膜分離技術是物質分離技術中的一個單元操作。膜法分離的最大特點是驅動力主要為壓力,不伴隨需要大量熱能的變化。因而有節能、可連續操作、便于自動化等優點。膜分離中的微濾(MF)、超濾(UF)不能脫除各種低分子物質,故單獨使用時,出水質量仍較差。反滲透膜(RO)有較強的去除率,但在去除有害物質的同時也去除了水中大量有益的無機離子,出水呈酸性,不符合人體需要。而納濾膜(NF)分離技術在有效去除水中有害物質的同時,還能保留大多數人體必須的無機離子,且出水pH值變化不大。這種水處理方法對于我國目前的飲食結構而言,尤其是營養結構單一的人員來說,更易被接受,也更加合理。
為進一步開發和研究納濾膜,以便其更有效地應用于水處理,我們安裝了兩種型號的納濾膜設備并進行了比較研究,這兩種型號的納濾膜均由美國Trisep公司生產,材質為PA,型號分別為NF1(NFTS40)和NF7(NFTS80)。
1、納濾膜的定義及分離原理
1.1 納濾膜的定義、特點
NF膜早期被稱為松散反滲透(Loose RO)膜,是80年代初繼典型的RO復合膜之后開發出來的。可這樣來論述“納濾”的概念:適宜于分離分子量在200g/mol以上,分子大小約為1nm的溶解組分的膜工藝。
納濾膜的一個特點是具有離子選擇性:具有一價陰離子的鹽可以大量滲過膜(但并不是無阻擋的),然而膜對具有多價陰離子的鹽(例如硫酸鹽和碳酸鹽)的截留率則高得多。因此,鹽的滲透性主要由陰離子的價態決定。
1.2 納濾膜的分離原理
納濾過程之所以具有離子選擇性,是由于在膜上或者膜中有負的帶電基團,它們通過靜電互相作用,阻礙多價離子的滲透。根據文獻[1]說明,可能的荷電密度為0.5~2meq/g.
為此,我們可用道南效應加以解釋:
ηj=μj+zj.F.φ
式中ηj——電化學勢;
μj——化學勢;
zj——被考查組分的電荷數;
F——每摩爾簡單荷電組分的電荷量(稱為法拉第常數);
φ——相的內電位,并且具有電壓的量綱。
式中的電化學勢不同于熟知的化學勢,是由于附加了zj.F.φ項,該項包括了電場對滲透離子的影響。利用此式,可以推導出體系中的離子分布,以計算出納濾膜的分離性能。