第四章 纳 滤课件.ppt

第四章 纳滤,本章主要内容,概述 纳滤膜的传质机理及模型 纳滤膜的制备方法 纳滤装置 纳滤膜的污染及清洗 纳滤膜的应用,第一节概述,一、纳滤膜的发展概况 纳滤(NF，Nanofiltration)是20世纪80年代末发展起来的，它是介于反渗透和超滤之间的新型膜分离技术 纳滤技术是反渗透膜过程为适应工业软化水的需求以及降低成本，而发展起来的压力驱动膜过程 1990年只有9项专利，此后5年出现了69项专利目前有关纳滤膜及其应用的专利已超过330项 我国从20世纪80年代末开始纳滤膜的研制，与国外相比，仍处于起步阶段二、纳滤膜的特点 具有纳米级孔径，介于反渗透膜和超滤膜之间 分离对象粒径为纳米级，截留相对分子量在2001000之间 能有效截留二价及高价离子和相对分子量高于200的有机小分子,纳滤过程主要应用于水的软化、净化以及相对分子质量在百级的物质的分离、分级和浓缩（如染料、抗生素、多肽、多醣等化工和生物工程产物的分级和浓缩）、脱色和去异味等 操作压力低，0.51 MPa，也有“低压、疏松反渗透”之称 较好的耐压密性和较强的抗污染能力 纳滤膜的表层较RO膜的表层要疏松得多，但较UF膜的要致密得多 纳滤恰好填补了超滤与反渗透之间的空白,它能截留透过超滤膜的那部分小分子量的有机物,透析被反渗透膜所截留的无机盐 处理成本较低（低压、高回收率）,,第二节纳滤膜的传质机理及模型,一、纳滤膜的传质机理 纳滤与反渗透和与超滤的传质机理均有所不同 筛分效应和电荷效应（Donnan效应） 对不带电荷的分子过滤靠筛分，带电荷的电荷效应 Donnan 效应 纳滤膜表面分离层可以由聚电解质构成（大多为荷电膜），膜表面带电荷（大多带负电荷），以静电相互作用为主要作用,二价和高价离子截留率明显高于一价离子 离子半径大有利于截留 溶液中含有Na2SO4和NaCl时，膜对SO42-的截留优先于Cl-（如果增大Na2SO4的浓度，则膜对Cl-的截留率降低，为了维持电中性，透过膜的钠离子将增加。

当多价离子浓度达到一定值，透过液中一价离子浓度大于料液浓度纳滤膜属于荷电膜，对无机盐的分离行为受化学势控制和电势梯度的共同影响，即膜的行为与其荷电性能，以及溶质荷电状态和相互作用都有关系 对于极性（或荷电）溶质，其通过纳滤膜时的截留率由电荷效应和筛分效应决定 对于非极性溶质则主要由筛分效应决定,二、纳滤膜的传质模型,1.非平衡热力学模型 可确定膜的微孔结构 可计算出膜参数（溶质和纯水通过系数等） 可确定膜的截留率与膜透过体积流速的关系 2.电荷模型（固定电荷与空间电荷模型） 3.细孔模型 4.静电位阻模型,三、影响纳滤膜分离性能的因素,1.膜材料、膜工艺 2.操作条件（压力、时间、料液流速） 3.物料性质（分子量，离子浓度，pH） 4.膜组件形式,四、纳滤的操作模式,有渗透背压,有增压泵,透过液部分循环,第三节纳滤膜的制备方法,一、转化法 又分为超滤膜转化法和反渗透膜转化法 热处理、改变添加剂及其浓度，表面荷电化,纳滤膜的表层较RO膜的表层要疏松得多，但较UF膜的要致密得多因此其制膜关键是合理调节表层的疏松程度，以形成大量具纳米级的表层孔二、共混法,两种及以上聚合物液相共混，根据相容性差异，影响膜孔的大小及分布,三、复合法 微孔基膜上复合上一层具有纳米级孔径的超薄表层，它包括微孔基膜的制备、超薄表层的制备和复合 涂覆法和界面聚合法 化学蒸汽沉积法 和动力形成法,,四、荷电化法 制备纳滤膜的重要方法，膜荷电化 可分两类：表层荷电膜和整体荷电膜,五、纳滤膜的主要商品 芳香聚酰胺类、聚哌嗪酰胺类、磺化聚砜类、混合型复合类,目前关于纳滤膜的研究多集中在应用方面，而有关纳滤膜的制备、性能表征、传质机理等的研究还不够系统、全面。

进一步改进纳滤膜的制作工艺，研究膜材料改性，将可极大提高纳滤膜的分离效果与清洗周期第四节 纳滤装置,板式、管式、螺旋式及中空纤维式 前两种多用于含悬浮物、高粘度的体系，后两种膜填装密度大、单位体积膜处理量大，常用于水的脱盐和软化 工业上应用最多的是螺旋式,第五节纳滤膜的污染及清洗,一、膜污染 1. 污染形式 凝胶极化引起的凝胶层 溶质在膜表面的吸附层 膜孔堵塞 膜孔内的溶质吸附,,2. 污染物类型 无机物、有机物、微生物 无机污染主要是指结垢物质，CaCO3、CaSO4、Al(OH)3、Fe(OH)3、FeS和SiO2 膜的有机污染物主要表现为两性有机物，可认为是由氢键作用、色散力吸附和疏水作用所决定的； 膜的微生物污染则以杆菌为主，其次为孢子、短杆菌，球菌及丝状菌较少,,,,二、减轻膜污染的方法 1. 进料液的预处理 2. 选择膜材料 3. 选择合适的膜孔径 4. 膜组件结构的选择 5. 操作条件的选择,三、膜的清洗 1. 酸洗 2. 碱洗 3. 螯合剂 4. 酶溶液 5. 机械清洗,,如何防止膜污染以及开发高效节能的污染清除技术是进一步普及膜分离技术的关键之一研究表明，膜分离过程存在临界操作压力，在临界压力以下进行膜分离操作，可长时间维持较高的透过通量。

降低对清洗操作的依赖程度，提高膜分离效率第六节纳滤膜的应用,一、应用范围 1.高相对分子质量与低相对分子质量有机物的分离 2.有机物与小分子无机物的分离 3.溶液中不同价态的离子分离 4.盐与其对应酸的分离 5.一价盐截留率并不要求很高的分离,二、纳滤膜及其技术的应用领域 纳滤技术最早也是应用于海水及苦咸水的淡化方面由于该技术对低价离子与高价离子的分离特性良好，因此在硬度高和有机物含量高、浊度低的原水处理及高纯水制备中颇受瞩目,,,,,在食品行业中，纳滤膜可用于果汁生产，大大节省能源；在医药行业可用于氨基酸生产、抗生素回收等方面；在石化生产的催化剂分离回收等方面更有着不可比拟的作用多肽和氨基酸的分离 氨基酸和多肽在等电点时是中性的, 当高于或低于等电点时带正电荷或负电荷由于纳滤膜对离子有一定的截留率, 可用于分离氨基酸和多肽纳滤膜对于处于等电点状态的氨基酸和多肽等溶质的截留率几乎为零, 因为溶质是电中性的并且大小比所用的膜孔径要小而对于非等电点状态的氨基酸和多肽等溶质的截留率表现出较高的截留率, 因为溶质离子与膜之间产生静电排斥, 即Donnan 效应而被截留本章习题,纳滤膜的特点 纳滤对不同价态离子表现怎样特殊的截留？ 纳滤的传质机理有哪两种？ 影响膜分离性能的因素一般有哪些？ 膜污染物一般包括哪几大类？能列举几种常见污染物,。