资源描述：
《纳滤是一种介于超滤和反渗透之间的一种膜分离技术》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、纳滤膜分离机理、应用及发展趋势摘要：综述了纳滤膜的分离机理及其应用研究现状和进展。纳滤膜分离过程是一个不可逆过程,其分离机理可以运用电荷模型和细孔模型,以及近年才提出的静电排斥和立体阻碍模型等来描述。纳滤膜应用研究现状的介绍。关键词：纳滤；分离机理；应用；发展1纳滤膜的概述纳滤是一种介于超滤和反渗透之间的一种膜分离技术，截留分子量大约在200～1000范围，孔径约为几纳米，分离对象的粒径约为1nm。纳滤具有膜技术共同的高效节能的特点，是近来世界各国优先发展的膜技术之一。目前纳滤已在生活用水，工业给水和废水的处理，食品，生化制药等领域得到广泛的应用。纳滤膜的
2、孔径在纳米级内，其中有些膜对不同价阴离子的Donnan电位有较大差别，其中截留分子量为数百级，对不同价的阴离子有显著的截留差异，可以让进料中部分或绝大部分无机盐通过，并且操作压力低，透过通量较大。这些特点使纳滤在水的软化、有机低分子的分级、有机物的除盐净化等方面，有独特的优点和明显的节能效果。2纳滤膜的分离机理2.1纳滤膜过程的不可逆过程分析纳滤膜分离过程与微滤、超滤、反渗透等膜分离过程一样,是一个不可逆过程,膜内传递现象通常用非平衡热力学模型[1]来表征。该模型把膜当作一个“黑匣子”,以压力差为驱动力,产生流体及离子流动。推动力和流动之间的关系可用现象论
3、方程式表示,方程式中的系数被称之为膜的特征参数,包括膜的反射系数、溶质透过系数及纯水透过系数等。其中膜的反射系数相当于溶剂透过通量无限大时的最大截留率。2.2电荷模型电荷模型又可根据对膜内电荷及电势分布情形的不同假设分为空间电荷模型(theSpaceChargeModel)[1~4]和固定电荷模型(theFixed-ChargeModel)[1,5,6]。空间电荷模型最早由Osterle等提出,假设膜由孔径均一而且其壁面上电荷均匀分布的微孔组成,微孔内的离子浓度和电场电势分布、离子传递和流体流动分别由Poisson-Boltzmann方程、Nernst-P
4、lanck方程和Navier-Stokes方程等来描述。Ruckenstein等[2]运用空间电荷模型进行了电解质溶液渗透过程的溶剂(水)渗透通量、离子截留率及电气粘度的数值计算,讨论了膜的结构参数及电荷密度等影响因素。Anderson等[3]根据空间电荷模型对微孔荷电膜的动电现象进行了较为详细的数值计算,并对根据双电层理论推导出的膜的表面Zeta电位与膜的流动电位关联方程——Helmholtz-Smolu-chowski式的适用范围进行了讨论。Smit等[4]将空间电荷模型与非平衡热力学模型相结合,从理论上描述了反渗透过程中荷电膜膜内离子的传递情形。但是
5、由于运用空间电荷模型时,需要对Pois-son-Boltzmann方程等进行数值求解,其计算工作十分繁重,因此它的应用受到了一定的限制。Tsuru等[5]研究发现将固定电荷模型与Nernst-Planck扩展方程联立可以很好地表征荷电型反渗透膜对单组分和混合电解质溶液体系中各种离子的截留性能。2.3细孔模型细孔模型(thePoreModel)[8]基于著名的Stokes-Maxwell摩擦模型。Pappenheimer等在基于膜内扩散过程的溶质通量计算方程中引入立体阻碍(sterichindrance)影响因素。Renkin等认为通过膜的微孔内的溶质传递包
6、含扩散流动和对流流动等两种类型,并相应地建立了经典统计力学方程。后来Habeman、Sayer、Bohlin和Bean等在对上述方程进行改进时,考虑了溶质的空间位阻效应和溶质与孔壁之间的相互作用。Anderson等[9]运用细孔模型描述带电粒子在带电微孔内的扩散和对流传递过程时,提出带电粒子在带电微孔中将受到空间位阻和静电排斥两个方面的影响,但是未能描述膜的截留率随溶剂透过通量的变化关系和膜的特征参数随膜的结构参数及带电特性的变化关系等。Deen[10]将立体阻碍因子引入Nernst-Planck方程中,用来描述大分子离子通过带有固定电荷的网络状微孔结构,
7、考察了空间位阻和静电排斥对大分子离子在网络状微孔结构内外的分配系数的影响。Nakao[11]全面地综述了膜分离领域中有关细孔模型的研究进展。2.4静电排斥和立体阻碍模型在前人的研究基础上,Wang等[7,12]将细孔模型和固定电荷模型结合起来,建立了静电排斥和立体阻碍模型(theElectrostaticandSteric-hindranceModel),又可简称为静电位阻模型。静电位阻模型假定膜分离层由孔径均一、表面电荷分布均匀的微孔构成,其结构参数包括孔径rp,开孔率Ak,孔道长度即膜分离层厚度Δx,电荷特性参数则表示为膜的体积电荷密度X(或膜的孔壁表
8、面电荷密度为q)。根据上述膜的结构参数和电荷特性参数,对于已知的分
