纳滤膜技术教学课件.ppt

纳滤 主讲人：张辉 PPT制作者：刘晋高、吴桐 搜集资料者：胡腾、杨光剑、周颖 概述 纳滤膜分离在常温下进行，无相变，无化学反应，不破坏生物活性，能有效的截留二价及高价离子和相对分子质量高于200的有机小分子，而使大部分一价无机盐透过，可分离同类氨基酸和蛋白质，实现高分子量和低分子量有机物的分离，且成本比传统工艺低。 筛分效应：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。 电荷效应（Donnan效应）：离子与膜所带电荷的静电相互作用。 传质机理及模型 纳滤对极性小分子有机物的选择性截留是基于溶质分子的尺寸和电荷。（1）根据离子所带电荷选择性吸附在膜的表面； （2）在扩散、对流、电泳移动性能的共同作用下传递通过膜。 2、电荷模型 又可分为空间电荷模型和固定电荷模型 固定电荷模型假定膜是均质无孔的，在膜中的固定电荷分布是均匀的，它不考虑孔径等结构参数，认为离子浓度和电势在传质方向上具有一定的梯度。该模型首先用于离子交换膜，随后用来表征荷电型RO和NF膜的截留特性和膜电位。 4、静电位阻模型 该模型将细孔模型和固定电荷模型结合起来。它假设膜分离层由孔径均一、表面电荷分布均匀的微孔构成。它考虑了膜的结构参数对膜分离过程的影响，截留率由道南效应与筛分效应共同决定。由于道南效应的影响，物料的荷电性，离子价数，离子浓度，溶液pH值等对NF膜的分离效率有一定的影响。 纳滤装置 与反渗透、超滤装置一样，纳滤膜组件有4种形式： 卷式（最常见，主要用于脱盐及超纯水的制备） 中空纤维式（水的软化） 板框式（处理粘度较大的料液） 管式（处理含悬浮物、高粘度的料液） 纳滤技术的应用 Ⅰ、在水处理方面的应用 膜法软化水是NF膜的最重要的工业应用之一。NF膜一般可用于去除Ca2+、Mg2+等硬度成分、三卤甲烷中间体（致癌物的一种前驱物）、异味、色度、农药、可溶性有 机物及蒸发残留物质，并在低压下实现水的软化及脱盐。膜法软化水在美国已很普遍，佛罗里达州近10多年来新的软化水厂都采用膜法软化。 NF技术已成功地应用于红霉素、金霉素、万古霉素和青霉素等多种抗生素的浓缩和纯化过程中。例如6-APA（6-氨基青霉烷酸）相对分子质量为216，是重要的半合成抗生素原料，用于生产各种半合成青霉素药物，如氨苄西林、阿莫西林等。我们选用英国PCI公司的AFC-30型管式NF膜，该膜的截留相对分子质量约200，两根膜管并联操作，每根膜的面 * * 纳滤（Nanofihratiori) 纳滤（NF）：是一种介于反渗透和超滤之间的新型膜分离技术，早期称为“低压反渗透”或“疏松反渗透”。纳滤膜的截留相对分子质量200~2000之间，膜孔径约为1nm，故称为“纳滤”。 特点： 纳滤膜的孔径和膜存在的带电基团使其分离具有两个特性，即筛分效应和电荷效应。 ①对不同价态离子截留效果不同，对二价和高价离子的截留率明显高于单价离子。 ②对离子的截留受离子半径的影响。 ③截留相对分子质量在200~1000之间，适用于分子大小为1nm的溶解组分的分离。 几种类别膜及透过特性： 传质机理：纳滤与超滤、反渗透均是以压力差为推动力的膜过程，但它们的传质机理有所不同。超滤膜主要为孔流形式（筛分效应）；反渗透为溶解~扩散过程（静电效应）；而纳滤介于它们两者之间，对无机盐的分离行为不仅受化学势控制，同时也受电势梯度的影响。 传质模型： 1、非平衡热力学 纳滤膜的分离过程也是以压力差为驱动力，产生溶质和溶剂的透过通量的，其通量可以由非平衡热力学模型建立的现象论方程式来表征。 溶质透过通量： 截留率： 溶剂透过通量 溶质透过通量 膜的截留率 空间电荷模型假设膜为有孔膜（毛细管通道），电荷分布在毛细管通道的表面，离子浓度和电势能除了在传质方向分布不均外，在孔的径向也存在电势能分布和离子浓度分布。该模型可表征电解质及其离子在荷电膜内的传递。 3、细孔模型 该模型考虑了溶质的空间位阻效应和溶质与孔壁之间的相互作用。可借助该模型来确定膜的结构参数，也可适用于NF膜的结构评价。 管式NF膜系统 螺旋卷式NF膜系统 1. 无机污染 CaCO3垢是由化学沉降作用引起的。SiO2胶体颗粒主要是由胶体富集作用决定的。 2. 有机污染 极性有机物在膜表面吸附是氢键作用、色散力吸附和憎水作用的结果。膜表面电荷、憎水性、粗糙度，对膜的有机吸附污染及阻塞有重大影响。 纳滤膜的污染及清洗 对于非极性的、憎水性的有机物会浓缩在膜表面上；其次，高分子有机物的浓差极化也有利于它们吸附在膜表面上；再次，水中钙离子等与有机物官能团相互作用，会改变这些有机物分子的憎水性和扩散性。 3. 微生物污染