第5章纳米膜过滤技术.ppt

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1、第5章纳米膜过滤技术5.1概述一.纳滤技术的发展过程纳滤膜（NF膜）介于RO膜和UF膜之间，近十几年来发展迅速，是当前膜分离技术研究与开发的热点之一。早期，有人称纳滤膜为“疏松的反渗透膜(LooseReverseOsmosisMembrane)”，将介于反渗透和超滤之间的膜分离技术称为“杂化过滤(Hybridfiltration)”。直到20世纪80年代，才渐趋统一，称为纳滤(Nanofiltration)。纳滤是由反渗透膜发展而来的。实验证明，它能使90%的NaCl透过膜，而使99%蔗糖被膜截留。非对称膜平

2、均孔径为2nm，故被命名为“纳滤膜”。2Nanofiltrationmembranes1995年开发（1972年NS-100）CA-RO膜的开发RO复合膜的开发低压高截留率RO膜超低压RO膜NF膜(疏松型RO膜))NaCl截留率≥99%NTR-759H、BW-30(即FT-30)、SU-7001996年开发NaCl截留率≤99%NTR-729HF、NTR-7250NTR-7400系、NF-45、NF-70、NF-90、SU-200SSU-600纳滤膜的发展过程3Nanofiltrationmembranes它有

3、两个显著特征：一个是其截留分子量介于RO和UF之间，为200～2000；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+二.纳滤膜的特点4NanofiltrationmembranesNF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。5Nanofiltrationmembranes6Nanofiltratio

4、nmembranes5.2纳滤膜的分离机理与UF膜相比，NF膜有一定的荷电容量，对不同价态的离子存在Donnan效应；与RO膜相比，NF又不是完全无孔的，因此其分离机理在存在共性的同时，也存在差别。其对大分子的分离机理与UF相似，但对无机盐的分离行为不仅由化学势梯度控制（溶解扩散机理），也受电势梯度的影响，即NF膜的分离行为与其荷电特性、溶质荷电状态以及二者的相互作用均有关系。在文献报道中，关于NF膜的分离机理模型有空间位阻~孔道模型、溶解扩散模型、空间电荷模型、固定电荷模型、静电排斥和立体位阻模型、Donna

5、n平衡模型等。7Nanofiltrationmembranes唐南平衡(Donnanequilibrium)8Nanofiltrationmembranes对于渗析平衡体系，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，[

6、Na+]1[Cl-]1=[Na+]2[Cl-]2。9Nanofiltrationmembranes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

7、行交换时的平衡关系。10Nanofiltrationmembranes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。11NanofiltrationmembranesNF对极性小分子有机物的选择性截留是基于溶质分子的尺寸和电荷。（1）根据离子所带电荷选择性吸附在膜的表面；（2）在扩散、对流、电泳移动性能的共同作用下传递

8、通过膜。12Nanofiltrationmembranes二、NF的传质模型1、非平衡热力学模型经典热力学研究体系的平衡或进行理想的、可逆的变化经典热力学不适用于描绘生命体系非平衡热力学或称不可逆热力学是较近期发展的，它扩充了经典热力学的原理，以不可逆物质和能量流为特征以表示平衡，引入了“时间”参数来处理流率。13Nanofiltrationmembranes溶剂透过通量：溶质透过通量