第五章 1 纳滤的简单介绍
纳滤
纳滤是介于超滤与反渗透之间的一种膜分离技术，其截留分子量在200～1000的范围内，孔径为几纳米，因此称为纳滤。
由于纳滤膜表面有一层均匀的超薄脱盐层，它比反渗透膜要疏松得多，且其操作压力比反渗透低，因此纳滤又称为疏松型反渗透或低压反渗透。
基于纳滤分离技术一系列优越的特性，其在制药、生物化工、食品工业等诸多领域显示出广阔的应用前景。
以往对分子量在几百的不同分子的分离，采用反渗透和超滤都难以实施，而纳滤就可从蔗糖（分子量342）与葡萄糖（分子量180）的混合液中分离出葡萄糖。
纳滤的另一个特点是它能截留小分子有机物并可同时透析盐，即集浓缩与透析为一体。
纳滤的第三个特点是膜表面的荷电性，因此纳滤有离子电荷密度上的选择性。
例如在溶液中含有一价离子的Na盐和二价离子的Ca盐时，膜优先截留二价离子的Ca，一价离子的截留率随着二价离子浓度的增加而减少。
纳滤的第四个特点是操作压力低，因为无机盐能通过纳滤膜透析，使得纳滤的渗透压远比反渗透低，可节省能耗。
由于纳滤的这些特性，因此在制药、生物化工、食品加工、水处理等诸多领域有着广阔的应用前景。
水处理众所周知，用反渗透可生产出纯净水，但反渗透的能耗高，产水量低（相对纳滤来讲），且去掉了几乎所有对人体有益的盐和微量元素。
而纳滤则只脱除掉绝大多数形成水硬度的Ca、Mg离子，而保留了部分盐类和微量元素。
此外，纳滤还可以脱除掉绝大部分因农药、化肥、清洗剂等化工产品对源水或自来水所形成的小分子有机物的污染。
有些小分子有机物直接对人体有危害，而有些小分子有机物会与自来水消毒时所用的氯发生取代反应，生成多种对人体具有三致（致畸、致癌、致突变）作用的卤代烃（THM）物质，如三氯甲烷、四氯化碳等，从而对人的健康产生危害。
美国的佛罗里达州和日本的宫城县等地已有效地采用纳滤脱除掉了水中87％～98％的THM的前驱物。
浓缩乳清及牛奶日本最早将纳滤用于乳清和牛奶的浓缩，前者可使乳糖和乳清蛋白浓缩的同时脱盐。
纳滤操作手册
纳滤操作手册纳滤、反渗透系统操作手册目录1.纳滤、反渗透膜简介纳滤NF：纳滤介于反渗透膜和超滤膜之间，约150～1000道尔顿。
此外，由于其表面分离层由聚电解质所构成，故对不同价态的粒子存在Donnan效应，对无机盐有一定截留率，约40～90%。
纳滤对二价离子的截留率比对一价的高，在渗滤液中优先脱色。
NF的作用:主要是去除超滤单元不能去除的不可降解有机物、部分总氮、色度、二价离子等。
反渗透 RO：反渗透是最精密的膜法液体分离技术，它能阻挡所有溶解性盐及分子量大于100 的有机物，但允许水分子透过，脱盐率一般大于98%。
它们广泛用于海水及苦咸水淡化，锅炉给水、工业纯水及电子级超纯水制备，饮用纯净水生产，废水处理及特种分离等过程RO的作用:实际运行过程中若原水的C/N比不能满足去除总氮的要求，外加碳源有没有及时供给时，因硝酸盐氮的影响 NF出水总氮就不能达标，这时需要有一最后把关单元，一般采用RO处理单元，RO 单元可保证出水总氮、COD等全部指标达标2. 过滤机理纳滤、反渗透膜具有以下三种特别的机能。
(1)过滤机能：半透膜中有众多的微孔以便水分子通过。
这些微孔的直径为微米，与水分子的直径相当。
最小的细菌和病毒的直径分别是和微米。
杀虫剂666的直径约为微米。
因而，这些污染物和其它生物污染物以及众多的有机污染物均不能通过此半透膜，而与纯水分离。
盐类在水中是以水合离子形式存在的，而这些水合离子的体积一般比水分子大10-25倍，因此，除了以上提及的电排斥机能外，膜也可以通过滤机能除去溶解的盐类。
(2)自我清洗机能：一般的滤水器在除去污染物的同时，也将这些污染物留在了滤水器中。
在此后过滤的水都要经过这些污染物，从而对水产生再次污染。
同时，细菌也会在滤水器中繁殖，水产生微生物再污染。
与此不同，半透膜在净水过程中将污染物全部留在被排除的浓水中，以实现自我清洗机能。
因此，所得净水就更加可靠，净水器件的寿命也更长。
纳滤膜及其应用
纳滤膜及其应用摘要：纳滤膜是允许溶剂分子或某些低分子量溶质或低价离子透过的一种功能性的半透膜。
它是一种特殊而又很有前途的分离膜品种，它因能截留物质的大小约为纳米而得名，它截留有机物的分子量大约为150－500左右，截留溶解性盐的能力为2－98%之间，对单价阴离子盐溶液的脱盐低于高价阴离子盐溶液。
被用于去除地表水的有机物和色度，脱除地下水的硬度，部分去除溶解性盐，浓缩果汁以及分离药品中的有用物质等。
纳滤介于反渗透和超滤之间由于其截留的颗粒比超滤小些，其透过率比反渗透大些操作压力也不太高近十几年来发展迅速是当前膜分离技术与开发的热门研究课题之一。
本文综述了纳滤膜的特性、分离机理、研究现状及其在各方面的应用。
关键词：纳滤；纳滤膜；分离机理；制备方法；应用1、纳滤及纳滤膜的概述纳滤（NF）是20世纪80年代中期发展起来的介于超滤和反渗透之间的、同属于压力驱动的新型膜分离技术，适宜于分离相对分子质量在200 Da以上、分子大小约为1 nm的溶解组分，一般认为其截留相对分子质量在200～1 000之间，对NaCl的截留率一般为40%～90%，对二价或高价离子的截留率高达99%。
由于操作压力一般小于1.5 MPa，也被称为低压反渗透膜或疏松的反渗透膜。
纳滤膜的孔径通常为1～10 nm，同时它是带电荷的，荷电纳滤膜可通过静电斥力排斥溶液中与膜上所带电荷相同的离子，通过静电引力吸附与所带电荷相反的离子。
因此，荷电膜对物质的分离性能主要是基于电荷效应和膜的纳米级微孔的筛分效应。
它的过滤范围介于反渗透和超滤之间，推动了膜技术及相关应用领域的发展，并已在石化、生化和医药、食品、造纸、纺织印染等领域及水处理过程中得到广泛应用[1]。
纳滤膜的一个很大特征是膜上或者膜中存在带电基团，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Do nnan效应，是指离子与膜所带电荷的静电相互作用。
天津工业大学——纳滤
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 [Cl-]12 =[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。
固定电荷模型（Teorell-Meyer-Sievers
model）
TMS模型假设膜为一个凝胶相，其中电荷分布均 匀、贡献相同。 模型用于表征离子交换膜、荷电型反渗透膜和纳 滤膜内的传递现象，计算膜浓差电位、膜的溶剂 及电解质渗透速率及其截留特性。 可以很好地表征纳滤膜的道南效应
纳滤膜的分离性能
Food industry
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中性溶液和电解质溶液混合体系
Solute：Mixed solute Separation mechanism model: Sieve mechanism (Size effect) Electrostatic effect Electrostatic and Steric-hindrance Model Application: Potable water treatment Food industry
•早期称为“低压反渗透”、“疏松反渗透” 、“反渗透-超滤混合膜”。
•20世纪90年代后期，纳滤膜飞速发展，并产业化，产业化产品有 NTR-729HF、NTR-7400、NTR-7250、NF-45、NF-60、SU-600
纳滤 简介
流程复杂
4、纳滤纯化大豆低聚糖
进料 工艺操作,仪 表显示.
浓缩
开启预压泵,然后开启高 压泵,通过手动调节变频 器和浓缩调节阀进行降 液位操作,将液位降低到 50%左右,投入液位自动 调节
排料
排料调节阀和 浓缩调节阀均 投入自动调节.
清洗 排料泵排料, 预压泵清洗, 仪表显示
参考文献
1、鲍元兴、韩亮，低聚糖的纳滤分离技术，《食品与生 物技术学报》，2002，21（6）：46-47； 2、赵鹤飞、杨瑞金、赵伟等，秸秆低聚木糖溶液纳滤分 离特性和渗滤工艺，《农业工程学报》，2009， 25 （4）：253-259； 3、董艳、高瑞昶、潘勤等，超滤和纳滤分离技术提取纯 化地黄低聚糖的研究，《中草药》， 2008，39（3）： 359-363； 4、王磊、邵诚、王海，大豆低聚糖纳滤连续浓缩过程的 控制，全国膜分离技术在食品工业中应用研讨会， 2006： 79-82； 5、马嫄、阚建全、陈宗道，纳滤技术及其在功能性低聚 糖分离纯化中的应用，《现代食品科技》， 2002， 18 （3）：64-66
纳滤
分离低聚糖
生工151 罗子月 2015306020124
CONTENT
01 02 03 04
纳滤基本知识
纳滤分离纯化低聚异麦芽糖 纳滤分离低聚果糖
纳滤分离大豆低聚糖
1、纳滤 (N a n o i f l t r a t io n,N F )
膜分离过程，工艺简单、 操作方便，不仅可实现小 规模的操作，而且可实现 规模化、集成化生产。
分
纳滤是80年代末期问世的一种新型 膜分离技术 , 其膜截留分子量介于 反 渗透膜 (RO)和超滤膜 (UF)之间 , 约为 100 一 1000 , 微孔结构约 1nm左右。 其以压力差为 推动力 , 用复 合于微孔基 膜 上 , 具有 纳米级孔径 的超薄分离层 对大分子和小 分子物质进行 分离 , 可通过一种操作同时完成渗 析和浓缩的两个工艺过程 , 可通过 膜的筛选和操作条件的选择分离单 糖 、 二糖与三糖 以上高分子的功 能性低聚糖 。
第五章 纳滤讲解
2019/6/12
膜材料与膜过程
5.2.2 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-、CI-、OH-、SO42-、CO32-； 对阳离子的截留率按下列顺序递增：H+、Na+、K+、Mg2+、 Ca2+、Cu2+。
5.2.3 对离子的截留受离子半径的影响
5.5纳滤膜商品及分类
自20世纪80年代以来，国际上相继开发了各种牌号的纳滤膜及其组件， 其中大部分纳滤膜为荷电或不荷电的薄层复合膜。表5-1是部分牌号的纳 滤膜及其性能。
根据复合纳滤膜超薄复合层的组成，复合纳滤膜可分为以下几类：
2019/ห้องสมุดไป่ตู้/12
膜材料与膜过程
表5-1 国外商品纳滤膜及其性能
2019/6/12
表5-4 NTR-7400纳滤膜性能
2019/6/12
SO2
O
n
SO3H
H2SO4 98%,ClSO3H SO2
25 C,4h
O n
膜材料与膜过程
5.5.4 混合型复合纳滤膜
该类纳滤膜主要有日本日东电工公司的NTR-7250膜，由聚乙烯醇和 聚哌嗪酰胺组成。美国Desalination公司开发的Desal-5膜亦属于此类， 其表面复合层由磺化聚（醚）砜和聚酰胺组成。：
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，以使膜表面致密 化，从而得到具有纳米级表层孔的纳滤膜。 （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。
纳滤
1.1 反渗透和纳滤技术发展历史自从上世纪五十年代未六十年代初期，反渗透（RO）和纳滤（NF）技术产品商品化投放市场，尤其是陶氏化学公司全资子公司发明的超薄聚酰胺复合膜进入实用阶段，使得RO和NF成为实用化的化工分离单元，它们的应用领域得到不断地扩展。
起初，反渗透主要用于海水和苦咸水脱盐，由于工业领域对保护水源、减少能耗、控制污染以及从废水中回收有价值物质的需求日益增加，反渗透和纳滤的新用途变得更有经济价值。
此外，伴随着膜分离技术的发展，促进了生物技术和制药行业的技术进步，相对于传统蒸馏法，膜法分离浓缩技术更加节省能量消耗，同时也不会引起产品热分解变质。
1963年在美国明尼苏达州明尼亚波里斯市开展的膜基础研究，成为成立FilmTec公司和著名的FILMTECtmFT30 膜化学的技术基础。
自从那时起，原有产品得到不断地改进，并不断地推出了新产品，提高了膜元件地产水水质，降低了水处理总成本。
现在反渗透膜能够在显著地降低运行压力的条件下，实现更高的脱盐率和产水量，纳滤膜也可在相对低的操作压力下提供对某些盐类或化合物的更高的分离选择性。
1977年成立FilmTec公司之后，于1981年至1984年间复合膜技术和产品以及公司本身发生了长足的发展。
1985年8月，FilmTec 公司成为陶氏化学公司全资子公司。
为了满足快速增长的反渗透和纳滤膜市场对FILMTEC产品的需求，以全球最大的化工行业高科技公司为依托，将陶氏公司的巨大资源提升和扩充了其全资子公司FilmTec公司的研发、制造和生产能力，使其成为膜工业界公认的膜技术的领导者，实现了陶氏膜产品的世界最高长期稳定性、可靠性和综合性能，保证了FILMTEC产品及其用户在市场上的成功。
1.2 反渗透和纳滤技术发展历史陶氏FILMTEC反渗透和纳滤膜技术被广泛认为最有效和经济的分离过程之一，用于小型到特大型规模到处理苦咸水和海水，其产水满足目前的饮用水标准。
纳滤、反渗透操作手册
湖南XX环保科技有限公司废水站操作手册5纳滤、反渗透系统操作手册5.1纳滤反渗透系统简介本工程膜深度系统设计为纳滤和反渗透。
纳滤系统处理量为1400m3/d，三套；反渗透系统处理量为1190m3/d，三套。
纳滤系统和反渗透系统均由产水系统、清洗系统、循环系统、电气控制系统等所组成。
纳滤膜组件采用卷式纳滤膜，由陶氏公司生产，型号为NF270-400，膜长度为1.016m，单支膜面积37.2m2。
反渗透膜组件采用卷式膜，由海德能公司生产，型号为BW30-400，膜长度为1.016m，单支膜面积37.2m2。
系统控制可实现自动、手动控制方式。
在自动控制方式下，系统当中的所有设备动作均由PLC完成；在手动控制方式下，操作人员需在PLC控制面板下完成手动控制。
图1纳滤系统PID图2图2反渗透系统PID图35.2膜系统运行前准备5.2.1单体设备试车（1）各动力设备通电试运行A．原水泵、清洗泵、高压泵、循环泵进行点动。
B．接通各水泵的电源，观察各水泵的运行情况，如叶轮转运方向、噪声、转速等参数，确保水泵运行正常。
（2）各自动开关、在线仪表的试车A．自动开关，如气动阀门的开关是否正常，是否出现卡死现象B．液位开关能否工作正常，低液位是否能自动停泵，停泵次序是否正常等。
5.2.2试压试漏实验（1）纳滤膜系统试压试漏的目的：为查明设备的强度和严密度。
（2）试压前的准备工作：A.设备管道及附件安装并检查合格。
B.试压试漏现场环境打扫干净。
C.参加试压试漏人员经过技术培训合格。
D.准备好试压用水，水压泵和气压泵等设备及试压记录（3）本方案中的纳滤膜系统的试压试漏采用两种方式，气体试压试漏和清水试压试漏。
先进行气体试压试漏，再进行清水试压试漏。
（4）高压气体的试压试漏步骤：A.在应试设备的压力表管上装好校验好的压力表。
B.检查设备法兰、抱箍等连接件部位是否紧密。
C.关闭进出端口的所有阀门。
D.开启空压机系统（约0.7Mpa），观察压力表的变化情况。
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氨基酸的分离
NF膜一般带有荷电荷，因此PH值会影响其分离。 氨基酸是两性的，在一定的PH值下达到等电点。 不同分子量的氨基酸达到等电点时，其PH值不同。 可以通过控制PH值的不同，利用NF进行分离和纯化 氨基酸。
5.3纳滤在处理工业废水中的应用
含有机溶剂废水的处理
一般采用RO和相分离来联合处理含溶剂废水，但经RO浓缩后，往往达不到相分 离点或相分离点不稳定，导致相分离失败或不完善。可在RO之前加一NF过程。
4.纳滤膜的分离机理
对于非极性溶质，主要取决于位阻效应。 对于极性（或荷电溶质），其通过纳滤膜时 的截留率由静电作用与位阻效应共同决定。
另外还有溶解扩散作用。
5.纳滤的应用 纳滤在食品工业中的应用； 纳滤在制药工业和生物化学中的应用； 纳滤在处理工业废水中的应用； 纳滤在染料工业中的应用； 纳滤在石油化工行业中的应用。
5.5纳滤在石油化工行业中的应用
溶液中溶解催化剂的回收
同源催化剂—分子量在160-1000之间的溶解态的有机金属络合物， 分子量处于NF膜的分离范围，利用NF回收利用。现在凯能公司 生产的耐有机溶剂NF-1050和NF-1060膜大量应用于此回收。
催化剂生产用溶剂的回收
催化剂生产中消耗大量溶剂，通常分离催化剂后将溶剂扔掉， 污染环境浪费资源。可用NF进行回收。此法应用在烯烃加氢甲 酰化的Co、P复合催化剂的生产中应用。
纳滤的简单介绍 Simple Introduction to Nanofiltration
1.纳滤的基本特点
NF处于UF和RO之间,其膜的表层孔径处于纳米级范 围。 截留分子量在100-1000之间，对二价及多价离子有 很高的截留率。 其操作压力在0.4-1.5MPa之间，低于RO膜，纳滤膜 通常称为低压反渗透膜（LPRO）。 纳滤膜表面一般带有荷电荷，因而有较好的抗压密 性、抗酸碱性及较强的抗污染能力。 可取代传统处理过程中的多个步骤，所以比较经济。
5.1纳滤在食品工业中的应用
乳清脱盐—已工业化且效果很好
NF膜截留住分子量较大的物质，允许盐通过，从而降低乳清的 盐度。举例，凯能公司生产的管式NF膜，对乳清中的乳糖截留 率达99.8%，将乳糖从4.2%浓缩到29.5%；对盐分和灰分的脱除 达60%-90%。
植物油加工
可将20%固含量，2%自由脂肪酸的大豆油浓缩到45%，同时将 溶剂正己烷回收并将部分酸脱除，此法较正己烷直接
蒸发法节能50%。 还可利用NF和UF结合进行对果汁的浓缩
如桔子汁和洋李酸；对于洋李酸浸液，脱盐率达54.5%，有机酸 脱除达80%，自身浓缩到10倍以上。
5.2 纳滤在制药工业和生物化学中的应用
抗生素的浓缩与回收
抗生素原液中含有4%的生物残渣，一定盐分和0.1%-0.2%的抗生素。多 数抗生素的相对分子量在300-1000，正好处于NF膜的截留范围。传统 方法：对发酵液进行澄清和溶剂萃取，然后对萃取液进行真空蒸馏得抗 生素。利用NF膜可有两种途径： 萃取 NF 发酵液 溶剂回收利用
2.纳滤膜的制备方法
转 化 法：超滤膜转化法、反渗透膜转化法。 共 混 法：将两种或两种以上的高聚物进行 液相共混。（CA-CTA纳滤膜）。 复 合 法：在微孔基膜上复合一层具有纳米 级孔径的超薄皮层。此法应用广泛、有效。 荷电化法：提高膜的抗压密性、抗酸碱性、 抗污染能力、膜的疏松性、亲水性及水通量。 荷膜分为两种：表层荷电膜和整体荷电膜。
去离子水 NF （脱盐） 废盐水 NF （浓缩） 稀废盐水 染料浓缩液
第一步为渗滤，脱去盐分，使盐含量一般低于0.2%； 第二步为浓缩，浓缩2-3倍，达到20%-25%的浓度，喷雾 干燥得干品。 举例，一种管式聚砜膜可将分子量为781的染料脱色，对 染料的截留率为97%-99%，水通量可达0.6-0.8m3/m2.d
脱沥青原油中轻质油的提取
先加入溶剂，将脱沥青原油破乳，然后用孔径为10-100A的聚砜 或磺化聚砜膜，在25-100º C，0.34-6.89MPa下，将溶于溶剂的轻 质油提取。
节约80%的成本
浓缩的抗生素 发酵液 NF 透过液 萃取
提高萃取设备的生 产能力，减少溶剂 用量
凯能公司的NF-1014S型卷式膜可将0.37%的6-APA浓缩到5%，对 6-APA的截留率为95%，回收率为90%，并将盐分等除去。
多肽的浓缩与纯化
重要的医药产品，由蛋白质水解或氨基酸合成。 一般方法：由色谱柱或层析从有机或水溶液中纯化多 肽，然后蒸发浓缩。 现在：用NF代替蒸发，低温高效，操作简单，且在 浓缩的同时进行纯化。
3.影响纳滤膜分离的因素
膜材料的性质及制膜工艺 操作条件： 操 作 压力 水通量和脱盐率 料 液 流 速 水通量和脱盐率 操 作 时 间 水通量和脱盐率– 料液回收率 水通量和脱盐率
物料性质：待处理液中中性物质的分子量、离子浓度、 半径、电价及溶液的PH值。
组件构型的影响
含铬废水的处理
制革工艺中，用硫酸铬进行鞣制，但只有70%可以利用。因此用NF进行回收， 节省铬盐，保护环境。
净水工艺中THM前驱物质的去除
传统的净水方法不能除去低分子量有机物质，会与杀菌的氯气生成THM物质— 严重致癌物。采用NF将其除去。
5.4纳滤在染料工业中的应用
活性染料经NF膜渗滤和脱水达到纯化和浓 缩的目的
化学工业废水的处理
常用方法：经浓缩后进行焚烧或曝气。 蒸发或RO浓缩不可取：除不去废液中的盐分，造成高浓盐度的废液，对焚烧炉 或曝气装置有很大腐蚀。（Mw>100）。
制糖工业废水的处理
主要用NF来处理含有高浓度氯化纳和带色有机物的离子交换树脂再生液，不仅 可除去有色物质，还可使80%以上的盐和90%以上的水循环使用。降低生产成本 和减少排放量。