纳滤膜的离子选择性研究
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。
纳滤是一种介于超滤和反渗透之间的一种膜分离技术
纳滤膜分离机理、应用及发展趋势摘要：综述了纳滤膜的分离机理及其应用研究现状和进展。
纳滤膜分离过程是一个不可逆过程,其分离机理可以运用电荷模型和细孔模型,以及近年才提出的静电排斥和立体阻碍模型等来描述。
纳滤膜应用研究现状的介绍。
关键词：纳滤；分离机理；应用；发展1 纳滤膜的概述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200～1000范围，孔径约为几纳米，分离对象的粒径约为1 nm。
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。
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。
纳滤膜的孔径在纳米级内，其中有些膜对不同价阴离子的Donnan电位有较大差别，其中截留分子量为数百级，对不同价的阴离子有显著的截留差异，可以让进料中部分或绝大部分无机盐通过，并且操作压力低，透过通量较大。
这些特点使纳滤在水的软化、有机低分子的分级、有机物的除盐净化等方面，有独特的优点和明显的节能效果。
2 纳滤膜的分离机理2.1 纳滤膜过程的不可逆过程分析纳滤膜分离过程与微滤、超滤、反渗透等膜分离过程一样,是一个不可逆过程,膜内传递现象通常用非平衡热力学模型[1]来表征。
该模型把膜当作一个“黑匣子”,以压力差为驱动力,产生流体及离子流动。
推动力和流动之间的关系可用现象论方程式表示,方程式中的系数被称之为膜的特征参数,包括膜的反射系数、溶质透过系数及纯水透过系数等。
其中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。
2.2 电荷模型电荷模型又可根据对膜内电荷及电势分布情形的不同假设分为空间电荷模型(the Space Charge Model)[1~4]和固定电荷模型(the Fixed-Charge Model)[1,5,6]。
空间电荷模型最早由Osterle等提出,假设膜由孔径均一而且其壁面上电荷均匀分布的微孔组成,微孔内的离子浓度和电场电势分布、离子传递和流体流动分别由Poisson-Boltzmann方程、Nernst-Planck方程和Navier-Stokes方程等来描述。
纳滤离子筛分-概述说明以及解释
纳滤离子筛分-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述纳滤离子筛分是一种新型的分离和过滤技术，结合了纳滤技术和离子筛原理，广泛应用于各个领域。
纳滤技术是一种通过膜过滤的方式实现微物质的分离和浓缩的方法，而离子筛原理则是利用离子交换作用实现物质分离的方法。
纳滤离子筛分技术的应用范围广泛，包括水处理、化工、生物医药等领域。
纳滤离子筛分的目的是通过选择性筛选，实现对目标物质或污染物的分离和浓缩，从而达到提纯和净化的效果。
与传统的分离方法相比，纳滤离子筛分具有高效、便捷、节能等优势。
它可以有效地去除溶解在溶液中的无机离子、有机物、细菌等微小颗粒，提高物质的纯度和品质。
本文将首先介绍纳滤技术的基本原理和常用的膜材料，然后详细解析离子筛原理以及其在纳滤离子筛分中的应用。
接着，我们将通过实例和案例分析，展示纳滤离子筛分在不同领域的应用效果和优势。
最后，我们将总结纳滤离子筛分的优势并展望其未来的发展潜力。
通过深入了解纳滤离子筛分的原理和应用，我们将能够更好地掌握这一新型分离技术的优势和适用范围，并为相关领域的研究和工程实践提供参考和指导。
纳滤离子筛分的广泛应用将为我们的社会和生活带来更多的便利和效益。
在未来的研究中，我们相信纳滤离子筛分技术将会得到进一步的发展和完善，为各个领域的发展做出更大的贡献。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以按照以下方式编写：文章结构为了系统地介绍纳滤离子筛分技术，本文将分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分首先对纳滤离子筛分进行概述，介绍该技术的基本原理和应用领域。
随后，文章将给出本文的结构和各个部分的内容概述，以帮助读者更好地理解全文。
正文部分将详细介绍纳滤技术和离子筛原理。
在2.1小节中，会对纳滤技术进行介绍，包括其定义、工作原理和常见应用。
2.2小节将深入探讨离子筛原理，包括其基本原理、结构和分类等方面的内容。
最后，2.3小节将探讨纳滤离子筛分技术在不同领域中的应用情况，包括环境保护、食品加工等方面。
纳滤膜去除饮用水中无机离子的中试研究
65.9%, 与其标准脱盐率基本一致 。
2.4 纳滤膜对碱度的去除效果
碱度是综合性指标 , 常用于评价水体的缓冲能
力及金属在其中的溶解性和毒性 。研究适宜的碱度是
十分必要的 。 笔者采用的两组纳滤膜在 0.7/70% 工况下对碱度 (以碳酸钙计 )的去除效果见图 4。
TDS:便携式 TDS仪 ;氯化物 :硝酸盐滴定法 ;氟 化物 :离子选择电极法 ;硬度 :EDTA滴 定法 ;碱度 : 酸碱指示剂滴定法 ;氨氮 :纳氏试剂光度法 ;亚硝酸 盐氮 :N-(1 -萘基 )-乙二胺光度法 ;硫酸盐 :铬酸 钡光度法 。
2 结果与讨论
2.1 纳滤膜对 TDS的去除效果 维持饮用水中适量的 TDS含量需要考虑人体
(TDS)、硫酸盐 、氟化物等无机离子的含量时有超标 或浓度偏高 , 还需进一步处理 。
表 1 中试系统主要进 、出水水质 Tab.1 Qualityofinfluentandeffluent
项目 原水
TDS/ 电导率 / 铁 / 锰 / SO24 -/ Cl-/ F-/ (mg· (μS· (mg· (mg· (mg· (mg· (mg· L-1) cm-1) L-1 ) L-1 ) L-1) L-1) L-1)
笔者以市政自来水为原水 , 采用纳滤作为主体
工艺去除自来水中的 无机离子 , 尤其是 《饮用净水
水质标准 》中规定达标的无机 离子 , 考察了纳滤膜
对各无机离子的去除效果 。
1 试验 部分
1.1 中试规模及设计进 、出水水质 中试系统设 计水量为 1 m3 /h。 原水为 市政自
来水 , 设计出水水质达到国家 《饮用净水水质标准 》 (CJ94— 2005)的要求 。中试系统设计主要进 、出水 水质见表 1。
纳滤膜处理矿山废水中重金属离子的实验研究
纳滤膜处理矿山废水中重金属离子的实验研究作者：刘晓王新想来源：《山东工业技术》2017年第01期摘要：纳滤膜是20世纪80年代研发一种新型分离膜，以压力驱动的荷电纳滤膜对水中二价离子和多价离子具有很好的分离效果。
文中概括总结了纳滤方法在水处理中的应用现状和发展趋势。
研究得出：纳滤膜可在外加压力下脱出溶液中的无机盐和大分子物质，此外，纳滤膜还可以较好的截留总溶解固体、有机物、色度等多项指标，使处理后的水质满足排放要求甚至达到回用标准。
关键词：纳滤；水处理；回用DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.01.007当今社会，随着经济全球化的发展，工业化也有了很大的突破，随之产生的就是含大量重金属污染物的工业废水，加重了环境问题。
为解决这一问题，工业界一直在寻找简单、高效的技术对重金属废水进行处理，与此同时，在一些资源短缺的国家或者地区，金属和水的回收再利用问题也是至关重要的，从我国来说，我国淡水短缺，而且有百分之六十的污水含有重金属，所以，为了保护人类的生存家园，需要研究出更加经济高效的重金属工业废水处理技术。
1 膜分离技术处理重金属废水1.1 微滤和超滤膜技术当处于带有压力差的环境中，微滤和超滤技术可以根据孔径的大小进行筛分，也就是说，不同大小的分子混合进入微滤和超滤膜的过程中，以现有孔径值为标准参照点，超过孔径的物质就会滞留在原来的位置，小于孔径的物质就会流出，经过这一过程的操作，就实现了废水中混合物的有效分离。
除此之外，还有一种方法，需要经过精确计算，如果把超滤膜的孔径控制在在3μm左右的时候，就能够做到有效拦截较大的颗粒物，达到净化废水的目的。
当超滤膜孔径控制在0.2μm以下时，就可以有效实现对废水中的小颗粒分子的拦截，此时的运行压力是1～10bar。
需要我们注意的是，由于重金属离子相比于其他物质的离子来说要小许多，通常微滤和超滤膜技术不能够完成去除杂质的工作，此时，就应该考虑和其他先进工艺进行有效融合。
纳滤膜的工作原理及特点
纳滤膜的工作原理及特点纳滤膜是一种常用的膜分离技术，广泛应用于水处理、食品加工、医药创造等领域。
本文将详细介绍纳滤膜的工作原理及其特点。
一、工作原理纳滤膜是一种孔径在1纳米至100纳米之间的膜，通过其特殊的孔径结构实现分离和过滤的功能。
其工作原理主要包括以下几个步骤：1. 筛选作用：纳滤膜的孔径非常小，可以有效地筛选掉溶液中的大份子物质，如悬浮固体颗粒、胶体物质等。
2. 电荷筛选作用：纳滤膜表面通常具有电荷特性，可以对带电的物质进行筛选。
正电荷的纳滤膜可以去除带负电荷的物质，负电荷的纳滤膜则可以去除带正电荷的物质。
3. 拒绝作用：纳滤膜可以根据溶质的大小和形状进行拒绝，较大的份子无法通过纳滤膜的孔径，从而实现分离和过滤的目的。
二、特点纳滤膜具有以下几个特点，使其在许多领域得到广泛应用：1. 高分离效率：纳滤膜的孔径非常小，可以有效地分离溶液中的微粒和大份子物质，具有较高的分离效率。
2. 可调控性强：纳滤膜的孔径可以通过调整膜材料的成份、制备工艺等手段进行调控，以满足不同领域的需求。
3. 选择性强：纳滤膜可以根据溶质的大小和形状进行选择性分离，可以选择性地去除溶液中的特定物质。
4. 操作简便：纳滤膜的操作相对简便，不需要使用化学试剂或者高温高压等条件，适合于连续或者间歇操作。
5. 成本较低：纳滤膜的制备工艺相对简单，成本较低，适合大规模应用。
6. 应用广泛：纳滤膜在水处理、食品加工、医药创造等领域有着广泛的应用，可以用于浓缩、分离、纯化等多个工艺环节。
总结：纳滤膜是一种常用的膜分离技术，通过其特殊的孔径结构实现分离和过滤的功能。
其工作原理包括筛选作用、电荷筛选作用和拒绝作用。
纳滤膜具有高分离效率、可调控性强、选择性强、操作简便、成本较低和应用广泛等特点。
在水处理、食品加工、医药创造等领域有着广泛的应用前景。
纳滤膜的工作原理及特点
纳滤膜的工作原理及特点纳滤膜（Nanofiltration membrane）是一种新型的分离膜，具有较高的分离性能和选择性，广泛应用于水处理、食品加工、制药、化工等领域。
本文将详细介绍纳滤膜的工作原理及其特点。
一、工作原理纳滤膜的工作原理基于纳米级孔隙的存在。
纳滤膜由多层薄膜组成，包括支撑层和活性层。
支撑层通常由聚酰胺、聚酯等材料制成，具有较高的机械强度和疏水性，可提供支撑和稳定性。
而活性层则是关键部分，通过控制孔隙大小和形状，实现对溶质的选择性分离。
当溶液通过纳滤膜时，溶质分子会受到膜表面的孔隙和电荷的影响。
较小的溶质分子可以通过纳滤膜的孔隙，而较大的溶质分子则被滞留在膜表面，从而实现了分离。
此外，纳滤膜还具有一定的电荷选择性，可以通过电荷交互作用进一步筛选溶质。
二、特点1. 分离性能优异：纳滤膜的孔隙尺寸通常在纳米级别，能够有效分离溶液中的微小颗粒、胶体、有机物等。
相较于超滤膜，纳滤膜的分离效果更加显著。
2. 选择性较高：纳滤膜能够根据溶质的分子大小和电荷选择性地分离，对不同溶质具有较好的筛选效果。
这使得纳滤膜在水处理、废水回收和浓缩等领域有着广泛的应用。
3. 通量较大：纳滤膜的通量通常比反渗透膜高，能够在较短的时间内处理大量溶液。
这对于大规模工业生产具有重要意义。
4. 操作条件较温和：相较于反渗透膜，纳滤膜的操作条件较为温和，能够更好地保护溶质的活性物质。
这对于食品加工和制药行业来说尤为重要。
5. 能耗较低：纳滤膜相对于其他膜分离技术来说，能耗较低。
这不仅可以降低生产成本，还有利于环境保护。
6. 易于清洗和维护：纳滤膜的结构相对简单，容易清洗和维护。
这可以延长膜的使用寿命，减少更换成本。
7. 应用广泛：纳滤膜在水处理、食品加工、制药、化工等领域有着广泛的应用。
例如，可以用于海水淡化、废水处理、果汁浓缩等。
总结：纳滤膜是一种具有优异分离性能和选择性的膜分离技术。
其工作原理基于纳米级孔隙的存在，通过控制孔隙大小和形状，实现对溶质的选择性分离。
纳滤膜的技术及应用介绍
纳滤膜的孔径较小容易堵塞需要定期清洗和维护 纳滤膜的过滤精度有限无法完全去除水中的杂质和污染物 纳滤膜的制造成本较高限制了其在某些领域的应用 纳滤膜的耐化学腐蚀性较差不适用于某些化学物质的过滤
纳滤膜技术的发展趋势：随着科技的进步纳滤膜技术将更加高效、节能、环保应用领域将 更加广泛。
未来展望：纳滤膜技术将在水处理、食品加工、医药、化工等领域发挥重要作用成为重 要的环保技术之一。
药等领域
技术特点：纳滤 膜具有耐高温、 耐酸碱、抗污染 等优点使用寿命 长易于维护和更
换
添加项标题
纳滤膜的分离效果：纳滤膜可以分离出分子量在1000-10000D 之间的物质如蛋白质、多糖等
添加项标题
影响纳滤膜分离效果的因素：纳滤膜的孔径、膜的厚度、膜的 材质、膜的表面性质、膜的渗透压等
添加项标题
纳滤膜在工业废水处理中的应用：纳滤 膜可以用于处理含有重金属、有机物、 无机盐等污染物的工业废水实现废水的 净化和回用。
纳滤膜在工业废水处理中的挑战：纳滤 膜在工业废水处理中可能会受到污染物 的污染和堵塞需要定期清洗和维护。
纳滤膜在食品工 业中的应用：如 牛奶、果汁、饮 料等物料的浓缩 和提纯
纳滤膜在制药工 业中的应用：如 药物、疫苗等物 料的浓缩和提纯
水质量
纳滤膜技术可 以降低饮用水 处理成本提高
处理效率
纳滤膜技术在 饮用水处理中 具有广泛的应 用前景如家庭 净水器、公共
供水系统等
纳滤膜技术简介：纳滤膜是一种具有选择 性分离功能的膜可以分离不同分子量的物 质。
纳滤膜在工业废水处理中的优势：纳滤 膜具有较高的分离效率和稳定性可以降 低废水处理成本提高废水处理效果。
纳滤膜技术简介：纳滤膜是一种具有选择性分离功能的膜可以分离不同分子量的物质。
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纳滤膜的离子选择性研究
2010-02-11 来源: 印染在线点击次数：555
关键字：纳滤膜荷电膜离子选择性
王薇，李国东，杜启云
纳滤(nanofiltration，简称NF)膜是一种特殊而又很有前途的分离膜品种，因能截留物质的大小约为1纳米而得名。
纳滤的操作区间介于超滤和反渗透之间，通常纳滤分离需要的跨膜压差为0．5～2．0MPa，比反渗透达到同样的渗透通量所需施加的压差低0．5～3．0MPa。
对溶质的电荷选择性是纳滤膜最主要的性能之一，这一特性使纳滤膜在水的软化、净化和食品、染料、药物脱盐等领域的应用越来越广泛。
商品纳滤膜大多数荷负电，相关的研究较多；荷正电的纳滤膜较少，故其相关的研究也鲜见报道’、为考查荷正电膜的电荷选择特点，本文用自制的荷正电纳滤膜对不同种类的无机盐溶液进行截留实验，研究荷正电纳滤膜对阴、阳离子的选择特点，对研究纳滤膜分离机理、开发荷正电膜的适用领域具有一定意义。
1实验部分
1．1实验材料与设备
实验所用材料有：聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(PDM)/聚砜(PSF)中空纤维内压纳滤膜，实验室自制；无机盐，分析纯．
实验仪器有：电导率仪，MC226型，瑞士梅特勒一托利多仪器公司产品；纳滤膜评价仪，自制，见图1。
1．2实验步骤
1．2．1无机盐电导率一浓度的标准曲线绘制
将无机盐在110oC下干燥24h去除所含的水分和结晶水，准确称量无机盐2．000g溶于1000mL容量瓶中．分别吸取75、50、25和10mL溶液置于100mL容量瓶中，用纯水稀释至刻度，配制成质量浓度为1．5、1．0．0．5和0．2g/L的无机盐标准溶液。
分别取标准溶液3mL置于干净的试管中，用MC226型电导率仪读取电导率值，绘制各无机盐
的电导率一浓度标准曲线。
1．2．2纳滤实验
配制浓度为0．017moL/L的单组分无机盐水溶液作为测试溶液。
实验中纳滤系统温度恒定为25摄氏度上下0.2摄氏度，操作压力为0．7MPa。
每次测试前预压0．5h后开始取样，用纳滤膜对无机盐的截留率表征纳滤膜的离子选择性．每组实验选用同一支膜组件，不同组的实验由于组件的个体差异，对同一无机盐的截留率可能略有不同，如实验中用到的NaC1、KC1等．纳滤膜对无机盐的截留率为：
R=(1一Cp/C0)×100%
式中，Cp和Co分别为透过液和原液中无机盐的浓度，用电导率值表征。
2结果与讨论
2．1对阴离子的选择性
2．1．1阳离子为Na时的截留情况
表1为纳滤膜对不同阴离子的钠盐的截留情况。
从表1可以看出，纳滤膜对NaC1的截留率最小，而对NaOH的截留率最高；另外，纳滤膜对复合离子的截留率较高；但是，阴离子的电荷数对截留率的影响似乎较小。
PDM/PsF 复合膜的功能层为交联的PDM网络，含有一定量未反应的叔氨基，叔氨基在水溶液中水解成季氨基，从而使膜表面带正电．由于荷正电的表面对阴离子存在吸引力，复合阴离子在正电膜表面的吸附层较厚，离子穿越膜的功能层时阻力更大，因而纳滤膜对复合阴离子的截留率较高．在碱性条件下，季氨基被中和形成季铵盐(NROH一)，静电排斥力的减小使功能层收缩致密化，因而传输阻力增加，所以对OH一的截留率最高。
2．1．2阳离子为K+时的截留情况
分别用纳滤膜对KC1、KBr和KI的水溶液进行截留实验，实验结果见表2。
表2 对钾盐的截留率
从表2可以看出，阴离子的截留率与有效离子半径的变化一致．在水溶液中，离子的香农(Shannon)半径与溶液中运动离子的半径相似，可用来作为截留率不同的参考．分析原因，可能还是由于膜表面带正电，阴离子的吸附层厚度不同产生的影响．
2．1．3 阳离子为Mg2+时的截留情况
表3为纳滤膜对不同阴离子的镁盐的截留情况．
表3 对镁盐的截留率
从表3可以看出，对镁盐的截留率按下列顺序递增：C1-，NO-，SO4 2-，对复合离子的截留率稍大，对二价离子的截留率与对一价离子的截留率差异不大．
2．2 对阳离子的选择性
2．2．1 阴离子为SO4 2-时的截留情况
表4所示为纳滤膜对不同阳离子的硫酸盐的截留情况．
表4 对硫酸盐的截留率
由表4可见，纳滤膜对阳离子的截留与离子价态有关．对单价离子的截留率低，对二价和高价离子的截留率明显高过单价离子．由于Al3+、Fe3+的水解使溶液显酸性，而PDM交联层含有的叔氨基(-NR3)在酸性溶液中水解加剧(-NR3 + H3+O→-NR4+ + H2O)，荷正电的季氨基数量增加，静电排斥使功能层的溶胀增加，孔隙变大，所以对Fe3+和Al3+的截留率比二价阳离子的小．
2．2．2 阴离子为cl-时的截留情况
表5为对不同阳离子的盐酸盐的截留情况．
表5 对盐酸盐的截留率
由表5可见，阳离子荷电数的影响最大，对二价阳离子的截留率明显高于对一价阳离子的；截留率与有效离子半径(shannon半径)的变化相反．截留情况决定于离子电性能，阳离子的电量、电荷密度决定了它们通过荷正电功能层的难易．
2．2．3 阴离子为NO3-时的截留情况
对硝酸盐的截留实验也反映出与硫酸盐和盐酸盐相同的规律，如表6所示．
表6 对硝酸盐的截留率
由表6可见，随着阳离子半径的增加，截留率下降．虽然二价镁离子的半径最小，但截留率最高；而离子半径相对较大的钾离子的截留率却小得多．因此，对无机盐来讲，离子价态决定了无机盐的截留率
3结论
由以上实验可知，荷正电的PDM/PSF中空纤维内压纳滤膜对不同离子的选择性规律如下：(1)离子的价态对无机盐的截留率有影响。
其中，阴离子的价态对截留率的影响较小，而阳离子的价态对截留率的影响较大，纳滤膜对二价(和三价)阳离子的截留率高于对一价阳离子的截留率。
很多有害离子在水中都存在二价或高价形态(如Mg2+、Ni2+、Cu2+、Mn2+、Cd2+、Fe2+等)，利用纳滤膜这种分离特性可以有效将他们从水体中去除。
(2)PDM/PSF中空纤维内压纳滤膜对复合离子的截留率较高。
(3)离子的截留率与香农半径有一定的关系．阴离子的截留率与香农半径的变化规律相同，而阳离子的截留率与香农半径的变化规律相反。