纳米膜过滤技术

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ﻫNF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。ﻫb．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。

式中的电化学势不同于熟知的化学势,是由于附加zj*f*φ项,该项包括了电场对渗透离子的影响。利用此式,可以推导出体系中的离子分布,以计算出纳滤膜的分离性能。

2.2 纳滤膜的离子选择性：

ａ.对于阴离子,截留率按以下顺序递增：

ｂ.阳离子的截留率递增顺序为：

c.一价离子易透过，高价离子的截留率高

Eg:Na2ＳO4和Na Ｃｌ混合溶液

ｄ.分子量在200~1000之间，分子大小在1nm 以上的分子被截留

--23

-2

4--3CO ，SO ，OH ，Cl ，NO +

+++++222Cu ，Mg ，Ca ，K ，Na ，H

2.3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。

3．纳米滤膜

3.1性质

a．大多数的纳米滤膜是由多层聚合物薄膜组成。活性层通常荷负电化学基团。一般认为纳米滤膜是多孔性的，其平均孔径为２ｎm，通常相对分子质量截留范围为２00~10０0,目前截留相对分子量在1０0～200的纳滤膜已成为研究热点。

b. 纳米滤膜同样要求具有良好的热稳定性、ｐＨ值稳定性和对有机溶剂的稳定性。T≤80℃,ｐＨ=１~１4 。

3.2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。

３.3 纳滤膜组件

ＳｅｌR Ｏ系列纳滤膜包括卷式与管式两种构型的组件。

a ．卷式膜：由于单位体积中拥有较大的膜面积,因而造价较低，但要求通过膜的料液必须经预处理步骤，以避免分离过程中膜间隙内堵塞;

b.管式膜：单位体积中膜面积小、造价高，但料液可不经预处理，直接浓缩，并且不易堵塞,方便清洗。

SelRO 纳滤膜的剖面示意图

A 卷式膜；

B 管式膜

A

B

4.纳滤的应用

母液中有效成分的回收酸碱纯化、回收

乳清脱盐与浓缩超高纯水

印染厂废水脱色行业处理对象行业处理对象

制药工业

抗菌素的分离纯化

维生素的分离纯化

氨基酸的脱盐与纯化

化工行业

电镀液中铜的回收

食品工业

苛性碱回收纯水制备水的脱盐

地下水的净化

染料工业活性染料的脱盐与回收废水处理

造纸厂废水净化1.纳米过滤在抗生素的回收与精制上的应用

抗生素原液含4%生物残渣,不定的盐分,抗生素含量约0.1%~0.２%

两种途径：

✓先萃取,再用ＮＦ膜浓缩——溶剂可循环利用，成本降低８0％;

✓先用NF膜浓缩，再萃取——节省萃取剂，提高回收率；

凯能公司生产的NＦ—１01４S卷式膜（截留分子量Mｗ=２５０)浓缩抗生素6-APA(Ｍw=2１6)，可将含0.37%的6－AP Ａ的发酵液浓缩到５％,该膜对6-APＡ的截留率达95%,对6－A ＰA的回收率约90％,同时将盐分等杂质除去。

2.牛奶及乳清蛋白的浓缩

利用纳滤膜浓缩的牛乳可以制成高级冰激淋。因在一般的浓缩乳中，由于存于其中的盐类也被浓缩，所制成的冰激淋口感不佳,面暖和纳举世瞩目膜浓缩的牛乳,盐类减少，使制成的冰激淋口感嫩滑，同时因为没有被加热,制品的奶味格外浓郁。

乳粉的贮藏过程中,最易发生的是风味变坏，我们把产生各种不良气味的物质称为杂味物质。利用纳滤分离，可以除这些物质。

未经处理的复原脱脂乳中杂味很强,评价较差。使用反渗透浓缩处理的乳,其风味在某种程度上得到改善,但由于盐类和乳糖都被浓缩，咸味与甜味都被增强，使总体评价降低。

而使用纳滤膜，选择适当的浓缩比进行处理，不仅除去了乳中的杂味成分，还使脱脂乳具有盐类平衡的良好风味。(由表２可以看到)