第5章纳米膜过滤技术
膜过滤技术
2、食品行业 、
• 乳清废水处理 • 乳制品生产加工应用 • 果汁澄清脱色 • 食品添加剂纯化浓缩 茶饮料澄清浓缩 • 啤酒、葡萄酒、黄酒的精制加工 • 天然色素提取液的除杂及浓缩 • 氨基酸发酵液过滤澄清及精制
3、染料化工&助剂 、染料化工 助剂
• 水溶性染料反应液的脱盐浓缩 • 染料盐析母液废水回收
膜过滤技术
一、简介 1、定义：
• 膜是具有选择性分离功能的材料，利用 膜的选择性分离实现料液的不同组分的 分离、纯化、浓缩的过程称作膜分离。 • 它与传统过滤的不同在于，膜可以在分 子范围内进行分离，并且这过程是一种 物理过程，不需发生相的变化和添加助 剂
2、分类
• 膜的孔径一般为微米级，依据其孔径的 不同（或称为截留分子量），可将膜分 为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜， • 根据材料的不同，可分为无机膜和有机 膜，
• 采用纳滤膜分离技术浓缩提纯的优点： (1)、能耗极低，节省浓缩过程成本； (2)、过程无化学反应、无相变化，不带入其他杂质及 造成产品的分解变性； (3)、在常温下达到浓缩提纯目的，不造成有效成分的 破坏，工艺过程收率高； (4)、可完全脱除产品的盐分，减少产品灰分，提高产 品纯度； (5)、可回收溶液中的酸、碱、醇等物质； (6)、设备结构简洁紧凑，占地面积小； (7)、操作简便，可实现自动化作业，稳定性好，维护 方便。
（二)、超滤 、超滤(UF)
• 对于超滤而言，膜的截留特性是以对标 准有机物的截留分子量来表征，通常截 留分子量范围在1000-300000，故超滤膜 能对大分子有机物（如蛋白质、细菌）、 胶体、悬浮固体等进行分离，广泛应用 于料液的澄清、大分子有机物的分离纯 化、除热源。
（三)、纳滤 、纳滤(NF)
纳米膜过滤技术
纳米膜过滤技术-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII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*z j*f*φ式中ηj——电化学势；μj——化学查组分的电荷数；f——每摩势；z j——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。
纳米材料在水处理技术中的应用
纳米材料在水处理技术中的应用第一章介绍随着全球水资源的日益紧缺和水污染问题的日益严重，水处理技术的研究和应用变得尤为重要。
纳米材料因其特殊的表面性质和宏观-微观转换的特点，成为水处理领域的研究热点。
本文旨在探讨纳米材料在水处理技术中的应用，为解决水资源和水环境问题做出贡献。
第二章纳米材料的特性纳米材料是一种粒径在纳米级别的材料，具有比传统材料更大的比表面积和更特殊的表面性质。
纳米材料有机械强度高、导电性好、热和光学性能独特等优点，这些特性使其在水处理中具备良好的应用潜力。
第三章纳米材料在污染物去除中的应用3.1 纳米催化剂纳米催化剂广泛应用于水中有毒有机污染物的降解，其高比表面积和活跃表面能够提高催化反应速率。
纳米催化剂通过吸附和催化降解机制，有效去除水中难降解的有机物。
3.2 纳米吸附剂纳米吸附剂具有较大的比表面积和多孔结构，能够高效地吸附水中的污染物。
常见的纳米吸附剂包括纳米二氧化硅、纳米氧化铁和纳米活性炭等。
这些纳米材料通过静电相互作用、吸附作用和络合作用等方式，将有害物质从水中去除。
3.3 纳米膜技术纳米膜技术是一种通过纳米孔隙结构实现分离和过滤的方法。
纳米膜通常由纳米颗粒、纳米纤维和碳纳米管等材料构成。
这些纳米材料具有较小的孔径，能够有效截留水中的悬浮物、溶解物和微生物等有害成分。
第四章纳米材料在水资源回收利用中的应用4.1 纳米过滤技术纳米过滤技术通过纳米孔隙结构过滤水中的杂质和微生物，实现水的净化和回收。
与传统过滤技术相比，纳米过滤技术有更高的处理效率和更低的能耗。
4.2 纳米吸附材料纳米吸附材料可用于水中重金属和有机污染物的吸附和回收。
纳米吸附材料具有较大的比表面积和高的吸附能力，能够高效地去除水中的污染物，减少对环境的负担。
4.3 纳米膜技术纳米膜技术在水资源回收利用中发挥着重要作用。
通过纳米膜技术可将水中的溶解盐和微生物分离，得到高纯度的水。
纳米膜技术具有脱盐效果好、能耗低等优点。
纳米膜技术
纳米膜技术概述纳米膜技术是一种基于纳米级材料制备和应用的技术，具有广泛的应用领域和巨大的潜力。
它通过控制材料的结构和性质，制备出具有特殊功能和优异性能的薄膜，可用于过滤、分离、传感、催化等多个领域。
本文将深入探讨纳米膜技术的原理、制备方法以及应用。
原理纳米膜技术基于纳米级材料的特殊性质，利用其尺寸效应、表面效应和量子效应等特征，实现对物质分子或离子的选择性传输。
纳米膜一般由多层次结构组成，包括支撑层和功能层。
支撑层提供了稳定性和机械强度，而功能层则实现了对物质传输的选择性。
在纳米膜中，通过调控孔隙大小、形状以及表面化学性质等因素，可以实现对不同尺寸、形状或电荷的物质分子或离子的选择性传输。
例如，通过控制孔隙大小，可以实现对特定分子的分离和富集；通过表面修饰，可以增强对特定物质的吸附和催化反应。
制备方法纳米膜技术的制备方法多种多样，常见的包括溶液法、气相沉积法、物理气相沉积法等。
下面将介绍几种常用的制备方法：1.溶液法：将纳米级颗粒悬浮在溶剂中，通过溶剂挥发或沉淀等方式，使颗粒自组装形成膜状结构。
这种方法简单易行，适用于大面积膜的制备。
2.气相沉积法：将气体中的原子或分子在基底表面上沉积形成薄膜。
这种方法可以控制膜的厚度和成分，并且适用于高温、高真空条件下的制备。
3.物理气相沉积法：利用物理过程如热蒸发、电子束蒸发等，在真空环境中将材料直接转移到基底上形成纳米膜。
这种方法可以制备高质量、单晶结构的纳米膜。
4.其他方法：还有一些特殊的制备方法，如电化学沉积、自组装等，可以根据具体需求选择。
应用领域纳米膜技术在各个领域都有广泛的应用，下面将介绍几个典型的应用领域：1.膜分离技术：纳米膜可以实现对液体或气体中特定分子或离子的选择性分离和富集，广泛应用于水处理、气体分离、生物医药等领域。
2.传感器技术：纳米膜可以通过修饰表面化学性质或引入功能材料，在传感器上实现对特定物质的高灵敏度检测。
例如，通过纳米膜修饰的电化学传感器可以实现对重金属离子、有机污染物等的检测。
膜过滤法的原理及步骤
膜过滤法的原理及步骤膜过滤法是一种常用的分离技术，广泛应用于水处理、食品加工、制药等领域。
它通过使用特定的膜材料，将混合物中的溶质和溶剂分离开来。
本文将介绍膜过滤法的原理和步骤。
一、原理膜过滤法基于膜的选择性渗透性原理，即根据溶质和溶剂的分子大小、形状和电荷等特性，通过膜的孔隙结构和表面特性，实现对它们的分离。
膜材料通常具有微孔或超微孔结构，可以选择性地允许某些物质通过，而阻止其他物质的通过。
二、步骤1. 膜的选择：根据需要分离的物质特性，选择合适的膜材料。
常见的膜材料包括聚酯膜、聚醚膜、聚丙烯膜等。
膜的孔径大小和形状也需要根据分离要求进行选择。
2. 膜的预处理：新购买的膜需要进行预处理，以去除可能存在的污染物和杂质。
常见的预处理方法包括浸泡、清洗和消毒等。
3. 膜的装配：将膜材料安装在膜组件中，形成膜分离单元。
膜组件通常由膜、支撑层和外壳组成，支撑层的作用是增强膜的机械强度和稳定性。
4. 进料处理：将待处理的混合物通过膜分离单元，通常采用压力驱动的方式。
进料可以是连续的或间歇的，具体取决于应用需求。
5. 分离过程：在膜分离单元中，溶质和溶剂根据其在膜上的渗透性差异，发生分离。
溶剂可以通过膜孔隙或超微孔进入膜的另一侧，而溶质则被截留在膜表面或孔隙中。
6. 收集产物：分离后的产物分别从膜的两侧收集。
溶剂可以通过膜的通透性直接收集，而溶质则需要通过清洗或其他方法从膜上去除。
7. 膜的维护：使用一段时间后，膜可能会受到污染或堵塞，需要进行维护和清洗。
常见的维护方法包括化学清洗、物理清洗和膜修复等。
8. 膜的回收利用：废弃的膜可以进行回收利用，以减少资源浪费和环境污染。
膜的回收利用可以通过物理方法（如破碎、熔融）或化学方法（如溶解、再生）实现。
膜过滤法是一种基于膜的选择性渗透性原理，通过选择合适的膜材料和膜组件，将混合物中的溶质和溶剂分离开来。
膜过滤法具有操作简便、效率高、分离效果好等优点，因此在各个领域得到广泛应用。
第五章膜过滤法讲解
截留分子量： 微滤 0.02～10μm 透析 3000 Dalton～ 几万Dalton 超滤 50ｎｍ～10０ｎｍ或5000～50万Dalton 纳滤 200～1000Dalton或1nm 反渗透 200Dalton
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概述
膜分离法与物质大小（直径）的关系
RO NF UF MF
F
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5.1 膜材料 与膜的制造
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截断曲线
得到的截留率与分子量之间的关系称为截断曲线。 质量好的膜应有陡直的截断曲线,可使不同分子量的溶质分离完全；
反之，斜坦的截断曲线会导致分离不完全。
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影响截留率的因素
①分子形状：线状分子易透过，R线 < R球； ②吸附作用：溶质吸附于膜孔壁上，降低膜孔有效直径 ③浓差极化作用：高分子溶质在膜面沉积，使膜阻力， 较小分子溶质的截留率，分离性能。 ④温度/浓度，T C，使R，因为膜吸附作用； ⑤错流速度，R； ⑥pH、离子强度影响蛋白质分子构型，影响R。
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聚砜膜的特点
• （1）温度范围广 • （2）pH 范围广 • （3）耐氯能力强 • （4）孔径范围宽
• （5 ) 操作压力低 • （6）适合作超滤膜
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近年来开发的新型膜材料
① 复合膜； ② 无机多孔膜； ③ 纳米过滤膜。 ④ 功能高分子膜； ⑤ 聚氨基葡糖
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膜材料 - 不同的膜分离技术
3
概述
人类认识到膜的功能源于1748年，然而用于为人类服 务是近几十年的事。1960年Loeb和Sourirajan制备 出第一张具有高透水性和高脱盐率的不对称膜，是膜 分离技术发展的一个里程碑。
4
概述
• 1925年以来，差不多每十年就有一项新 的膜过程在工业上得到应用
膜过滤法的原理及步骤
膜过滤法的原理及步骤膜过滤法是一种常用的分离和纯化技术，通过孔径大小适当的膜材料，实现对溶液中的微小颗粒或溶质的分离。
本文将介绍膜过滤法的原理及步骤。
一、原理膜过滤法是利用膜的孔隙作为分离介质，通过膜孔径的选择性，使溶液中的溶质经过膜孔的阻隔而被分离。
膜的孔径大小决定了能通过的颗粒或溶质的大小范围，通常分为微滤、超滤、纳滤和逆渗透四种类型，其孔径由大到小递减。
二、步骤1. 准备工作：首先准备膜材料和膜过滤装置。
膜材料可以是聚酯、聚碳酸酯、聚丙烯等，根据分离的需求选择不同孔径的膜材料；膜过滤装置包括过滤器、支撑层和固定装置等。
2. 膜的湿润：将膜材料浸泡在适当的溶液中，以使其充分湿润。
湿润的目的是避免膜材料与溶液接触后出现气泡，影响过滤效果。
3. 装置组装：将湿润的膜材料放置在过滤器中，将支撑层放置在膜材料上方，再将固定装置固定在过滤器上，确保膜材料和支撑层之间的紧密接触。
4. 过滤操作：将待分离的溶液缓慢注入过滤器中，通过压力的作用，溶液将从过滤器的一侧穿过膜材料，并在膜孔径的限制下，分离出溶质或微小颗粒。
溶液中的溶质将被滞留在膜表面，而纯溶剂则通过膜孔径被分离出来。
5. 清洗和回收：在分离完成后，可以通过逆流冲洗的方式将滞留在膜表面的溶质或颗粒冲洗出来，以保持膜的通透性。
而所需的溶质或颗粒则可以通过改变操作条件或选择适当的膜材料来实现回收。
膜过滤法的优点在于操作简便、速度快、分离效果好、不需要添加化学试剂等，因此在制药、生物工程、食品加工、环境保护等领域得到广泛应用。
但同时也存在一些局限性，比如膜污染、膜耐受性和膜寿命等问题，需要根据具体的实际需求进行选择和优化。
膜过滤法是一种高效、方便的分离和纯化技术，通过选择合适的膜材料和操作条件，可以实现对溶液中的微小颗粒或溶质的有效分离，为各个领域的实验和生产提供了重要的技术支持。
纳滤膜技术及应用介绍
纳滤膜技术及应用介绍纳滤膜技术是一种通过纳米孔径膜进行分离和过滤的膜技术。
纳滤膜又称为纳米滤膜，其孔径通常在1-100纳米之间，比传统微滤膜的孔径小得多。
由于其极小的孔径，纳滤膜能够有效地分离和过滤大部分微观粒子和溶质，具有高效、高选择性和高通量的特点。
它广泛应用于饮用水处理、废水处理、生物医药、食品饮料、化工等领域，具有重要的应用价值。
纳滤膜技术的应用领域非常广泛。
首先，它在饮用水处理和废水处理领域发挥着重要作用。
纳滤膜通过其微小的孔径可以有效地去除水中的微生物、细菌、病毒、重金属离子和有机物质等有害物质，从而提高水质水量。
其次，在生物医药领域，纳滤膜被广泛应用于生物制药的药品提纯、细胞分离、蛋白质纯化等方面。
由于其高选择性和高通量的特点，纳滤膜具有良好的吸附性能和分离效果，能够有效提高生物医药制药工艺的效率和质量。
此外，纳滤膜还被广泛应用于食品饮料行业。
例如，纳滤膜可以用于果汁的澄清和浓缩、啤酒的酵母分离、乳制品的浓缩和蛋白质分离等工艺中，能够提高食品饮料的品质和口感。
另外，在化工领域，纳滤膜也有着重要的应用。
它可以用于有机溶剂的回收、脱盐水的处理、工业废水的处理等方面，满足工业生产中对溶剂和水质的要求，减少污染物的排放，保护环境。
纳滤膜技术的发展历程可以追溯到20世纪60年代初，起初主要用于海水淡化和废水处理。
在过去的数十年里，随着纳米技术和膜技术的不断发展，纳滤膜技术得到了长足的发展，成为膜分离技术的重要分支之一。
纳滤膜的制备方法多种多样，包括溶液浇铸法、溶胶凝胶法、电渗析法、原子层沉积法等。
这些方法可以制备不同材质和结构的纳滤膜，如聚合物膜、陶瓷膜、金属膜等，以满足各种不同领域的需求。
纳滤膜的材料选择对其性能和应用起着至关重要的作用。
目前常见的材料包括聚丙烯、聚四氟乙烯、聚醚砜、聚醚酮、纳米复合膜等。
这些材料具有优异的耐化学腐蚀性、耐高温性和机械强度，能够满足不同工艺条件下的使用需求。
第五章 膜分离
纳米膜过滤是介于反渗透与超滤之间的液相膜处理新技术。
其特点为：（1）能截留小分子的有机物并可同时透析除盐，集浓缩透析为一体；（2）操作压力远比反渗透低，具有节约动力的优点。
纳滤膜的性质与特点大多数的纳滤膜是由多层聚合物薄膜组成。
活性层通常带荷负电化学基团。
一般认为纳滤膜是多孔性的，其平均孔径为2nm。
作为一般规律，通常分子量截留范围为100一200道尔顿，纳滤膜具有良好的热稳定性，pH稳定性和有机溶剂的稳定性。
纳米过滤的分离机理纳滤膜不仅具有依靠筛分作用进行分离，也显示有建立在离子电荷密度基础上的选择性，因为膜的离子选择性，对于含有不同自由离子的溶液，透过膜的离子分布是不相同的(透过率随离子浓度的变化而变化)，这就是Donnan效应。
Donnan平衡模型对于荷电膜脱盐，多用Donnan平衡模型来解释。
当系统达到平衡时，膜相、水相、溶液相的离子的化学电位应该达到平衡态。
虽然，利用Donna 平衡理论来说明荷电膜的脱盐机理有所依据，而对于在压力下透过膜的机理，还不能从膜、进料及传质过程等多方面来定量描述。
第二节膜材料及其特性膜材料◆纤维素衍生物醋酸纤维素（CA）：由纤维素和醋酸反应制得。
是反渗透膜、微滤和超滤的膜材料。
优点：价格便宜，膜的分离和透过性能良好；缺点：pH使用范围窄（pH=4~8），容易被微生物分解以及在高压操作下时间长了容易产生压密，引起透量下降。
硝酸纤维素（CN）：由纤维素和硝酸反应制得。
价格便宜，广泛用作透析膜和微滤膜材料。
为了增加膜的强度，一般与醋酸纤维素混合使用。
再生纤维素：纤维素溶于某些溶剂如铜氨溶液并在溶解过程中发生降解，在成膜过程中又回复到纤维素的结构，称为再生纤维素。
广泛用于人工肾透析膜材料和微滤、超滤膜材料。
◆聚砜类是一类具有高机械强度的工程塑料。
是目前最重要、生产量最大的高分子聚合膜。
用途：超滤和微滤的膜材料，多种商品复合膜的支撑层膜材料。
优点：耐酸、耐碱缺点：耐有机溶剂的性能差。
第五章膜过滤法
（一）膜材料
• 天然材料：各种纤维素衍生物 • 人造材料：各种合成高聚物 • 特殊材料：复合膜，无机膜, 不锈钢膜，陶瓷膜
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醋酸纤维特点：
• ①透过速度大 • ②截留盐的能力强 • ③易于制备 • ④来源丰富
• ⑤不耐温（30℃） • ⑥pH 范围窄，清洗困难 • ⑦与氯作用，寿命降低 • ⑧微生物侵袭 • ⑨适合作反渗透膜
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3. 反渗透
利用反渗透膜选择性的只能通过溶剂（通常是水）而截留离子 物质性质，以膜两侧静压差为推动力，克服渗透压，使溶剂通 过反渗透膜实现对液体混合物进行分离的过程。 操作压差一般为1.5～10.5MPa，截留组分为小分子物质。
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反渗透法
分离的溶剂分子往往很小，不能忽略渗透压的作用，为反渗透
• 透析：醋酸纤维、聚丙烯腈、聚酰胺、 • 微滤膜：硝酸/醋酸纤维，聚氟乙烯，聚丙烯， • 超滤膜：聚砜，硝酸纤维，醋酸纤维 • 反渗透膜：醋酸纤维素衍生物，聚酰胺 • 纳滤膜：聚电解质+聚酰胺、聚醚砜 • 电渗析：离子交换树脂 • 渗透蒸发：弹性态或玻璃态聚合物;聚丙稀腈、聚乙
烯醇、聚丙稀酰胺
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5
概述
★膜分离的特点
• ①操作在常温下进行； • ②是物理过程，不需加入化学试剂； • ③不发生相变化（因而能耗较低）； • ④在很多情况下选择性较高； • ⑤浓缩和纯化可在一个步骤内完成； • ⑥设备易放大，可以分批或连续操作。 • 因而在生物产品的处理中占有重要地位
6
概 述 膜分离技术的重要性
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微滤和超滤的分离机理
• 一般认为是简单的筛分过程， 大于膜表面毛细孔的分子被 截留，相反，较小的分子则 能透过膜。
• 毛细管流动模型：膜
膜过滤原理
膜过滤原理摘要：膜过滤是一种常用的物质分离技术，通过用一层或多层多孔膜来拦截溶剂中的固体颗粒、微生物、离子等杂质，实现液体的净化和分离。
本文将介绍膜过滤的工作原理、常见的膜材料和应用领域，并探讨膜过滤的优缺点。
引言：膜过滤是一种基于膜的物质分离技术，广泛应用于医药、食品、化工、环保等各个领域。
膜过滤通过选用不同的膜材料和膜孔尺寸来实现对不同颗粒和溶质的拦截和分离，是一个高效、经济、环保的分离技术。
一、膜过滤的工作原理膜过滤的工作原理基于膜的物理隔离效应。
膜是一种多孔材料，根据孔径大小的不同，可以选择性地拦截溶液中的不同成分。
当溶液通过膜时，小于膜孔径的颗粒和溶质可以通过膜，大于膜孔径的颗粒和溶质则被膜拦截。
通过这种方式，可以实现对溶液中有害杂质的分离和净化。
膜过滤的主要分离机制包括：表面拦截、孔道拦截和吸附。
表面拦截是指溶质分子与膜表面静电作用和化学反应的结果。
孔道拦截是指溶质分子受到孔道尺寸限制而无法通过膜孔。
吸附则是指溶质分子在膜孔内或膜表面吸附，导致无法通过膜。
不同的膜过滤方式会选择不同的膜孔尺寸和材料，以满足特定的分离需求。
二、膜过滤的膜材料膜过滤的核心是膜材料，不同的膜材料适用于不同的分离要求。
常见的膜材料包括聚丙烯膜、聚醚砜膜、聚四氟乙烯膜等。
聚丙烯膜是一种常用的微孔膜材料，具有较好的化学稳定性和热稳定性，适用于一般的液体过滤和气体过滤。
聚醚砜膜具有优异的耐高温性能和较好的化学稳定性，适用于高温和腐蚀性液体的过滤。
聚四氟乙烯膜则具有良好的耐化学性和耐高温性能，适用于具有强酸和强碱的溶液过滤。
除了上述常见的膜材料外，还有许多其他类型的膜材料，如陶瓷膜、复合膜等。
不同的膜材料具有不同的过滤性能和适用范围，用户可以根据实际需求选择合适的膜材料。
三、膜过滤的应用领域膜过滤广泛应用于医药、食品、化工、环保等各个领域。
在医药领域，膜过滤可用于制药中的细菌、微生物和有机颗粒的去除，在药品生产和水质检测中起到重要的作用。
第五章膜分离技术
大分子
透析膜
小分子
透析液
水分子
➢右侧纯水或缓冲 溶液称为透析液； ➢所用的亲水膜称 为透析膜； ➢透析过程中透析 膜内无流体流动， 溶质以扩散的形式 移动; ➢推动力为膜两侧 的溶质的浓度差！
5.3 膜分离过程
二、分离原理及特点
5. 透析——应用
透析法在临床上常用于肾衰竭患者的血液 透析。
在生物分离方面，主要用于大分子溶液的 脱盐。由于透析过程以浓差为传质推动力， 膜的透过量很小，不适于大规模生物分离 过程、但在实验室中应用较多。
复合膜一定是非对称膜； 但非对称膜不一定是复合 膜。
5.3 膜分离过程
一、类型 二、分离原理及特点
5.3 膜分离过程
一、类型
常见的膜分离过程：
①微滤（Microfiltration，MF） ②超滤（Ultrafiltration，UF） ③纳滤 (Nanofiltration， NF) ④反渗透（Reverse osmosis，RO） ⑤透析（Dialysis，DS）
+ +
+
+
+
+
－
+ +
+
+
－+
盐水
+
阳极
5.3 膜分离过程
二、分离原理及特点
6. 电渗析——应用
电渗淅器是利用离子交换膜的选择透过性进行工作，电渗淅器主要组成 部分是离子交换膜。分为阳膜，阴膜。阳膜只充许阳离子通过而阴离子 被阻挡；阴膜只充许阴离子通过而阳离子被阻挡。
目前主要用于水溶液中除去电解质 ( 如盐水的淡化等 ) 、电解质与非电 解质的分离和膜电解等。
分类：就其污染点不同，可分为内、外污染
纳米膜过滤技术在提高人血浆制品安全性方面的应用
纳米膜过滤技术在提高人血浆制品安全性方面的应用来源：本站原创作者：代旭兰陈海陈代杰刘文芳（四川远大蜀阳药业股份有限公司，四川双流 610214）发布时间：2009-12-2病毒污染严重威胁血液制品的安全性，如何进一步提高制品的安全性是人们始终所关注的问题。
虽然经过改进原料血浆筛选的检测方法、增加血浆检疫期、增加制品有效病毒灭活/去除步骤、提高生产技术和GMP等措施已经使制品安全性得到了很大的提高，HIV、HBV和HCV）经由现代生产工艺制得的血液制品传播的可能性已经非常小，但仍有少量的病毒，如细小病毒B19（B19）等小型病毒，通过一些凝血因子浓缩物传播的危险还没有完全消除［1—3］，新出现的病原体，如变异型克雅氏病（vCJD），也是安全性关注的焦点［4,5］。
因此，血液制品的研究与生产厂家仍然要致力于不断研发增加病毒灭活/去除的新方法。
采用小孔径的膜过滤血浆蛋白溶液，是通过筛选机制截留并去除血浆中的病毒的一种方法；和常规的过滤不同，这项技术所采用的膜的平均孔径为纳米级别，且专为去除病毒而开发，所以又被称为纳米膜过滤。
目前，这项技术作为病毒灭活/去除方法的一种安全补充措施，已被广泛接受并应用于生物制品的病毒去除。
1 纳米膜过滤技术及其产品类型1.1 纳米膜过滤的原理该技术是根据根据分子筛原理，按膜孔径大小截留病毒，使目的蛋白通过滤器，大致分为错流（切向）过滤和直流（死端）过滤2种方式，其病毒去除率和蛋白透过率很大程度上都依赖膜的结构。
纳米膜过滤能有效去除大于膜平均孔径的病毒，对于小于或接近平均膜孔径的病毒、病毒聚合体、潜在的病毒与抗体复合物则去除效果不甚理想，蛋白质浓度和因电荷效应产生的膜表面吸附等因素都可能影响病毒清除的程度。
该技术的蛋白质回收率取决于蛋白浓度、蛋白质聚合物或高分子量组分、过滤表面积、pH和温度等因素。
市售的多数纳米膜为整装的易处理囊式膜包或盒式膜包，可在过滤前后对其进行完整性测试，以确保该滤器在使用中滤除病毒的能力，这是纳米膜过滤可靠性的一个额外的保障。
纳米膜过滤技术
细菌 悬浊物 微细油珠
高聚物膜
（纳米）
10000
各种膜的分离特性
微滤
悬浮颗粒
超滤 纳滤 反渗透
大分子有机物
糖类等小分子有机物，二价盐 或多价盐 单价盐
水
20世纪80年代初期，美国科学家研究了一种薄层复 合膜，它能使90%的NaCl透析，而99%的蔗糖被截 留。
显然这种膜即不能称之为反渗透膜（因为不能截留 无机盐），也不属于超滤膜的范畴（因为不能透析 低相对分子质量的有机物）。
由于这种膜在渗透过程中截留率大于95%的最小分 子约为1纳米，因而它被命名为“纳米过滤”。
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。
在处理化工合成废液中的应用
用纳米过滤可以很好地处理化工合成废液。因为 利用它既可以脱盐又可以浓缩有价值的有机物质。
此外，有机化工合成过程也会产生大量的酸性废 液，这些酸性废液中含有有机物和盐，有时还含 有多种难处理的溶剂，这些低相对分子质量的有 机物质往往是不能生物降解的，而纳米过滤膜可 以用于回收这些有机物质。
B. SelRO纳滤膜的构型与组件 卷式
管式
C. 纳米过滤的分离机理
J w Ap
J S Bc
式中 JW、JS分别为溶剂与溶质的膜通量；A、B为与膜的材料及性质 有关的常数；Δp、Δπ和Δc分别为膜内外两侧的压力差，渗透压及
溶质的浓度差。
纳滤的应用
行业
处理对象
纳米膜过滤技术
天然气净化中纳米膜技术应用
天然气净化原理
纳米膜可用于去除天然气中的杂质和有害物质，如硫化氢、二氧化碳等。通过纳 米膜的吸附和分离作用，可实现天然气的净化和提纯。
应用案例
在天然气工业中，纳米膜技术被用于天然气的净化和处理。例如，采用纳米膜技 术的天然气净化装置可去除天然气中的酸性气体和水分，提高天然气的品质和热 值。
截留性能评价指标及测试方法
截留率 膜对特定溶质的截留能力，通常 以百分比表示。
测试方法 选用具有代表性的溶质，在一定 操作条件下通过膜过滤，测定原 液和透过液中溶质的浓度，计算 截留率和溶质通量。
分子量截留曲线 反映膜对不同分子量溶质的截留 性能。
溶质通量 单位时间内通过单位膜面积的溶 质量，与膜的截留性能相关。
绿色化发展
在未来的发展中，纳米膜过 滤技术将更加注重环保和可 持续性，推动绿色制造和循 环经济的发展。
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纳米膜在水处理领域应用案例研 究
饮用水处理中纳米膜技术应用
去除有害物质
纳米膜可以有效去除饮用水中的 细菌、病毒、重金属离子、有机 污染物等有害物质，保障饮用水
安全。
保留有益矿物质
纳米膜具有良好的选择性，可以在 去除有害物质的同时，保留水中的 钙、镁等对人体有益的矿物质。
提高水质口感
经过纳米膜处理的饮用水，口感更 加纯净、甘甜，提高了饮水的品质。
高脱盐率
纳米膜具有极高的脱盐率，可以将海水中的盐分有效去除，生产 出符合饮用标准的淡水。
耐腐蚀性
纳米膜材料具有良好的耐腐蚀性，可以在高盐度、高腐蚀性的海水 环境中长期稳定运行。
低能耗
与传统的海水淡化技术相比，纳米膜技术具有更低的能耗和更高的 产水率，降低了海水淡化的成本。
纳米滤膜的工作原理
纳米滤膜的工作原理纳米滤膜是一种高效过滤材料，其工作原理基于纳米级孔隙结构和表面性质的特殊设计。
本文将介绍纳米滤膜的原理及其应用。
一、纳米滤膜的结构纳米滤膜的基本结构由多个纳米级薄膜层叠加而成，每层膜的厚度仅为数纳米至数百纳米。
这些纳米膜通常由聚合物、陶瓷或金属等材料构成，具有优异的过滤性能。
二、纳米滤膜的过滤机制纳米滤膜主要通过两种基本机制实现过滤功能：筛分和吸附。
1. 筛分：纳米滤膜具有均匀分布的纳米孔隙，其孔隙尺寸范围通常为1到100纳米，可根据需求调整。
当待处理的物质通过滤膜时，尺寸大于孔隙的物质无法通过，而尺寸较小的物质则可以通过孔隙，实现分离和过滤的目的。
2. 吸附：纳米滤膜表面的纳米颗粒或功能化分子具有高度吸附能力，对待处理物质中的杂质、颗粒或溶质进行吸附。
通过吸附作用，纳米滤膜能够有效去除物质中的微量杂质，提高过滤效率和净化质量。
三、纳米滤膜的应用纳米滤膜广泛应用于各个领域，包括水处理、食品加工、制药、生物医学等。
以下是几个常见应用领域的介绍：1. 水处理：纳米滤膜在水处理中起到关键作用。
其高效的过滤机制能够去除水中的微量悬浮颗粒、有机物、重金属等污染物，提供清洁安全的饮用水。
同时，纳米滤膜还能够拦截病毒、细菌和微生物，防止水中传播疾病的风险。
2. 食品加工：纳米滤膜在食品加工中的应用主要是用于液体的分离和浓缩。
通过纳米滤膜的筛分机制，可以去除食品中的悬浮颗粒、胶体物质等杂质，提高产品的质量和纯度。
3. 制药：在制药过程中，纳米滤膜通常用于分离和纯化药物。
通过纳米滤膜的吸附和筛分机制，能够去除药物中的微量杂质、溶剂和其他不需要的成分，保证药物的安全性和有效性。
4. 生物医学：纳米滤膜在生物医学领域发挥着重要作用。
它可以用于分离和富集生物分子、细胞和病原体，研究生物反应、诊断疾病以及制备生物医学材料。
总结：纳米滤膜是一种高效过滤材料，其工作原理基于纳米级孔隙结构和表面性质的设计，在水处理、食品加工、制药和生物医学等领域有着广泛应用。
纳米材料 过滤方法
纳米材料过滤方法一、引言纳米材料是指具有纳米级尺寸的材料，具有独特的物理、化学和生物性质。
由于其特殊的结构和性质，纳米材料在许多领域具有广泛的应用前景，例如能源存储、环境治理、生物医学等。
然而，纳米材料的制备过程中常常伴随着一些杂质的产生，这些杂质会对材料的性能和应用产生不利影响。
因此，开发高效的纳米材料过滤方法对于材料的纯化和应用具有重要意义。
二、常见的纳米材料过滤方法1. 纳米材料的机械过滤机械过滤是最常见的纳米材料过滤方法之一。
通过利用滤膜的孔隙大小选择性地分离纳米材料和杂质。
常用的滤膜材料有陶瓷膜、聚合物膜等。
机械过滤方法具有操作简单、成本低廉的优点，但是对于一些尺寸较小的纳米材料，孔隙大小的控制和滤膜的稳定性仍然是一个挑战。
2. 纳米材料的电化学过滤电化学过滤是利用电场对纳米材料进行筛选和分离的一种方法。
通过在两个电极之间施加电场，纳米材料可以在电场的作用下向受电极迁移，从而实现纳米材料的分离。
电化学过滤方法具有分离效率高、可控性强的特点，但是需要较高的电压和较长的处理时间。
3. 纳米材料的超滤过滤超滤过滤是利用孔隙直径在10-100纳米之间的滤膜对纳米材料进行分离的方法。
超滤膜通常由聚合物或陶瓷材料构成，具有良好的孔隙控制性能。
通过调节超滤膜的孔隙大小，可以实现对纳米材料的高效分离。
超滤过滤方法具有操作简便、分离效果好的优点，但是对于一些粘度较高的纳米材料，膜的堵塞问题仍然需要解决。
4. 纳米材料的溶胶凝胶过滤溶胶凝胶过滤是利用溶胶凝胶材料对纳米材料进行分离的一种方法。
溶胶凝胶材料具有高比表面积和多孔性的特点，可以通过吸附和扩散作用对纳米材料进行选择性分离。
溶胶凝胶过滤方法具有分离效率高、操作简单的优点，但是溶胶凝胶的制备和再生仍然需要进一步研究。
5. 纳米材料的磁性过滤磁性过滤是利用纳米材料本身的磁性对其进行分离的一种方法。
通过在纳米材料表面修饰磁性功能基团，可以实现对纳米材料的选择性吸附和分离。
纳米膜技术
纳米膜技术一、概述纳米膜技术是一种将纳米材料制备成膜的技术，可以应用于多个领域，如电子学、生物医学、环境保护等。
该技术的发展为纳米科技的应用提供了新的途径和思路。
二、制备方法1. 溶液法利用化学合成方法制备纳米颗粒，然后将其分散在溶液中，通过控制沉淀速度或挥发速率来形成薄膜。
2. 物理气相沉积法将纳米颗粒加热至高温状态，使其蒸发并沉积在基底上形成薄膜。
3. 电化学沉积法通过电解液中的离子还原反应，在电极表面沉积纳米颗粒，并形成薄膜。
三、应用领域1. 电子学利用纳米材料制备的导电性能优异的纳米薄膜作为晶体管或显示器件中的导电层。
2. 生物医学利用生物相容性好且具有生物活性的材料制备出具有特定功能的纳米薄膜，如可降解的药物缓释膜、组织修复膜等。
3. 环境保护利用纳米薄膜的高效过滤性能，制备出具有良好分离效果的纳米过滤膜，用于水处理、空气净化等领域。
四、纳米薄膜的特性1. 尺寸效应由于其尺寸在纳米级别，因此具有较大的比表面积和量子效应等特性。
2. 机械性能纳米薄膜具有较高的硬度和强度，但由于其尺寸小，容易发生断裂或破坏。
3. 光学性能纳米材料具有较好的光学特性，如荧光、吸收、反射等，在光电器件中具有广泛应用。
五、发展趋势1. 多功能化将多种材料制备成复合结构的纳米薄膜，实现多种功能集成。
2. 可控制备通过精确控制反应条件和工艺参数来实现对纳米材料形态和结构的精细调控。
3. 应用拓展将纳米薄膜技术应用于更多领域，如能源、航空航天等，促进纳米科技的发展和应用。
六、总结纳米膜技术是一种具有广泛应用前景的纳米制备技术，其制备方法多样，应用领域广泛。
随着纳米科技的不断发展，纳米薄膜的特性和应用也将不断拓展和完善。
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一、转化法
可分为UF膜转化法和RO膜转化法
UF膜转化法——先制得较小孔径的UF膜， 然后对其进行热处理、荷电化后处理，使膜 表面致密化。
RO膜转化法——调整合适的有利于RO膜表 面疏松化的工艺条件，如铸膜液中添加剂的 选择、各成分的比例及浓度等，使表层疏松 化而制得NF膜。
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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。
膜法软化水在美国已很普遍，佛罗里达州近10多年来新
的软化水厂都采用膜法软化。
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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，
[Na+]1[Cl-]1 =[Na+]2[Cl-]2 。
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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 中的离子进行交换时的平衡关系。
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2、聚哌嗪酰胺类复合NF膜 如Film Tec（USA） 公司的NF-40、NF-40HF； Toray(东丽，日本)的 UTC-20HF 和 UTC-60 ； ATM （ USA ） 公 司 的 ATF-30和ATF-50。
O N N C O C
n
O N N C
O C
m
C O
C O OH
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3、磺化聚（醚）砜类复合NF膜 如Nitto Denko(日东电工，日本)公司的NTR-7400 系列NF膜。
SO3Na O S O O
n
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4、混合型复合NF膜 如Hydranautics(海 德 能 ， USA) 的 Desal-5 纳 滤 膜 ； Nitto Denko(日东电工，日本)公司的NTR-7250 纳滤膜。
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
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
④ 动力形成法（也较新的方法）
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四、荷电化法
膜荷电后可提高膜的耐压密性、耐酸/碱性及 抗污染性，提高水的通量。 荷电膜可分表层荷电膜和整体荷电膜。
荷电化的方法：表面化学处理法、由荷电材 料通过L-S相转化法直接成膜、含浸法、成 互聚合法
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5.5纳滤技术的应用
Ⅰ、在水处理方面的应用
膜法软化水是NF膜的最重要 的工业应用之一。NF膜一般可用于去除Ca2+ 、Mg2+等硬度 成分、三卤甲烷中间体（致癌物的一种前驱物）、异味、色 度、农药、可溶性有机物及蒸发残留物质，并在低压下实现 水的软化及脱盐。
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。
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溶剂透过通量：
Jv = Lp(△ σ△ π) dc + (1-σ)J c Js = - (P△ x) dx v
1996年 开发
超低压RO膜
纳滤膜的发展过程
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二. 纳滤膜的特点
它有两个显著特征：
一个是其截留分子量介于RO和UF之间，为200～2 000； 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+
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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。
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二、NF的传质模型
1、非平衡热力学模型
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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。
空间位阻效应
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4、静电位阻模型
该模型将细孔模型和固定电荷模型结合起来。它假设 膜分离层由孔径均一、表面电荷分布均匀的微孔构成 。它考虑了膜的结构参数对膜分离过程的影响，截留 率由道南效应与筛分效应共同决定。由于道南效应的 影响，物料的荷电性，离子价数，离子浓度，溶液 pH值等对NF膜的分离效率有一定的影响。
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5.5.纳滤膜的特点
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。
H2 H H2 C C C C H O C O N N C OH
O
表层材 料组成
N
N C
Oห้องสมุดไป่ตู้
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5.4 纳滤装置
与RO、UF装置一样，NF膜组件有4种形式： I. 卷式（最常见，主要用于脱盐及超纯水的 制备） II. 中空纤维式（水的软化）
III.板框式（处理粘度较大的料液）
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4
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。
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微滤（MF） 超滤（UF） 纳滤（NF） 反渗透（RO）
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五、NF膜的主要商品
NF膜材料基本上和RO材料相同，主要有纤 维素和聚酰胺两大类。
纤维素类有CA、CTA及CA+CTA复合膜。
聚酰胺类主要是芳香族聚酰胺（PA）。
此外，用于NF膜材料的还有聚砜类[聚砜、 聚醚砜、磺化聚砜、磺化聚醚砜、聚哌嗪酰 胺]、聚酯类。
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5.3纳滤膜的材质/制备方法
NF膜的制备工艺有相转化法、稀溶液涂层法、 界面聚合法、热诱导相转化法、化学改性法、等 离子体聚合法。其中目前用的大多数复合NF膜 是用界面聚合法制备的。 NF膜组件形式与RO类同，有板式、管式、卷式 和中空纤维等结构形式。其中，卷式元件用得最 普遍；在粘度和浓度较高的场合，管式组件较适 合。
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、Donnan平衡模型等。
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唐南平衡( Donnan equilibrium)
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细菌、病毒 悬浮颗粒 蛋白质、酶等 大分子有机物 抗生素、合成药、染料 二价及多价盐、二糖等 单价盐（NaCl、KCl等）
水
膜分离特性示意图
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5.2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。