纳米膜过滤技术.doc

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1、课题名称：纳米膜过滤技术课题内容：1.概述1.1定义：纳米过滤(简称纳滤)是介于反渗透与超滤之间的一种以压力为驱动力的新型膜分离过程，纳滤膜的孔径范围在几个纳米左右。能截留有机小分子而使大部分无机盐透过，操作压力低，在食品工业、生物化工及水处理等许多方面有很好的应用前景。1.2纳滤与超滤及反渗透的关系：a.纳米过滤膜的截断相对分子质量小于1000，大于100，填补了超滤与反渗透之间的空白。（比反渗透大，比超滤小）b.纳滤可以截留能透过超滤膜的溶质；而不能截留能透过反渗透膜的溶质（水）。2.纳米过滤机理NF膜与UF膜一样为多孔膜，其分离过程也是利用膜的筛分作用。但NF膜大多为荷电膜，其对无机盐的

2、分离行为不仅由化学势梯度控制，同时也受电势梯度的影响，即NF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。2.1纳滤技术原理：a.溶解--扩散原理：渗透物溶解在膜中，并沿着它的推动力梯度扩散传递，在膜的表面形成物相之间的化学平衡，传递的形式是：能量=浓度*淌度*推动力，使得一种物质通过膜的时候必须克服渗透压力。b.电效应：纳滤膜与电解质离子间形成静电作用，电解质盐离子的电荷强度不同，造成膜对离子的截留率有差异，在含有不同价态离子的多元体系中，由于道南(DONNAN)效应，使得膜对不同离子的选择性不一样，不同的离子通过膜的比例也不相同。纳滤过程之所以具有离子选择性，是由于在膜上或者膜

3、中有负的带电基团，它们通过静电互相作用，阻碍多价离子的渗透。根据文献说明，可能的荷电密度为0.5～2meq/g。为此，我们可用道南效应加以解释：ηj=μj*zj*f*φ式中ηj——电化学势；μj——化学查组分的电荷数；f——每摩势；zj——被考尔简单荷电组分的电荷量；φ——相的内电位，并且具有电压的量纲。式中的电化学势不同于熟知的化学势，是由于附加zj*f*φ项，该项包括了电场对渗透离子的影响。利用此式，可以推导出体系中的离子分布，以计算出纳滤膜的分离性能。2.2纳滤膜的离子选择性：a.对于阴离子，截留率按以下顺序递增：b.阳离子的截留率递增顺序为：c.一价离子易透过，高价离子的截留率高Eg：

4、Na2SO4和NaCl混合溶液d.分子量在200～1000之间，分子大小在1nm以上的分子被截留2.3纳米过滤的特点①在过滤分离过程中，它能截留小分子的有机物并可同时透析出盐，即集浓缩与透析为一体；②操作压力低，因为无机盐能通过纳米滤膜而透析，使得纳米过滤的渗透压远比反渗透为低，这样，在保证一定的膜通量的前提下，纳米过滤过程所需的外加压力就比反渗透低得多，具有节约动力的优点。3.纳米滤膜3.1性质a.大多数的纳米滤膜是由多层聚合物薄膜组成。活性层通常荷负电化学基团。一般认为纳米滤膜是多孔性的，其平均孔径为2nm，通常相对分子质量截留范围为200～1000，目前截留相对分子量在100～200的纳

5、滤膜已成为研究热点。b.纳米滤膜同样要求具有良好的热稳定性、pH值稳定性和对有机溶剂的稳定性。T≤80℃,pH=1～14。3.2特点a.纳滤膜比反渗透膜有更高的水通量。（因为NF膜上含有负电荷亲水性基团）b.改善以疏水性胶体、油脂、蛋白质和其他有机物为背景的抗污染能力强。（表面活性基团）c.如果溶质所带电荷相反，它与膜相互配合会导致污染。因此，纳滤膜最好应用于不带电荷分子的截留，可完全看做为筛分，或组分的电荷采用静电相互作用消除。3.3纳滤膜组件SelRO系列纳滤膜包括卷式与管式两种构型的组件。ABSelRO纳滤膜的剖面示意图A卷式膜；B管式膜ABa.卷式膜：由于单位体积中拥有较大的膜面积，因

6、而造价较低，但要求通过膜的料液必须经预处理步骤，以避免分离过程中膜间隙内堵塞；b.管式膜：单位体积中膜面积小、造价高，但料液可不经预处理，直接浓缩，并且不易堵塞，方便清洗。4.纳滤的应用1.纳米过滤在抗生素的回收与精制上的应用抗生素原液含4％生物残渣，不定的盐分，抗生素含量约0.1％～0.2％两种途径：ü先萃取，再用NF膜浓缩——溶剂可循环利用，成本降低80％；ü先用NF膜浓缩，再萃取——节省萃取剂，提高回收率；凯能公司生产的NF—1014S卷式膜(截留分子量Mw＝250)浓缩抗生素6-APA(Mw＝216)，可将含0.37％的6-APA的发酵液浓缩到5％，该膜对6-APA的截留率达95％，对

7、6-APA的回收率约90％，同时将盐分等杂质除去。2.牛奶及乳清蛋白的浓缩利用纳滤膜浓缩的牛乳可以制成高级冰激淋。因在一般的浓缩乳中，由于存于其中的盐类也被浓缩，所制成的冰激淋口感不佳，面暖和纳举世瞩目膜浓缩的牛乳，盐类减少，使制成的冰激淋口感嫩滑，同时因为没有被加热，制品的奶味格外浓郁。乳粉的贮藏过程中，最易发生的是风味变坏，我们把产生各种不良气味的物质称为杂味物质。利用纳滤分离，可以除这些物质