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膜分离工程纳滤PPT教案.pptx


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膜分离工程纳滤PPT教案.pptx
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膜分离工程纳滤
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。而超滤膜的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;
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。
纳滤的发展
纳滤和反渗透的截留特性比较
溶 质
RO
NF
单价离子(Na+,K+,Cl-,NO3-)
>98%
<50%
二价离子(Ca2+,Mg2+,SO42-,CO32-)
>99%
>90%
细菌、病毒
>99%
>99%
微溶质(Mw>100)
>90%
>50%
微溶质(Mw<100)
0~90%
0~50%
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。
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。
纳滤的特点
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,这是纳滤膜在较低压力下仍具有较高脱盐性能的重要原因。
Donnan平衡理论
 将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。
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>***离子>***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。
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