纳滤膜的发展概况

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纳滤膜的发展历程

纳滤膜的发展历程

纳滤膜的发展历程纳滤膜是一种用于分离物质的特殊膜材料。

其发展历程可以追溯到20世纪50年代,经过了数十年的研究与发展,至今已经成为重要的分离与净化技术之一。

最早的纳滤膜是由羊肠制成的。

由于羊肠具有特殊的结构,可以单向通透水分子等小分子,而阻挡其它较大分子的通过。

这种羊肠膜被称为“纳滤膜的鼻祖”。

随着时间的推移,科学家们开始研发出更为高效的纳滤膜材料。

1960年代,发现了聚酰胺纤维膜的纳滤效应。

这种材料具有极小的孔径,能够有效地过滤掉溶解在水中的离子、大分子有机物质等。

聚酰胺纤维膜开创了新的纳滤膜材料时代。

在1970年代,研究人员又发现了新的纳滤膜材料——多孔陶瓷膜。

多孔陶瓷膜的孔径更小,能够通过更加精细的分子筛选,实现更高效的分离与净化。

这种材料使纳滤膜技术得到了进一步的发展。

随着纳滤膜技术的发展,一系列的新型材料被推出。

1980年代,研究人员开发出了中空纤维膜。

中空纤维膜由许多微小的中空纤维组成,能够提供更大的过滤表面积,增加分离效率。

这种膜具有较高的机械强度和稳定性,被广泛应用于饮用水净化、食品加工等领域。

1990年代,随着纳米技术的发展,纳滤膜材料迎来了一次巨大的突破。

研究人员创造性地利用纳米材料制备出新型的纳滤膜。

这些膜具有更加精确的孔径控制,能够有效地过滤微小的颗粒、离子等。

纳米纳滤膜在水处理、药物制造等领域具有广泛的应用前景。

21世纪以来,由于纳滤膜技术的不断发展,新型材料与新的制备技术不断涌现。

如中子纳滤膜、电动纳滤膜等。

这些新型纳滤膜不仅提高了分离效率,同时降低了能耗和成本,为纳滤膜应用开辟了更广阔的前景。

总的来说,纳滤膜的发展经历了从羊肠膜到聚酰胺纤维膜、多孔陶瓷膜、中空纤维膜再到纳米纳滤膜的演进过程。

不断提高的分离效率和经济性使纳滤膜成为了重要的分离与净化技术,在食品、饮用水处理、医药等领域发挥了积极作用。

随着科学技术的进一步进展,相信纳滤膜还有更多的应用与突破等待我们去发现和探索。

纳滤(NF)

纳滤(NF)

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部 分 商 品 化 纳 滤 膜 的 特 性
Nanofiltration membranes
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复合NF膜类型
1、芳香聚酰胺类复合NF膜 如Film Tec(USA) 公司的NF-50、NF-70。
*
H N
H N C
O
O C
n
H N
H N C
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O C *
m
C O
C O OH
Nanofiltration membranes
ห้องสมุดไป่ตู้
用得最多且最有效的制备NF膜的方法
原理就是在微孔基膜上复合上一层具有纳米 级孔径的超薄表层(活性层)。 微孔基膜(多孔支撑体)的制备——烧结法 和L-S相转化法 超薄表层制备及复合
① 涂敷法(较为经典)
② 界面聚合法(最有效,该法所制得的NF膜品种最多、产量 最大)
③ 化学蒸气沉积法(较新的方法)
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。
Nanofiltration membranes
6
唐南平衡( Donnan equilibrium)
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,
Nanofiltration membranes

纳滤膜的发展概况

纳滤膜的发展概况

第四章纳滤第一节概述一、纳滤膜的发展概况纳滤(NF)是20世纪80年代后期发展起来的一种介于反渗透和超滤之间的新型膜分离技术,早期称为“低压反渗透”或“疏松反渗透”。

纳滤技术是为了适应工业软化水的需求及降低成本而发展起来的一种新型的压力驱动膜过程。

纳滤膜的截留分子量在200-2000之间,膜孔径约为1nm左右,适宜分离大小约为l nm的溶解组分,故称为“纳滤”。

纳滤膜分离在常温下进行,无相变,无化学反应,不破坏生物活性,能有效的截留二价及高价离子、分子量高于200的有机小分子,而使大部分一价无机盐透过,可分离同类氨基酸和蛋白质,实现高分于量和低分子量有机物的分离,且成本比传统工艺还要低。

因而被广泛应用于超纯水制备、食品、化工、医药、生化、环保、冶金等领域的各种浓缩和分离过程。

近年来,纳滤膜的研究与发展非常迅猛。

从美国专利看:最早有关纳滤技术的专利出现于20世纪80年代末,到1990年,只有9项专利,而在以后的5年中(1991~1995),出现了69项专利,到目前为止,有关纳滤膜及其应用的专利已超过330项,其应用涉及石油化工、海洋化工、水处理、生物、生化、制药、制糖、食品、环保、冶金等众多领域。

我国从20世纪80年代后期就开始了纳滤膜的研制,在实验室中相继开发了CA-CTA纳滤膜,S-PES涂层纳滤膜和芳香聚酰胺复合纳滤膜,并对其性能的表征及污染机理等方面进行了试验研究,取得了一些初步的成果。

但与国外相比,我国纳滤膜的研制技术和应用开发都还处于起步阶段。

二、纳滤膜的特点由于纳滤膜特殊的孔径范围和制备时的特殊处理(如复合化、荷电化),使其具有较特殊的分离性能。

纳滤膜的一个很大特征是膜表面或膜中存在带电基团,因此纳滤膜分离具有两个特性,即筛分效应和电荷效应。

分子量大于膜的截留分子量的物质,将被膜截留,反之则透过,这就是膜的筛分效应;膜的电荷效应又称为Donnan效应,是指离子与膜所带电荷的静电相互作用。

中国纳滤膜产业发展态势及市场发展策略报告

中国纳滤膜产业发展态势及市场发展策略报告

我国纳滤膜产业发展态势及市场发展策略报告一、我国纳滤膜产业发展态势1. 纳滤膜概述纳滤膜是一种具有微孔结构的过滤膜,可以有效地去除水中的微生物、有机物质和颗粒物,被广泛应用于水处理、废水处理、饮用水生产等领域。

随着我国工业化和城市化的不断推进,对水资源的需求越来越大,纳滤膜产业迎来了快速发展的机遇。

2. 产业发展现状目前,我国的纳滤膜产业已经初具规模,并在技术、设备、材料等方面取得了一定的突破和进展。

一批科技型企业涌现,推动了整个行业的发展。

在国家政策的支持下,纳滤膜产业已经成为了我国水处理领域的重要组成部分。

3. 市场需求分析随着人们对饮用水和工业用水质量要求的提高,纳滤膜市场需求不断增加。

在城市化进程加快的工业废水处理市场也呈现出快速增长的态势。

我国的工业用水和废水处理市场潜力巨大,为纳滤膜产业的发展提供了广阔的空间。

二、市场发展策略报告1. 技术创新要想在激烈的市场竞争中立于不败之地,纳滤膜企业必须不断进行技术创新,提高产品的性能和稳定性。

通过加大在材料、工艺等方面的研发投入,不断提升产品的品质和竞争力。

2. 产品结构调整随着市场需求的不断变化,纳滤膜企业需要不断调整产品结构,加大对高端产品的研发和生产,提高产品附加值和市场竞争力。

也要注重低成本、高效益产品的开发,满足不同层次客户的需求。

3. 市场拓展除了在国内市场的开拓,纳滤膜企业还应该积极拓展国际市场。

随着“”倡议的推进,我国在亚洲、非洲等地区有着巨大的市场潜力,纳滤膜企业应该抓住机遇,加大国际市场的开发力度。

4. 产业合作在产业链上下游进行合作,实现资源共享,降低生产成本,提高整体竞争力。

也可以通过与科研院所和高校合作,促进技术创新,提高企业核心竞争力。

三、个人观点与理解在我看来,我国纳滤膜产业有着广阔的发展前景。

当前环境下需水量不断增加,水资源保护和管理成为了亟待解决的问题,纳滤膜作为一种高效的水处理技术,具有巨大的市场需求。

随着技术的不断进步和市场的不断扩大,我对我国纳滤膜产业的未来充满信心。

纳滤膜技术的进展和应用前景

纳滤膜技术的进展和应用前景

纳滤膜技术的进展和应用前景随着人们对水质要求的不断提高,水处理技术也在不断创新发展。

其中,纳滤膜技术是近年来备受关注的一种水处理技术。

该技术可将水中的悬浮固体、胶体、有机物和微生物等物质过滤出来,以达到净化水质的目的。

本文将围绕纳滤膜技术的进展和应用前景,从以下几个方面进行探讨。

一、技术原理纳滤膜技术是一种通过膜分离的水处理技术。

与传统的微滤、超滤和反渗透等技术相比,纳滤膜的膜孔直径更小,一般在1-100纳米之间,可将水中的颗粒等极小物质完全过滤掉。

其过滤机理主要是利用膜多孔性和截留效应来实现对水中物质的筛选和过滤。

同时,也可以通过改变膜孔的大小和形状,来使膜对不同物质呈现出不同的过滤和截留效果。

二、技术进展在纳滤膜技术的研发和应用过程中,科研人员们通过改进材料制备工艺、优化膜孔的精度和形状,并加强制程监测等手段,进一步提高了纳滤膜的过滤效率和使用寿命,并实现了对水质的更细化处理。

1.纳滤膜材料的发展纳滤膜材料的种类和性能对技术的发展起到了至关重要的作用。

近年来,随着高分子材料的不断改进和应用,以及无机材料的开发和应用,纳滤膜的材料种类和性能不断得到提升和改进。

例如,聚砜、聚脲、聚吡咯、聚乙烯醇、卟啉等材料的应用,使得纳滤膜的选择性、通透性和抗污染性能得到了显著提高。

2.纳滤膜的稳定性和抗污染性研究纳滤膜的稳定性和抗污染性决定了其在实际应用中的使用寿命和效果。

因此,在纳滤膜的研发和应用过程中,对其稳定性和抗污染性的研究和优化也一直是科研人员们的研究重点。

目前,研究者通过改进膜结构,增强膜材料的特性以及引入类固醇、聚合物和酸等物质,提高了膜的稳定性和抗污染性。

3.纳滤膜组装和工艺在纳滤膜应用中,纳滤膜的组装和工艺也直接影响着纳滤膜的使用效果和寿命。

因此,科研人员们一直在探索并改进纳滤膜的组装和工艺,以提高其性能和使用寿命。

目前,纳滤膜的制备工艺也在不断改进,包括离子交换法、表面聚合法、自组装法和化学还原法等。

2023年纳滤膜行业市场调查报告

2023年纳滤膜行业市场调查报告

2023年纳滤膜行业市场调查报告纳滤膜是一种具有微孔结构的膜材料,用于过滤和分离各种物质,广泛应用于水处理、食品与饮料、生物工程、制药、化工等行业。

随着环境保护和水资源短缺问题的加剧,纳滤膜行业市场需求逐渐增加。

目前,全球纳滤膜行业市场规模已超过10亿美元,并且呈现出稳定增长的趋势。

2019年,全球纳滤膜市场规模为13.5亿美元,预计到2026年将达到25.4亿美元,年复合增长率约为8.2%。

其中,亚太地区在全球纳滤膜市场中占据重要地位,市场规模最大,北美和欧洲市场紧随其后。

纳滤膜行业市场需求的增长主要受到以下几个方面的影响:1. 水处理需求增加:随着全球水资源短缺问题的爆发,水处理市场需求不断增加。

纳滤膜能够高效过滤和分离水中的微小颗粒和污染物,提高水的质量,因此在水处理行业中应用广泛。

2. 食品与饮料行业的发展:随着人们对食品安全和质量的要求越来越高,食品与饮料行业对纳滤膜的需求也在增加。

纳滤膜可以用于饮料的澄清、酒的脱色、食品的浓缩和分离等。

3. 生物工程和制药行业的发展:生物工程和制药行业对纳滤膜的需求主要用于分离和纯化生物制品,如蛋白质、抗体、疫苗等。

随着生物医药技术的快速发展和制药工业的不断扩大,对纳滤膜的市场需求也在增加。

4. 化工行业的应用:纳滤膜在化工行业中的应用越来越广泛,可以用于溶剂和溶质的分离、固态材料的纯化等。

随着化工行业的发展和技术的不断创新,对纳滤膜的市场需求也在不断增加。

总而言之,纳滤膜行业是一个具有广阔市场前景的行业。

随着人们对环境保护和水资源利用的重视程度不断提高,纳滤膜的市场需求会继续增加。

同时,随着科技的不断进步和工艺的不断改进,纳滤膜的性能也会不断提升,进一步推动市场的发展。

然而,纳滤膜行业市场竞争激烈,企业需要不断创新和提高产品质量,才能在市场中立于不败之地。

2024年纳滤膜分离装置市场环境分析

2024年纳滤膜分离装置市场环境分析

2024年纳滤膜分离装置市场环境分析1. 市场概述纳滤膜分离装置是一种用于分离液体和溶解固体的技术,它通过纳滤膜的孔径选择性分离不同大小的颗粒。

纳滤膜分离装置在水处理、食品与饮料工业、制药业、生物技术等领域中广泛应用。

本文将对纳滤膜分离装置市场环境进行深入分析。

2. 市场规模纳滤膜分离装置市场正处于快速增长阶段。

根据市场调研数据,2019年全球纳滤膜分离装置市场规模达到XX亿美元,并预计未来几年将保持稳定增长。

亚太地区是纳滤膜分离装置市场的主要消费地区,占据了市场份额的XX%。

3. 市场驱动因素3.1 水处理行业的增长随着全球人口的增加和水资源的短缺,水处理行业对纳滤膜分离装置的需求不断增加。

纳滤膜分离装置可以有效去除水中的悬浮颗粒、胶体物质和微生物等,提高水质标准,满足人们对清洁饮用水的需求。

3.2 食品与饮料工业的发展随着人们对食品安全的关注度增加,食品与饮料工业对纳滤膜分离装置的需求也在不断增长。

纳滤膜分离装置可以有效去除食品与饮料中的杂质和微生物,提高产品质量,延长保质期。

3.3 制药业与生物技术的推动制药业和生物技术行业对纳滤膜分离装置的需求主要来自于药物提取、废水处理和生物制品的生产等领域。

纳滤膜分离装置可以在生物领域中实现高效分离和浓缩,提高工艺效率。

4. 市场竞争情况纳滤膜分离装置市场竞争激烈,主要厂商有Pall Corporation、Sartorius、GE等知名企业。

这些厂商通过不断创新和技术研发保持市场竞争力。

此外,市场还存在一些中小型企业,它们提供更加专业化和个性化的纳滤膜分离装置,满足特定行业的需求。

5. 市场前景纳滤膜分离装置市场前景广阔。

随着水处理行业、食品与饮料工业、制药业和生物技术的快速发展,对纳滤膜分离装置的需求将持续增长。

另外,新兴行业如污水处理、环境保护等也将成为纳滤膜分离装置市场的新的增长点。

预计在未来几年内,纳滤膜分离装置市场将继续保持稳定增长。

6. 结论2024年纳滤膜分离装置市场环境分析显示,市场规模庞大且持续增长。

2024年纳滤膜市场分析现状

2024年纳滤膜市场分析现状

2024年纳滤膜市场分析现状引言纳滤膜是一种重要的膜分离技术,在液体处理、水处理、食品饮料等领域有着广泛的应用。

本文旨在分析纳滤膜市场的现状,包括市场规模、市场趋势、主要应用领域等,以便为相关企业及投资者提供参考。

市场规模纳滤膜市场在过去几年呈现稳步增长的趋势,预计未来几年仍将保持较高的增长率。

根据市场分析数据,纳滤膜市场规模在2019年达到X亿美元,预计到2025年将达到X亿美元,年平均增长率为X%。

市场规模的快速增长主要得益于纳滤膜在水处理和生物医药领域的广泛应用。

市场趋势技术创新推动市场发展纳滤膜技术的不断创新推动了市场的发展。

新型纳滤膜材料的研发,如陶瓷纳滤膜、有机纳滤膜等,使纳滤膜在各个应用领域具有更广泛的适用性。

此外,纳滤膜设备的智能化和自动化程度的提高也带动了市场的增长。

水处理领域是主要应用领域水处理领域是纳滤膜的主要应用领域之一。

纳滤膜可以有效地去除水中的微生物、颗粒物和溶解性物质,被广泛应用于饮用水、工业用水等领域。

近年来,随着环境污染和水资源紧张问题的日益严重,纳滤膜在水处理领域的需求不断增加。

生物医药领域有潜力生物医药领域也是纳滤膜的重要应用领域之一。

纳滤膜可以用于生物医药领域中的细胞培养、分离纯化等过程,具有高效、可控、可重复利用等优势。

随着生物医药产业的迅速发展,纳滤膜在该领域的应用潜力将进一步释放。

市场竞争格局纳滤膜市场竞争格局较为激烈,主要厂商包括陶氏化学公司、基督教汉高公司、索莱思公司等。

这些厂商凭借着技术优势、产品品质和客户服务能力等方面的优势占据着市场的一定份额。

此外,新兴的纳滤膜企业也在市场中崭露头角,增加了市场的竞争度。

市场挑战与机遇市场挑战纳滤膜市场面临着一些挑战。

首先,纳滤膜的制造成本相对较高,限制了其在某些应用领域的推广应用。

其次,纳滤膜的污染与阻塞问题也是市场发展的不利因素。

此外,市场竞争激烈,企业需要不断提高产品品质和服务水平,以保持竞争力。

市场机遇纳滤膜市场也面临着一些机遇。

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纳滤膜的发展概况————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期:第四章纳滤第一节概述一、纳滤膜的发展概况纳滤(NF)是20世纪80年代后期发展起来的一种介于反渗透和超滤之间的新型膜分离技术,早期称为“低压反渗透”或“疏松反渗透”。

纳滤技术是为了适应工业软化水的需求及降低成本而发展起来的一种新型的压力驱动膜过程。

纳滤膜的截留分子量在200-2000之间,膜孔径约为1nm左右,适宜分离大小约为lnm的溶解组分,故称为“纳滤”。

纳滤膜分离在常温下进行,无相变,无化学反应,不破坏生物活性,能有效的截留二价及高价离子、分子量高于200的有机小分子,而使大部分一价无机盐透过,可分离同类氨基酸和蛋白质,实现高分于量和低分子量有机物的分离,且成本比传统工艺还要低。

因而被广泛应用于超纯水制备、食品、化工、医药、生化、环保、冶金等领域的各种浓缩和分离过程。

近年来,纳滤膜的研究与发展非常迅猛。

从美国专利看:最早有关纳滤技术的专利出现于20世纪80年代末,到1990年,只有9项专利,而在以后的5年中(1991~1995),出现了69项专利,到目前为止,有关纳滤膜及其应用的专利已超过330项,其应用涉及石油化工、海洋化工、水处理、生物、生化、制药、制糖、食品、环保、冶金等众多领域。

我国从20世纪80年代后期就开始了纳滤膜的研制,在实验室中相继开发了CA-CTA纳滤膜,S-PES涂层纳滤膜和芳香聚酰胺复合纳滤膜,并对其性能的表征及污染机理等方面进行了试验研究,取得了一些初步的成果。

但与国外相比,我国纳滤膜的研制技术和应用开发都还处于起步阶段。

二、纳滤膜的特点由于纳滤膜特殊的孔径范围和制备时的特殊处理(如复合化、荷电化),使其具有较特殊的分离性能。

纳滤膜的一个很大特征是膜表面或膜中存在带电基团,因此纳滤膜分离具有两个特性,即筛分效应和电荷效应。

分子量大于膜的截留分子量的物质,将被膜截留,反之则透过,这就是膜的筛分效应;膜的电荷效应又称为Donnan效应,是指离子与膜所带电荷的静电相互作用。

对不带电荷的分子的过滤主要是靠位阻效应即筛分效应,利用筛分效应可以将不同分子量的物质分离;而对带有电荷的物质的过滤主要是靠荷电效应,纳滤膜表面分离层可以由聚电解质构成,膜表面带有一定的电荷,大多数纳滤膜的表面带有负电荷,它们通过静电相互作用,阻碍多价离子的渗透,这是纳滤膜在较低压力下仍具有较高脱盐性能的重要原因。

图4-1纳滤膜的分离特性纳滤膜的特点如下:1.对不同价态的离子截留效果不同,对二价和高价离子的截留率明显高于单价离子。

对阴离子的截留率按下列顺序递增:NO3-,Cl-,OH-,SO42-,CO32-;对阳离子的截留率按下列顺序递增:H+,Na+,K+,Mg2+,Ca2+,Cu2+。

2.对离子截留受离子半径的影响。

在分离同种离子时,离子价数相等,离子半径越小,膜对该离子的截留率越小;离子价数越大,膜对该离子的截留率越高。

3.截留分子量在200~1000之间,适用于分子大小为1nm的溶解组分的分离。

对疏水型胶体油、蛋白质和其它有机物具有较强的抗污染性,与反渗透膜相比,纳滤膜具有操作压力低、水通量大的特点;与微滤膜相比,纳滤膜又具有截留低分子量物质能力强的特点,对许多中等分子量的溶质,如消毒副产物的前驱物、农药等微量有机物、致突变物等杂质能有效去除,从而确立了纳滤在水处理中的地位。

纳滤技术填补了超滤和反渗透之间的空白,它能截留透过超滤膜的小分子量有机物,透过被反渗透膜所截留的无机盐。

纳滤与电渗析、离子交换和传统热蒸发技术相比,它可以同时脱盐兼浓缩,在有机物与无机物混合液的浓缩与分离方面具有无可比拟的优点。

第二节纳滤膜的传质机理及模型一、纳滤膜的传质机理纳滤与超滤、反渗透一样,均是以压力差为驱动力的膜过程,但其传质机理有所不同。

一般认为,超滤膜由于孔径较大,传质过程主要为孔流形式(筛分效应);反渗透膜属于无孔膜,其传质过程为溶解-扩散过程(静电效应);纳滤膜存在纳米级微孔,且大部分荷负电,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。

Van der Bruggen等在4种纳滤膜上研究了25种有机物的分子大小、极性及电荷对截留的影响,发现截留率会由于分子的化学结构和电荷、极性等特性的不同而异,表观截留率与表示分子尺寸的3种参数(Stokes直径、当量摩尔直径和计算分子直径)之间有良好的相关性,因此,可以用截留率与尺寸参数的曲线关系代替截留分子量来描述膜的分离特性。

实验结果发现,纳滤膜对高偶极矩的分子的截留率高于无极性的分子,这种独立的膜电荷效应可解释为静电作用而使偶极朝向膜。

有机分子的截留行为将受电荷的影响,且不同孔隙有很大差异:小孔隙的膜受电荷影响小,当孔隙变大后,这种效应的影响作用变得明显,当孔隙非常大时,电荷效应成了高电荷膜截留率的决定因素。

Wijmans认为,当膜孔径很小时,其传质机理为孔流机理和溶解-扩散之间的过渡态。

这是因为,存在于溶解-扩散膜中的传质通道是随着构成膜的高分子链间的自由体积的出现而出现的,渗透物通过由此产生的通道而扩散透过膜;在孔流膜中,“自由体积”形成的孔相对固定,位置和通道的大小都不会有大的波动.所以“自由体积”越大(即孔越大),孔持续的时间越长,膜的性质表现为孔流的特性。

传质通道的位置和大小不会发生改变的孔称为永久“孔”,相反膜中的传质通道为非固定的称为暂时孔。

超滤膜中的“孔”是永久性的,而反渗透中的“孔”是暂时性的。

初步估计,永久孔与短暂存在孔的过渡态的孔径为0.5-10 nm,也就是纳滤膜的孔径范围。

对于纯电解质溶液,因唐南平衡,同性离子会被带电的膜活性层所排斥,如果同性离子为多价,截留率会更高。

同时为了保持电荷平衡,反离子也会被截留,导致电迁移流动与对流方向相反。

但是,带多价反离子的共离子较带单价反离子的共离子的截留率要低,这可能是多价反离子对膜电荷的吸附和屏蔽作用所致。

对于两种同性离子混合物溶液,根据唐南理论,与它们各自的单纯盐溶液相比,多价共离子比单价共离子更容易被截留。

两种共离子的混合液,由于它们迁移率的不同,使低迁移率的反离子的截留逐渐减少,而高迁移的反离子的浓度增加,造成电流和电迁移的“抵消”。

纳滤膜对极性小分子有机物的选择性截留是基于溶质的尺寸和电荷。

溶质的传递可以理解为以下两步:第一步,根据离子所带电荷选择性地吸附在膜的表面;第二步,在扩散、对流、电泳移动性的共同作用下传递通过膜。

Martin-OrueC等对氨基酸和多胺的纳滤机理进行研究认为:不论是哪种溶液,在溶质的传递行为中,其电荷效应(即与膜电荷相同的离子同膜的排斥或与膜电荷相反的离子同膜的吸引)比尺寸效应更占优势。

中性氨基酸也可以被看作是带一个正电荷和一个负电荷的氨基酸,每种氨基酸的传递是同其正负电荷的数目而不是同球体静电荷相关。

这些确立了由对流-吸引和排斥以及对流-电迁移而形成溶质通过膜的流动,导致了溶质的传递。

二、纳滤膜的传质模型1.非平衡热力学模型纳滤膜分离过程也是以压力差为驱动力,产生溶质和溶剂的透过通量,其通量可以由非平衡热力学模型建立的现象论方程式来表征。

如膜的溶剂透过通量Jv(m/s)和溶质透过通量Js(mol/m2•s)可以分别用下列方程式表示:Jv =L p (ΔP -бΔЛ) 4-1 Js =-(P Δx)dxdc+(1-б)Jv C 4-2 式中,б为膜的反射系数、P 为溶质透过系数(m/s)、LP 为纯水透过系数(m/s•Pa),它们均为膜的特征参数;ΔP 为膜两侧的操作压力差(P a),ΔЛ为膜两侧的溶质渗透压力差(P a);Δx为膜厚、c为膜内溶质浓度。

将上述微分方程沿膜厚方向积分可以得到膜的截留率R :Cm Cp R -=1=)F -(1F)-(1σσ 4-3 式中,F=ex p[-Jv(1-б)/P];Cm 和Cp 分别为料液侧膜面和透过液的浓度(m ol/L)。

由4-3式可知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。

膜特征参数可以通过实验数据进行关联而求得。

2. 电荷模型电荷模型又可分为空间电荷模型和固定电荷模型。

固定电荷模型假设膜是均质无孔的,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能在传质方向具有一定的梯度,该模型的数学分析简单。

空间电荷模型假设膜为有孔膜,是由贯穿性的毛细管通道组成,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。

比较上述两种模型,空间电荷模型认为离子浓度和电势能在径向的分布是不均匀的,而固定电荷模型认为它们是一致的,因此可以说固定电荷模型是空间电荷模型的简单化形式。

Wan g等的研究表明,与空间电荷模型相比,用固定电荷模型所预测的截留率的数值要大,这可能是在空间电荷模型中,积累在荷电毛细管壁附近的反电荷离子屏蔽了电热能,使得电荷离子更加容易进入毛细管通道。

3. 细孔模型Wa ng等根据浓差极化模型和非平衡热力学模型,对不同品牌的纳滤膜在醇类和糖类等中性溶质体系的透过实验数据进行回归计算,求得膜的特征参数(即膜的反射系数和溶质透过系数),再由这些膜特征参数的实验结果,根据细孔模型估算了纳滤膜的细孔结构参数,结果表明,细孔模型适用于纳滤膜的结构评价。

4. 静电位阻模型Wang 等又将细孔模型和固定电荷模型结合起来,建立了静电位阻模型。

该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γp ,开孔率Αk ,孔道长度即膜分离层厚度Δx ,电荷特性则表示为膜的体积电荷密度x (或膜的孔壁表面电荷密度q)。

根据上述膜的结构参数和电荷特性参数,对于已知的分离体系,就可以预测各种溶质(中性分子、离子)通过膜的传递分离特性。

第三节 纳滤膜的制备方法纳滤膜的表层较反渗透膜疏松得多,较超滤膜的表层又要致密得多。

因此,纳滤膜制膜关键是合理调节表层的疏松程度,以形成大量具有纳米级(10-9m)的表层孔。

目前,主要有以下四种制备方法。

一、转化法转化法又分为超滤膜转化法和反渗透膜转化法两种。

1. 超滤膜转化法纳滤膜的表层较超滤膜致密,故可以调节制膜工艺条件先制得较小孔径的超滤膜,然后对该膜进行热处理、荷电化后处理使膜表面致密化,而得到具有纳米级表层孔的纳滤膜。

利用此法,高田耕一等人先制得小孔径的聚β-氯苯乙炔(P PCA )超滤膜,再对该膜热处理,最后用发烟硫酸磺化,制得PPCA 纳滤膜。

该膜在0.4M Pa 压力下,对聚乙烯醇-1000的截留率高达94%,水通量为1.3m 3/(m 2·d)。

2. 反渗透膜转化法纳滤膜的表层较反渗透膜疏松,可以在充分研究反渗透膜制膜工艺条件的基础上,调整合适的有利于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纳滤膜。

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