纳滤技术的最新工业应用实例及工业发展前景概述(PPT 58页)

2
NF的定义及特点
2 定义及特点
2.1 NF的定义
纳滤是一种介于反渗透和超滤之间的压力驱动膜分离过程， 纳滤膜的孔径范围在几个纳米左右。
纳滤（NF）用于将相对分子质量较小的物质，如无机盐或 葡萄糖、蔗糖等小分子有机物从溶剂中分离出来。纳滤又 称为低压反渗透，是膜分离技术的一种新兴领域，其分离 性能介于反渗透和超滤之间，允许一些无机盐和某些溶剂 透过膜，从而达到分离的效果。
1 发展历程
1.2 NF技术发展大记事
1970 年代： 纳滤膜诞生于低压反渗透研究，优异奇特的性能立即吸引了膜技术 领域的极大关注。
1980 年代： “纳滤”被正式命名，相关产品进入商业领域，在水质软化、饮用 水中天然有机物（Natual Organic Matter，NOM）的去除中得到应用。
1987 年： 首篇有关“纳滤”的文献发表
NF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。
3
NF的分离机理
3 分离机理
3.1 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。
1 发展历程
1.2 NF技术发展大记事
1990 年代： 纳滤作为主流膜处理技术登上历史舞台，有关纳滤的科学研究增多， 技术发展加速，学术论文数目激增，一批拥有核心技术的纳滤膜研发生产企业开 始涌现，如德国 Nanoton、荷兰 Lenntech 等。
2000 年后： 开始对纳滤防堵塞进行广泛深入研究，其他种类的纳滤膜开始出现， 比如陶瓷纳滤膜、耐溶剂型纳滤膜等。
CONTENTS
NF的发展历程 NF的定义及特点
NF的分离机理
1ห้องสมุดไป่ตู้4
2 5
3 6
NF膜的制备与装置 NF的应用及工程实例 NF的发展前景
1
NF的发展历程
1 发展历程
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 100～1000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。
NF膜NF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通过膜。
3 分离机理
3.2 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（即取无限个平衡状态 成一系列），对真实过程只研究其变化方向，而不考虑变化速率，即此学科没 考虑“时间”参数。 经典热力学也不适用于描绘生命体系，在这些体系中的特征是以物质流和能量 流表示平衡，且物质流和能量流不仅在体系内部，也涉及体系和环境之间。 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。
2 定义及特点
2.2 NF膜的特点
两个显著特征：一个是其截留分子量介于RO和UF之间，为200～2 000，因而推测NF的表面 分离层可能有1nm左右的微孔结构，即具有纳米级孔径；另一个是NF膜对无机盐有一定的截 留率，因为它的表面分离层由聚电解质所构成（大多是复合型膜），对离子有静电相互作用。 受膜与离子间Donnan效应的影响，NF膜对不同价态的离子截留能力不同。 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+
3 分离机理
3.2 传质模型
（2）电荷模型 又可分为空间电荷模型和固定电荷模型。 固定电荷模型假定膜是均质无孔的，在膜中的固定电荷分布是均匀的，它不考 虑孔径等结构参数，认为离子浓度和电势在传质方向上具有一定的梯度。该模 型首先用于离子交换膜，随后用来表征荷电型RO和NF膜的截留特性和膜电位。 空间电荷模型假设膜为有孔膜（毛细管通道），电荷分布在毛细管通道的表面， 离子浓度和电势能除了在传质方向分布不均外，在孔的径向也存在电势能分布 和离子浓度分布。该模型可表征电解质及其离子在荷电膜内的传递。
1 发展历程
1.1 NF技术的发明与命名
纳滤膜的表面结构
当时，以色列脱盐公司用“混合过滤” （Hybrid Filtration）来表示这种介于反渗 透膜和超滤膜之间的膜分离过程，称为“疏松 性反渗透”（Loose RO）；也有将其称作 “致密型超滤膜”，但都不能很好地表达其特 性。直到 1984 年，FilmTec 推出商用纳滤膜 模组，并根据其分离孔径为 1nm 左右而将这 种膜技术成为纳滤，并一直沿用至今。
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。
1 发展历程
1.1 NF技术的发明与命名
纳滤膜的表面结构
纳滤技术的起点来自于 20 世纪 70 年代 TilmTec 公司对 NS-300 的研究。 当时 John E Cadotte 在研究中发现将哌 嗪与 1.3.5-苯三甲酰氯结合，再与间苯二 甲氯混合，制备成一系列超薄层复合膜具 有令人惊奇的高通量特性，这些膜对水溶 液中的氯离子表现很高的渗透性，而对硫 酸根离子有很高的截留率。
3 分离机理
3.2 传质模型
（3）细孔模型 该模型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。可借助该模 型来确定膜的结构参数，也可适用于NF膜的结构评价。
1 发展历程
1.3 NF技术发展过程
CA-RO膜的开发
RO复合膜的开发 （1972年NS-100）
1995年 开发
低压高截留率RO膜
NaCl截留率≥99% NTR-759H、 BW-30(即FT-30)、 SU-700
1996年 开发
超低压RO膜
NF膜(疏松型RO膜))
NaCl截留率≤99% NTR-729HF、 NTR-7250 NTR-7400系、NF-45、 NF-70、NF-90、SU-200S SU-600