級(jí)成汽油、煤油、重油等。粗產(chǎn)品再經(jīng)過裂解、催化以及加氫脫硫等進(jìn)一步提煉。第二十七張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月在提煉過程的蒸餾步驟中需要消耗巨大有能量。如果能夠用膜分離過程替代蒸餾，這將節(jié)省大量的能耗費(fèi)用。納濾膜可應(yīng)用在催化劑生產(chǎn)中有機(jī)溶劑和工業(yè)生產(chǎn)中催化劑的分離和回收、潤滑油精煉過程、脫瀝青原油中輕質(zhì)油的提取、汽油添加劑MTBE和TAME的生產(chǎn)中，以及甲醇從反應(yīng)液中分離循環(huán)、飽和烴和芳香烴的分離、支鏈和直鏈同分異構(gòu)體的分離等方面。第二十八張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月6、食品加工中的應(yīng)用 納濾膜具有較高的抗污染能力，細(xì)菌也不容易在膜表面繁殖。納濾膜在減少鹽含量的同時(shí)，可以避免鹽對(duì)蒸發(fā)器的腐蝕。因此可用于酵母與奶酪的加工過程。不僅能夠解決廢水的配方問題，也可提高經(jīng)濟(jì)效益。其他應(yīng)用如：乳品加工、果汁濃縮、低聚糖的分離和精制環(huán)糊精的生產(chǎn) 等方面。 第二十九張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6