納濾膜

納濾膜：孔徑在1nm以上，一般1-2nm。是允許溶劑分子或某些低分子量溶質或低價離子透過的一種功能性的半透膜。它是一種特殊而又很有前途的分離膜品種，它因能截留物質的大小約為納米而得名，它截留有機物的分子量大約為150－500左右，截留溶解性鹽的能力為2－98%之間，對單價陰離子鹽溶液的脫鹽低於高價陰離子鹽溶液。被用於去除地表水的有機物和色度，脫除地下水的硬度，部分去除溶解性鹽，濃縮果汁以及分離藥品中的有用物質等。

基本介紹

• 中文名：納濾膜
• 外文名：nanofiltration membrane
• 孔徑：小於2nm
• 套用：分離、除鹽、脫色、濃縮等

簡介

納濾膜（Nanofiltration Membranes)是80年代末期問世的一種新型分離膜，其截留分子量介於反滲透膜和超濾膜之間，約為200-2000，由此推測納濾膜可能擁有lnm左右的微孔結構，故稱之為“納濾”。納濾膜大多是複合膜，其表而分離層由聚電解質構成，因而對無機鹽具有一定的截留率。國外已經商品化的納濾膜大多是通過界面縮聚及縮合法在微孔基膜上複合一層具有納米級孔徑的超薄分離層。

納濾膜能截留納米級（0.001微米）的物質。納濾膜的操作區間介於超濾和反滲透之間，其截留有機物的分子量約為200-800MW左右，截留溶解鹽類的能力為20%-98%之間，對可溶性單價離子的去除率低於高價離子，納濾一般用於去除地表水中的有機物和色素、地下水中的硬度及鐳，且部分去除溶解鹽，在食品和醫藥生產中有用物質的提取、濃縮。納濾膜的運行壓力一般3.5-30bar。

納濾過程的關鍵是納濾膜。對膜材料的要求是：具有良好的成膜性、熱穩定性、化學穩定性、機械強度高、耐酸鹼及微生物侵蝕、耐氯和其它氧化性物質、有高水通量及高鹽截留率、抗膠體及懸浮物污染，價格便宜且採用的納濾膜多為芳香族及聚酸氫類複合納濾膜。複合膜為非對稱膜，由兩部分結構組成：一部分為起支撐作用的多孔膜，其機理為篩分作用;另一部分為起分離作用的一層較薄的緻密膜，其分離機理可用溶解擴散理論進行解釋。對於複合膜，可以對起分離作用的表皮層和支撐層分別進行材料和結構的最佳化，可獲得性能優良的複合膜。膜組件的形式有中空纖維、卷式、板框式和管式等。其中，中空纖維和卷式膜組件的填充密度高，造價低，組件內流體力學條件好;但是這兩種膜組件的製造技術要求高，密封困難，使用中抗污染能力差，對料液預處理要求高。而板框式和管式膜組件雖然清洗方便、耐污染，但膜的填充密度低、造價高。因此，在納濾系統中多使用中空纖維式或卷式膜組件。

在我國，對納濾過程的理論研究比較早，但對納濾膜的開發尚處於初步階段。在美國、日本等國家，納濾膜的開發已經取得了很大的進展，達到了商品化的程度，如美國Filmtec公司的NF系列納濾膜、日本日東電工的NTR-7400系列納濾膜及東麗公司的UTC系列納濾膜等都是在水處理領域中套用比較廣泛的商品化複合納濾膜。

對於一般的反滲透膜，脫鹽率是膜分離性能的重要指標，但對於納濾膜，僅用脫鹽率還不能說明其分離性能。有時，納濾膜對分子量較大的物質的截留率反而低於分子量較小的物質。納濾膜的過濾機理十分複雜。由於納濾膜技術為新興技術，因此對納濾的機理研究還處於探索階段，有關文獻還很少。但鑒於納濾是反滲透的一個分支，因此很多現象可以用反滲透的機理模型進行解釋。關於反滲透的膜透過理論[2]有朗斯代爾、默頓等的溶解擴散理論;里德、布雷頓等的氫鍵理論;舍伍德的擴散細孔流動理論;洛布和索里拉金提出的選擇吸附細孔流動理論和格盧考夫的細孔理論等。

納濾膜的過濾性能還與膜的荷電性、膜製造的工藝過程等有關。不同的納濾膜對溶質有不同的選擇透過性，如一般的納濾膜對二價離子的截留率要比一價離子高，在多組分混合體系中，對一價離子的截留率還可能有所降低。納濾膜的實際分離性能還與納濾過程的操作壓力、溶液濃度、溫度等條件有關。如透過通量隨操作壓力的升高而增大，截留率隨溶液濃度的增大而降低等。

材質

納濾膜材質是聚醯胺材質。

優點

1. 濃縮純化過程在常溫下進行，無相變，無化學反應，不帶入其他雜質及造成產品的分解變性，特別適合於熱敏性物質。

2. 可脫除產品的鹽分，減少產品灰分，提高產品純度，相對於溶劑脫鹽，不僅產品品質更好，且收率還能有所提高。

3. 工藝過程收率高，損失少4. 可回收溶液中的酸，鹼，醇等有效物質，實現資源的循環利用

5. 設備結構簡介緊湊，占地面積小，能耗低

6. 操作簡便，可實現自動化作業，穩定性好，維護方便。

功能作用

特殊軟化功能

膜軟化水主要是利用納濾膜對不同價態離子的選擇透過特性而實現對水的軟化。膜軟化在去硬度的同時，還可以去除其中的濁度、色度和有機物，其出水水質明顯優於其他軟化工藝。而且膜軟化具有無須再生、無污染產生、操作簡單、占地面積省等優點，具有明顯的社會效益和經濟效益。 膜軟化在美國已很普遍，佛羅里達州近10多年來新的軟化水廠都採用膜法軟化，代替常規的石灰軟化和離子交換過程。近幾年來，隨著納濾性能的不斷提高，納濾膜組件的價格不斷下降，膜軟化法在投資、操作、維護等方面已優於或接近於常規法。

去除水中有機物

納濾膜在飲水處理中除了軟化之外，多用於脫色、去除天然有機物與合成有機物(如農藥等)、三致物質、消毒副產物(三鹵甲烷和鹵乙酸)及其前體和揮發性有機物，保證飲用水的生物穩定性等。

三致物質的去除

研究表明，納濾膜能夠去除水中大部分的有毒有害的有機物和Ames致突變物，使TA98及TA100菌株在各試驗劑量下的致突比MR值均小於2 ，Ames試驗結果呈陰性。進一步的研究將要考察納濾技術對飲水中的內分泌干擾物質的截留特性，為安全優質飲水提供依據。

消毒副產物去除

消毒副產物主要包括三鹵甲烷(THMs)、鹵乙酸(HAAs)和可能的三氯乙醛氫氧化物(CH)。國外的科技工作者在這方面已開展了廣泛的研究，納濾膜對這三種消毒副產物的前體物的平均截留率分別為97%、94%和86%。通過合適的納濾膜的選用, 可以使得飲用水水質滿足更高的安全優質飲水水質標準。 此外，納濾出水是低腐蝕性的，對飲用水管網的使用期和管道金屬離子的溶出有正面的影響，有利於保護配水系統的所有材科。試驗表明採用必要後處理的納濾膜系統能夠使管網中鉛的溶解減少50%，同時使其他溶出的金屬離子濃度滿足飲水水質標準要求。

揮發有機物去除

對飲用水中痕量揮發性有機物具有較高的去除率。

管道直飲水套用

納濾可以截留二價以上的離子和其他顆粒，所透過的只有水分子和一些一價的離子(如鈉、鉀、氯離子)。納濾可以用於生產直飲水，出水中仍保留一定的離子，並可降低處理費用。

套用

領域

納濾膜的套用範圍很廣泛，主要包括以下一些方面：

1、地下水除硬度

2、地表水除有機物、色度

3、油水分離

4、乙二醇回收

5、硫酸銅回收

6、有機、無機液體分離、濃縮

7、染料提純、濃縮、脫鹽

8、天然藥物分離、濃縮

9、發酵液濃縮

家用飲水機

膜技術。在我國農村，小鎮水廠中，往往管理不嚴，容易造成出水帶菌，也須深度處理。