什么是纳滤膜,它和反渗透膜、超滤膜有什么区别?
最明显的区别是孔径很小,一般用于离子过滤。
逆渗透膜
反渗透的核心部件是具有一定特性的人工半透膜,由模拟生物半透膜制成。通常由聚合物材料制成。例如醋酸纤维素膜、芳香族聚酰肼膜和芳香族聚酰胺膜。表面微孔的直径一般在0.5 ~ 10 nm之间,渗透性与膜本身的化学结构有关。有些高分子材料对盐的拒水性很好,但对水的渗透率不好。一些聚合物材料的化学结构中有更多的亲水基团,因此水的渗透速度相对较快。因此,一个令人满意的反渗透膜应该具有适当的渗透率或脱盐率。
反渗透膜应具有以下特性:(1)在高流速下应具有高脱盐率;(2)机械强度高,使用寿命长;(3)它能在低操作压力下工作;(4)能够承受化学或生物化学作用的影响;(5)受pH值、温度等因素影响较小;(6)制膜原料来源容易,加工简单,成本低。
反渗透膜的结构包括不对称膜和均质膜。目前使用的膜材料主要是醋酸纤维素和芳纶。其组件有中空纤维型、辊型、板框型和管式。可用于分离、浓缩、净化等化工单元操作,主要用于纯水制备和水处理行业。
原理:反渗透又称反渗透,是一种以压力差为驱动力,将溶剂从溶液中分离出来的膜分离操作。当对膜一侧的料液施加压力时,当压力超过其渗透压时,溶剂将逆转自然渗透的方向。以便在膜的低压侧获得渗透溶剂,即渗透物;在高压侧获得浓缩溶液,即浓缩溶液。如果海水通过反渗透处理,淡水将在膜的低压侧获得,盐水将在高压侧获得。反渗透中,溶剂的渗透速率,即液体流动能n为:n = Kh(δp-δπ),其中Kh为水力渗透系数,随温度升高略有增加;δ p是膜两侧的静压差;δ π是膜两侧溶液的渗透压差。稀溶液的渗透压π为:π=iCRT其中I为溶质分子电离产生的离子数;c是溶质的摩尔浓度;r是摩尔气体常数;t是绝对温度。反渗透通常使用不对称膜和复合膜。反渗透使用的设备主要是中空纤维或卷式膜分离设备。反渗透膜可以截留水中的各种无机离子、胶体物质和大分子溶质,从而获得纯净水。也可用于大分子有机溶液的预浓缩。反渗透因其工艺简单、能耗低,近20年来发展迅速。目前已广泛应用于海水和苦咸水(见盐水)的淡化、锅炉水的软化和废水处理,并与离子交换结合生产高纯水。其应用范围不断扩大,已开始用于乳制品和果汁的浓缩,以及生化和生物制剂的分离浓缩。
反渗透膜的过滤精度
反渗透膜可以截留大于0.00001微米的物质,是最精细的膜分离产品。能有效拦截所有溶解盐类和分子量大于100的有机物,允许水分子通过。
超滤膜在工业上应用广泛,已成为新型化工单元操作之一。用于生物制品、医药制品和食品工业的分离、浓缩和纯化;它也用作血液处理、废水处理和超纯水制备中的终端处理装置。在我国,超滤膜已成功用于中草药的浓缩和纯化。随着技术的发展,超滤膜的筛选功能会得到改善和加强,对人类社会的贡献会越来越大。
产品结构
超滤膜的结构可分为对称型和非对称型。前者为各向同性,无皮层,各个方向孔隙相同,属于深层过滤;后者有致密的表层和指状的底层,表层厚度为0.1微米以下,并有有序的微孔,底层厚度为200 ~ 250微米,属于表面过滤。工业上使用的超滤膜一般是不对称膜。超滤膜的膜材料主要有纤维素及其衍生物、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺、聚砜酰胺、磺化聚砜、交联聚乙烯醇、改性丙烯酸聚合物等。
过滤原理
在超滤膜筛选过程中,膜两侧的压差是驱动力,超滤膜是过滤介质。在一定压力下,当原液流过膜表面时,超滤膜表面的许多微小微孔只允许水和小分子物质通过而成为透过液,而原液中大于膜表面微孔的物质被截留在膜的进液侧而成为浓缩液,从而达到原液净化、分离和浓缩的目的。每米超滤膜壁上约有60亿个直径为0.01微米的微孔,孔径只允许水中的水分子、有益矿物质和微量元素通过,而最小的细菌都在0.02微米以上,因此比细菌大得多的细菌、胶体、铁锈、悬浮物、沉淀物、大分子有机物等都可以被超滤膜截留,从而实现净化过程。
聚丙烯腈主要用于制造合成纤维(如腈纶)。用85%以上丙烯腈及其他第二、第三单体仿合成纤维。聚丙烯腈纤维的中国商品名。俗称人造羊毛。美国杜邦公司在20世纪40年代成功研制出纯聚丙烯腈纤维(商品名Olun),但由于染色困难,易原纤化,一直没有投入工业化生产。后来在提高聚合物的可模仿性和纤维的可染性的基础上,腈纶工业化了。不同的国家有不同的商品名,比如美国的Olun,akerley的nylon,Chryslon和Zephylon,英国的Courter,日本的Maurilon,Cashmere,Exelon和Beslan。腈纶的密度一般为1.16 ~ 1.18g/cm3,标准回潮率为1.0% ~ 2.5%。纤维的特点是蓬松性和保暖性好,手感柔软,耐候性好,防霉防蛀。主要用作人造纤维,俗称人造羊毛;羊毛、针织物(纯纺或与羊毛混纺)和机织物特别适用于室内装饰织物,如窗帘。在材料科学中,聚丙烯腈常被用作合成多孔材料的基体,如聚丙烯腈基活性炭。
可用于制作超滤的材料有很多,包括聚偏氟乙烯(PVDF)、聚醚砜(PES)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚砜(PS)、聚丙烯腈(PAN)、聚氯乙烯(PVC)等。在20世纪90年代早期,聚醚砜材料被商业化应用。90年代末,性能更好的PVDF超滤开始广泛应用于水处理行业。因此,聚偏氟乙烯和聚醚砜成为目前应用最广泛的超滤膜材料。