膜过程课件纳滤(NF)

微孔超滤膜。
• 纳滤膜与电解质离子间的静电作用是膜截流 盐的主要影响因素，而膜对中性不带电物质 的分离则是膜微孔的分子筛网效应。 • 由于纳滤膜这种独特的分离性能，确定了它 在水质软化处理中的地位。此外，纳滤膜能 有效去除许多中等分子量溶质，例如某些色 素、残留农药、消毒副产物等。
纳滤膜的分类
• 基于不同的出发点，纳滤膜的分类有许多方法。 • (1) 按膜的材料分 纳滤膜有醋酸纤维素及其衍 生物膜、芳香族聚酰胺膜、磺化聚砜 (SPS) 、磺 化聚醚砜(SPES)等。 • (2)按膜的结构特点分 纳滤膜有一体化的非对称 膜和复合膜，如溶液相转化的CA膜属非对称膜之 列，其表皮层致密，皮下层比较疏松。通用的复 合膜大多是用聚砜多孔支撑膜制成，而表层致密 的芳香族聚酰胺薄层是以界面聚合法形成的。
• (5) 按膜的功能和作用分 纳滤膜属渗透膜范畴， 渗透压在膜的传递过程中起重大作用。 • (6) 按膜的使用和用途分 膜可分为低压膜、超 低压膜等，纳滤膜属于低压膜。 • (7)按膜的外形分 纳滤膜可制成膜片、管状膜 和中空纤维膜形状。商用的纳滤膜组件多为卷式， 另外还有管式和中空纤维式。
纳滤膜的制备方法
高价态的离子截留率明显高于一价离子， 对于阴离子的截留率由大到小的顺序为：碳酸根＞硫酸 根＞氢氧根＞氯离子＞硝酸根； 阳离子的同样顺序为：铜离子＞钙离子＞镁离子＞钾离 子＞钠离子＞氢离子 膜对离子的截留效应受离子半径的影响。
从结构上看纳滤膜大多是复合膜，即膜的
表面分离层和它的支撑层的化学组成不同。 其表面分离层由聚电解质构成，支撑层是
• (3)按膜的传递机理分 膜可分为活性膜和被动 膜。活性膜是在透过膜的过程中透过组分的化 学性质可改变；被动膜是指透过膜前、后的组 分没有发生化学变化。目前所有的纳滤膜都属 于被动膜。 • (4)按制膜工艺分 纳滤膜有溶液相转化膜、熔 融热相变膜、复合膜和动力形成膜等，如CA 膜为溶液相转化膜，CTA中空纤维为熔融热相 变膜。目前卷式普遍用的为芳香族聚酰胺复合 膜。
1. 转化法 转化法又分为超滤膜转化法和反渗透膜转化法。 • 超滤膜转化法 纳滤膜的表层比超滤膜致密，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，从而得到具有纳米级表层孔 的纳滤膜。（相转化） • 反渗透膜转化法 纳滤膜的表层较反渗透膜疏松，可以在 反渗透膜制备工艺的基础上，调整合适的工 艺条件制备疏松化的反渗透膜。（界面聚合）
低压力下仍具有较高脱盐性能的重要原因。
Donnan平衡理论 将带荷电基团的膜置于含盐溶剂中时，溶液中的反离子 （所带电荷与膜内固定电荷相反的离子）在膜内浓度大 于其在主体溶液中的浓度，而同名离子在膜内的浓度则 低于其在主体溶液中的浓度。这种行为阻止了同名离子 从主体溶液向膜内的扩散，为了保持电中性，反离子也 被膜截留。大多数荷电反渗透膜中荷电基团为带负电子 的磺酸根及羧酸根。

具有离子选择性，能透过一价无机 盐，有效截留二价及高价离子，渗透压远比反 渗透低，故操作压力很低。达到同样的渗透通 量所必需施加的压差比用RO膜低0.5～1 MPa，
因此纳滤又被称作“低压反渗透”或 “疏松反渗透”。
纳滤的特点
纳滤膜对无机盐有一定的截 留率，因为它的表面分离层 是由聚电解质所构成，膜表 面带有一定电荷，对离子有 静电相互作用。 超低压大通量，即在超低压 下（ 0.1Mpa）仍能工作， 并有较大的通量。
3. 复合法
复合法是目前用得最多、最有效的纳滤膜制备方法， 也是生产商品化纳滤膜品种最多、产量最大的方法。 该方法就是在微孔基膜上复合一层具有纳米级孔径的 超薄表层。它包括微孔基膜的制备、超薄表层的制备 和复合。（反渗透膜亦如此） • 微孔基膜的制备
纳滤（NF）
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1、纳滤的发展 2、纳滤的特点 3、纳滤膜的分类 4、纳滤膜的制备 5、纳滤膜分离原理 6、纳滤膜的应用
纳滤
随着膜技术的发展，反渗透膜技术趋于成熟。但 反渗透膜对离子的截留没有选择性，使得膜的操作压 力较高，膜通量受到限制。而超滤膜截流的有机物相 对分子量较大 纳滤是始于20世纪80年代末，介于反渗透和超滤 之间的新型分离技术；膜的截留率大于90%的最小分子 约为１nm,故称之为纳滤膜。 （1）截留分子质量在200-2000的有机小分子； （2）截留能透过超滤膜的小分子有机物，透过被反渗透 所截留的无机盐；
NF
<50％ >90％ >99％ >50％ 0~50％
单价离子(Na+，K+，Cl-，NO3-) 二价离子 (Ca2+ ， Mg2+ ， SO42- ， CO32-) 细菌、病毒 微溶质(Mw>100) 微溶质(Mw<100)
纳滤的特点
与电渗析、离子交换和蒸发相比，它可以同 时脱盐兼浓缩，在无机物与有机物混合液的分 离方面具有无可比拟的优点。
料液
＋ － ＋
带负电荷的膜 透过通量
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。大多数纳滤膜的表面带有 负电荷，能阻碍多价离子的渗透，这是纳滤膜在较
纳滤的发展
纳滤技术是反渗透膜过程为适应工业软化水的需
求及降低成本的经济性而不断发展的新膜品种，以 适应在较低操作压力下运行，进而实现降低成本演 变发展而来的。
膜组器于80年代中期商品化。纳滤膜大多从反渗
透膜衍化而来。
纳滤和反渗透的截留特性比较
溶
质
RO
>98％ >99％ >99％ >90％ 0~90％
2. 共混法 将两种或两种以上的高聚物进行液相共混，在 相转化成膜时，由于他们之间以及他们在铸膜液中 溶剂与添加剂的相容性差异，影响膜表面网络孔、
胶束聚集体孔及相分离孔的孔径大小及分布，所以
通过合理调节铸膜液中各组分的相容性差异及研究
工艺条件对相容性的影响，可制备具有纳米级表层
孔径的合金纳滤膜。 例如：将热、化学稳定性差的CA与热稳定性强、 耐生物降解的三醋酸纤维素共混，可以制得性能优 良的醋酸-三醋酸纤维素纳滤膜。