我国纳滤膜研制及应用技术进展

我国纳滤膜研制及应用技术进展

发表时间：2009-05-25T12:59:11.140Z 来源：《中小企业管理与科技》2009年4月上旬刊供稿作者：刘映

[导读] 近年来，纳滤技术已经成为膜分离领域的研究热点，并在制药、生物化工、食品、水处理等诸多领域广泛应用。

摘要：纳滤膜出现在上世纪八十年代，1993年，高从堦院士在国内首次提出纳滤膜概念[1]，近年来，纳滤技术已经成为膜分离领域的研究热点，并在制药、生物化工、食品、水处理等诸多领域广泛应用。

关键词：纳滤膜膜技术水处理

0 引言

纳滤技术介于超滤和反渗透之间的一种膜分离技术, 其截留分子量在200～1000范围，孔径为几纳米，其分离对象的粒径为约1nm。纳滤膜有着很多显著的优点，例如操作压力低，通量高，对离子形式的盐和一些有机分子的高效去除能力，而设备投资和运行保养的费用却很低。正是因为这些优点，纳滤技术在世界范围内的各个领域被越来越多的应用。纳滤膜出现在上世纪八十年代，1993年，高从堦院士在国内首次提出纳滤膜概念[1]，近年来，纳滤技术已经成为膜分离领域的研究热点，并在制药、生物化工、食品、水处理等诸多领域广泛应用。

1 纳滤膜的研制

1.1 醋酸纤维素类纳滤膜周金盛等人[2]应用相转化法制备了醋酸纤维素(CA)-三醋酸纤维素(CTA)不对称纳滤膜。针对CA/CTA比，混合溶剂比例，添加剂和制膜条件等因素对膜性能的影响进行了研究。所制得的膜在操作压力1MPa和进水温度5～25℃条件下，对1000mg/L的NaCl水溶液脱盐率达到了15～60%，而对1000mg/Na2SO4水溶液脱盐率为85～98%。刘玉荣等人[3]对醋酸纤维纳滤膜连续成膜工艺进行了研究，确定了连续制备醋酸纤维纳滤膜的工艺条件。在机制膜制备中，材料的毛疵点可能导致膜面的疵点和缺陷。而材料表面的微细的软毛，则有利于铸膜液与增强材料的结合，使膜不宜从增强材料上剥离。醋酸纤维类纳滤膜是早期在膜市场投入生产的产品，但使纳滤膜大量应用于生产实践当中并迅速发展的，是复合型纳滤膜的出现。

1.2 复合纳滤膜 1993年，高从堦在国内首先采用界面缩聚法制备芳香族聚酰胺复合纳滤膜(PA类纳滤膜)的是，并指出该膜对MgSO4的脱盐率优于NaCl，可用于水质的软化。岑美柱和章勤等人[4]采用高取代度氰乙基纤维素与二醋酸纤维素共混为膜材料，丙酮、二氧六环混合溶剂，以有机醇为主、加入适量其他添加剂为致孔剂，通过冰水凝胶浴干湿法纺丝，制得性能良好的中空纤维纳滤膜，该膜在给水质量浓度1800mg/L、操作压力为0.6MPa、水温25℃条件下，对二价盐CaCl2、一价盐NaCl的水溶液的脱盐率分别大于90%和小于60%，水通量均大于3.5mL/(cm2·h)。于品早[5]以聚偏氟乙酸（PVDF）为第二组分聚合物与三醋酸纤维素（CTA）共混，通过冻胶法纺丝工艺制备成中空纤维纳滤膜。研究了固含量，纺丝工艺和后处理条件对膜性能的影响，并测试了不同操作条件下的模性能，取得了满意的结果。

1.3 荷电纳滤膜

1.3.1 荷负电纳滤膜鲁学仁[6]以丙烯酸-丙烯腈共聚物为荷电材料，以聚砜酰胺(PSA)为基膜研制了荷负电的纳滤膜。对共聚物的合成，荷电剂浓度，反应温度和反应时间等制膜条件进行了系统试验。同时还研究了荷电膜离子交换容量与膜性能的关系。制得的膜在0.6MPa下，对自来水脱盐率为40～50%，水通量为5～10mL/(cm 2·h)，IEC为6.0×10-4～8.0×10-4meq/cm2。

苗晶等人[7]采用均相合成的方法制备了一种典型的两性聚电解质-壳聚糖硫酸酯(SCS)。以SCS的水溶液为复合纳滤膜活性层铸膜液，戊二醛为交联剂，聚砜超滤膜为基膜，采用涂敷与交联的方法制备了壳聚糖硫酸酯/聚砜(SCS/PSF)复合纳滤膜，采用环境扫描电镜(ESEM)对其表面和断面结构进行了表征，并研究了活性层铸膜液的组成及制备条件对复合膜截留性能的影响。所制得的复合NF膜在13~15℃、

0.30MPa下，对1000mg·L-1Na2SO4和NaCl溶液的截留率分别为91.2%、48.5%，通量分别为3.2、6.7kg·m-2·h-1。SCS/PSF系列复合膜对无机盐的截留顺序为：Na2SO4>NaCl> MgSO4>MgCl2。实验结果表明SCS/PSF复合膜表面活性层因吸附电解质溶液中的阴离子而荷负电，并由此决定其对无机盐的截留性能。

1.3.2 荷正电纳滤膜杨艳红和方文骥[8]以聚乙烯亚胺(PEI)和均苯三甲酰氯(TMC)为反应单体，采用界面聚合法制备了一种荷正电纳滤膜。通过均匀实验设计，得出的优化条件为：PEI浓度为1.75%，十二烷基硫酸钠(SDS)浓度为0.1%，酸接受剂(Na2CO3：NaOH=2∶1)浓度为0.3%(均为质量浓度)，界面聚合反应时间(IPT)为2min，膜对一价盐的截留率均在30%左右，对二价盐的截留率接近70%，对低分子有机染料的截留率达90%以上。

2 水处理当中的应用

2.1 自来水深度处理崔崇威等人[9]依据大庆水源水质特点确定优质桶装水的生产工艺为:自来水—多介质过滤—臭氧化—生物活性碳过滤—精密过滤—纳滤—臭氧紫外双重消毒—自动化灌装。纳滤浓水水质分析表明优于原水，提出将其回用于工艺中，结果表明:纳滤浓水的回用可以使桶装饮用水保留一部分人体所需的矿物质，同时提高水的硬度，达到优质桶装水的要求。组合工艺对有机污染物去除效率较高，出水高锰酸盐指数小于110mg/L，效果稳定。纳滤膜操作压力低，可使原水部分脱盐，阴离子截留率按NO3-、Cl-、F-、SO42-顺序递增；尤其对该地区水中含量较高的F-有良好的去除效果；阳离子截留率按Na+、K+、Mg2+、Ca2+顺序递增，对高价离子的去除率大于其对一价离子的去除率，对水中无机和有机污染物都具有独特的分离特性。

朱安娜等人[10]针对磁场应用于自来水纳滤软化过程的初步研究表明:与同样条件下的对照实验相比，磁场的存在可以减缓纳滤膜通量衰减的速度。对膜面结垢的电镜分析发现，磁场引入纳滤膜过程可导致膜面结晶形态的改变。不加磁场的纳滤过程中，膜面上主要生成颗粒状的方解石；加磁场的纳滤过程中，膜面上针形文石的含量增高，且大多形成团簇结构。纳滤膜面上针形导磁极后在膜面上以S-N的结合次序形成链状结晶。

2.2 地表水处理地表水的成分与其中的化学物质往往随着季节的变化或是雨后地表冲积物而变化，虽然在处理地表水的过程中我们主要去除的是有机物而不是硬度，纳滤膜仍然是很可靠的选择之一。李灵芝和王占生[11]以分别以太湖水和淮河水为水源的两地水厂出厂水为研究对象，研究纳滤膜组合工艺对饮用水中可同化有机碳和致突变物的去除效果。研究表明，纳滤膜对可同化有机碳的去除率为80%，能确保饮用水的生物稳定性，对致突变物的去除率大于90%，使Ames实验结果由阳性转为阴性，对两地不同原水均能生产出安全优质的饮用水。

2.3 废水处理纳滤技术作为一种高效经济的处理手段，已经被应用于很多废水处理工艺当中。王昕彤和孙余凭[12]采用TFC-S型纳滤膜对含镍废水进行回收处理。在试验中研究了试验温度、操作压力、进料流率和溶液中Ni2+的质量浓度对Ni2+的质量截留率和透过流率的影响。