纳米膜

材料学术语

纳米膜分为颗粒膜与致密膜。颗粒膜是纳米颗粒粘在一起，中间有极为细小的间隙的薄膜。致密膜指膜层致密但晶粒尺寸为纳米级的薄膜。可用于：气体催化（如汽车尾气处理）材料；过滤器材料；高密度磁记录材料；光敏材料；平面显示器材料；超导材料等。

技术参数

使用特征：高脱盐率

标准脱盐率：99.5%

透过水量：2,400（9.1）gpd

操作压力：110（0.76）psi(Mpa)

测试液浓度：500mg/L

单支元件回收率或浓水流量：15%

定义标准

纳滤膜定义到如今为止，对纳滤膜的准确定义、机制、特征等的认识还远远不充分。学术界比较统一的解释纳滤膜的定义包括以下七个方面：

① 纳滤膜介于反渗透和超滤膜之间，其膜表面分离皮层可能具有纳米级微孔结构。

② 相对于反渗透膜NaCI的脱除率均在95%以上，一般将NaCI脱除率为90%以下的膜均可称之为纳滤膜。

③ 反渗透膜几乎对所有溶质都有很高的脱除率，而纳滤膜只对特定的溶质具有脱除率。

④ 纳滤膜孔径在1nm以上，一般1～2nm。

⑤ 主要去除一个纳米左右的溶质粒子，截留分子量在200～1000道尔顿。

⑥ 反渗透膜几乎均为聚酰胺材质，而纳滤膜材料可采用多种材质，如醋酸纤维素、醋酸-三醋酸纤维素、磺化聚砜、磺化聚醚砜、芳香聚酰胺复合材料和无机材料等。

⑦ 一般纳滤膜的表面形成高聚物电解质因而常常有较强的负电荷性。

纳滤原理

与超滤及反渗透等膜分离过程一样，纳滤也是以压力差为推动力的膜分离过程，是一个不可逆过程。其分离机制可以运用电荷模型（空间电荷模型和固定电荷模型）、细孔模型以及近年来才提出的静电排斥和立体阻碍模型等来描述。与其他膜分离过程比较，纳滤的一个优点是能截留透过超滤膜的小分子量的有机物，又能透析反渗透膜所截留的部分无机盐——也就是能使“浓缩”与脱盐同步进行。

NF膜分离需要的跨膜压差一般为0.5～2.0MPa，比用反渗透膜达到同样的渗透能量所必须施加的压差低0.5～3MPa。在同等的外加压力下，纳滤的通量要比反渗透大得多，而在通量一定时，纳滤所需的压力则比反渗透的低很多。所以用纳滤代替反渗透时，“浓缩”过程可更有效、快速地进行，并达到较大的“浓缩”倍数。一般来讲，在使用纳滤膜进行的膜分离过程中，溶液中各种溶质的截留率有如下规律：

① 随着摩尔质量的增加而增加；

② 在给定进料浓度的情况下，随着跨膜压差的增加而增加；

③ 在给定压力的情况下，随着浓度的增加而下降；

④ 对于阴离子来说，按NO3ˉ、CIˉ、OHˉ、SO42ˉ、CO32ˉ 顺序上升。

⑤ 对于阳离子来说，按H+、Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cu2+ 顺序上升。

纳滤膜应用

纳滤膜的这些性能决定了其在饮水处理中特有的广阔的应用，简述如下。

① 软化：膜软化水主要是利用纳滤膜对不同价态离子的选择透过特性而实现对水的软化。膜软化在去硬度的同时，还可以去除其中的浊度、色度和有机物，其出水水质明显优于其他软化工艺。而且膜软化具有无须再生、无污染产生、操作简单、占地面积省等优点，具有明显的社会效益和经济效益。

膜软化在美国已很普遍，佛罗里达州近10多年来新的软化水厂都采用膜法软化，代替常规的石灰软化和离子交换过程。如今，随着纳滤性能的不断提高，纳滤膜组件的价格不断下降，膜软化法在投资、操作、维护等方面已优于或接近于常规法。

② 用于去除水中有机物：纳滤膜在饮水处理中除了软化之外，多用于脱色、去除天然有机物与合成有机物（如农药等）、三致物质、消毒副产物（三卤甲烷和卤乙酸）及其前体和挥发性有机物，保证饮用水的生物稳定性等。

纳米膜分离技术是近年来发展起来的膜分离技术，是指膜的纳米级分离过程。其通过截留相对分子量为300~100000(被分离物料粒径相当于0.3~100纳米)的膜进行分离、纯化，包括了纳滤和部分超滤技术所能分离的量程范围，也是一种以压力为驱动的膜分离过程。由于纳米膜分离技术的截断物质相对分子量范围比反渗透大，而比部分超滤小，因此，纳米膜分离技术可以截留能通过超滤膜的部分溶质，而让不能通过反渗透膜的物质通过，从而有助于降低目的截留溶质的损失。这种技术具有操作方便、处理效率高、无污染、安全和节能等诸多优点。

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