




纳滤膜
北京赛普瑞特设备有限公司是一家***的膜产品供应商,可以为用户提供卷式反渗透(RO)、纳滤(NF)、超滤(UF)、微滤(MF)、MBR、DTRO、STRO/NF等各类膜分离元件和过滤产品以及相关配套设备。
纳滤过程的关键是纳滤膜。对膜材料的要求是:具有良好的成膜性、热稳定性、化学稳定性、机械强度高、耐酸碱及微生物侵蚀、耐氯和其它氧化性物质、有高水通量及高盐截留率、抗胶体及悬浮物污染,价格便宜且采用的纳滤膜多为芳香族及聚酸氢类复合纳滤膜。王玉红等人选择了ESNA1型纳滤膜对N***、MgCl2、Na2SO4、MgSO4等4种无机单盐水溶液体系进行分离实验。复合膜为非对称膜,由两部分结构组成:一部分为起支撑作用的多孔膜,其机理为筛分作用;另一部分为起分离作用的一层较薄的致密膜,其分离机理可用溶解扩散理论进行解释。对于复合膜,可以对起分离作用的表皮层和支撑层分别进行材料和结构的优化,可获得性能优良的复合膜。膜组件的形式有中空纤维、卷式、板框式和管式等。其中,中空纤维和卷式膜组件的填充密度高,造价低,组件内流体力学条件好;但是这两种膜组件的制造技术要求高,密封困难,使用中抗污染能力差,对料液预处理要求高。而板框式和管式膜组件虽然清洗方便、耐污染,但膜的填充密度低、造价高。因此,在纳滤系统中多使用中空纤维式或卷式膜组件。
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纳滤膜的制备方法
复合法
复合法是目前用得***多也是较有效的制备纳滤膜的方法,也是生产商品化纳滤膜品种***多,产量较大的方法。该方法就是在微孔基膜上复合上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。
1. 微孔基膜的制备
微孔基膜主要有两种制备方法。针对磁场应用于自来水纳滤软化过程的初步研究表明:与同样条件下的对照实验相比,磁场的存在可以减缓纳滤膜通量衰减的速度。一种是烧结法,可由陶土或金属氧化物(如Al2O3,Fe2O3)高温烧结而成,也可由高聚物粉末(如PVC粉)热熔而成。另一种是L-S相转化法,可由单一高聚物形成均相膜,如聚砜超滤膜,也可由两种或两种以上的高聚物经液相共混形成合金基膜,如含酞基聚芳醚酮与聚砜(PEKC-PSF)合金膜。
2.超薄表层制备及复合
超薄表层的制备及复合方法有涂敷法、界面聚合法、化学蒸气沉积法、动力形成法、水力铸膜法、等离子体法、旋转法等。后三者正处于研究中,现主要介绍四种。
(1)涂敷法 涂敷法是将铸膜液直接刮到基膜上,可借助外力将铸膜液轻轻压入基膜的大孔中,再利用相转化法成膜。
对无机铸膜液,如氧化钛可先将颗粒细小均匀的Ti(OH)4胶体沉淀在无机膜(如微孔Al2O3基膜)上,再经高温烧结时,由于其在溶胶-凝胶转化时晶型发生变化很容易形成纳米级孔,因此很易通过控制烧结温度制得具有纳米级表层孔的无机复合膜。
对高聚物铸膜液,涂刮到基膜上后,经外力将铸膜液压入基膜的微孔中,再经L-S相转化成膜,该方法的关键是合理选择铸膜液配方,如加入高分子添加剂及铸膜液的压入程度等工艺条件以形成纳米级孔径。
另外,还可用此法将两种铸膜液结合起来形成有机-无机双活性层纳滤膜,以使有机、无机双活性层达到膜性能上的互补作用。
(2)界面聚合法 这是目前世界上较有效的制备纳滤膜的方法,也是生产工业化纳滤膜品种较多、产量较大的方法。这类工业膜主要有NF系列、UTC系列、ATF系列、MPT系列、MPF系列及A-15膜等。
该方法就是利用P.W. Morgan的界面聚合原理,使反应物在互不相溶的两相界面发生聚合成膜。首先高性能商品化纳滤膜的使用寿命仍然收到制备工艺的限制,在膜的改性领域还有大量的研究需要进行,其次,缺乏商品化大型纳滤膜成套设备的生产及实际应用经验。一般方法就是用微孔基膜吸收溶有单体或预聚体的水溶液,沥干多余铸膜液后,再与溶有另一单体或预聚体的油相接触一定时间,反应物就在两相界面处反应成膜。为了使膜的性能更佳,这样制得的膜还要经水解荷电化、或离子辐射、或热处理等后处理。
该方法的关键是选择好铸膜液配方和控制好反应物在两相中的分配系数和扩散速率以使膜表面的疏松程度合理化。
(3)化学蒸气沉淀法 先将一化合物在高温下变成能与基膜(如微孔Al2O3基膜)反应的化学蒸气,再与基膜反应使孔径缩小成纳米级而形成纳滤膜。
(4)动力形成法 利用溶胶-凝胶相转化原理首先将一定浓度的无机或有机聚电解质,在加压循环流动系统中,使其吸附在多孔支撑体上,由此构成的是单层动态膜,通常为超滤膜,然后需在单层动态膜的基础上再次在加压闭合循环流动体系中将一定浓度的无机或有机聚电解质吸附和凝集在单层动态膜上,从而形成具有双层结构的动态纳滤膜。(3)改变操作方式:改变操作方式实际上是改善膜面流动方式,其主要方法有:一是在膜过程中采取一定的操作策略。
几乎所有的无机或有机聚电解质都可以作为动态膜材料。当时,以色列脱盐公司用“混合过滤”(hybridfiltration)来表示介于反渗透与超滤之间的膜分离过程,称为松散反渗透(looseRO)膜。无机类材料有Al3+、Fe3+、Si4+、Th4+、V4+等离子的氢氧化物或水合氧化物;有机类有聚***、聚乙烯磺酸、聚丙烯酰胺等。通过控制合适的循环液组成及浓度,加压方式等条件,可制得高水通量的纳滤膜。
影响动态膜性能的主要因素有:多孔支撑基体的孔径范围,无机或有机聚电解质的类型、浓度和溶液的pH值。
纳滤膜组件
商业上的纳滤膜组件大多为卷式组件,此外也有采用管式和中空纤维式的纳滤膜组件。纳滤膜有2个特性:1、对不同有机物组分的分离性能,分子量的“切割”范围约为200-1000;2、膜表面负电荷对不同电荷和不同价态阴离子的Donnan点位不一样。对高聚物铸膜液,涂刮到基膜上后,经外力将铸膜液压入基膜的微孔中,再经L-S相转化成膜,该方法的关键是合理选择铸膜液配方,如加入高分子添加剂及铸膜液的压入程度等工艺条件以形成纳米级孔径。纳滤膜的独特性能决定了它的应用范围,适用于下述三种情况下的物质分离:1、对单价盐分离的截留率要求不高;2、要求进行不同价态离子的分离;3、要求对高分子量有机物与低分子量有机物进行分离。
