纳滤膜技术及其应用的研究进展

随着膜技术的发展,20世纪80年代出现的纳滤膜弥补了反渗透与超滤之间的空白。纳滤膜(nanofiltration membrane,NF)又称“疏松型”反渗透膜。通常情况下,膜的截留相对分子质量界限为200~1 000。与截留相对分子质量相对应的膜孔径为1~3 nm,故将这类膜称为纳滤膜。纳滤膜可以截留糖类等低相对分子质量有机物和高价无机盐(MgSO4等),但对单价无机盐的截留率低(仅为10%~80%),具有相当大的透过能力。由于单价盐可以自由透过纳滤膜,使得膜两侧因离子浓度不同而造成的渗透压差远远低于反渗透膜。在相同通量条件下,纳滤膜所要求的驱动压力比反渗透膜要低得多。一般纳滤的操作压力为0.5~1.5 MPa。由于纳滤膜的这种独特分离性能,确定了它在水软化和低相对分子质量有机物纯化浓缩的地位。此外,纳滤膜能有效去除许多中等相对分子质量溶质,如消毒副产物的前驱物、残留农药和某些色素等,因而在水净化处理和脱色中得到广泛应用。     

面向染料清洁生产和染料废水处理的纳滤技术

综述了纳滤膜对含盐染料溶液的分离原理、纳滤膜的选择、纳滤脱盐浓缩工艺过程与应用研究、纳滤处理染料废水与资源化方面的应用研究、纳滤技术的经济性以及应用过程中膜污染的控制。指出利用纳滤技术改进染料生产工艺是可行的,能够实现染料清洁生产,具有明显的经济效益和环境效益;采用纳滤处理染料废水,浓缩液和透过液可以分开处理,易于资源化,并且有利于染料废水的后继处理,是高浓度高含盐染料废水的一种有效处理方法。     

天然沸石与纳滤组合工艺处理铜突发污染的应用

纳滤工艺被广泛应用于分散式饮用水深度处理,能解决饮用水苦咸化,盐碱化或微污染等常规水处理工艺无法规避的用水风险,在长时间运行过程中还能有效应对重金属等突发污染风险。但重金属污染易加重纳滤膜污染,需要增设预处理装置加以缓冲,实现纳滤装置的长久稳定运行。而天然沸石具有良好的筛分性能和吸附性能,能够有效缓冲重金属对纳滤装置的冲击。试验以重金属铜为例,证明水中铜离子会造成纳滤不可逆污染比例增加,不利于系统稳定运行;天然沸石对铜离子有很好的吸附效果,静态吸附试验表明天然沸石对水中铜离子的最大吸附量为3.03 mg/g,通过正交试验合理设计吸附预处理,能够有效为纳滤工艺提供安全进水,保证纳滤进水铜离子浓度低于10 mg/L。实践工艺中,吸附预处理能有效缓解纳滤膜不可逆污染,而且吸附-纳滤组合工艺对铜离子及部分其他重金属离子表现出良好的处理效果。     

我国纳滤膜技术的研究进展

本文对近十几年来我国纳滤膜技术的研究进展概况作了综合介绍。     

低压反渗透和纳滤在水的净化和脱盐中的应用

研究了低压余ESPA-1膜和纳滤UPMN-P膜的工作特点。所使用的模拟溶液中含有不同浓度的NaCl、CaCl2、CsCl和SrCl2，OPMN-P膜显示出可以减少水的硬度，而ESPA-1膜既成功地从微碱水中去除了二价离子，又成功地去除了单价离子。研究结果已经被应用于正在开发的工业设备。     

渤海莱州湾地下卤水纳滤过程的结垢趋势研究

针对莱州湾地下卤水纳滤过程中纳滤膜表面无机物结垢的问题,利用饱和度法系统研究了碳酸钙、硫酸钙在卤水体系和纳滤过程中的结垢趋势和影响因素。结果表明,在常温下原料卤水中的碳酸钙处于饱和状态,而其中的硫酸钙处于不饱和状态,因此在外部因素诱导下,碳酸钙更容易发生沉淀;降低卤水的pH可以有效抑制碳酸钙结垢;当逐步提高卤水的产水回收率时,纳滤浓水侧卤水中硫酸钙结垢的风险增大,在纳滤精制卤水过程中选择合适的产水回收率可以降低硫酸钙结垢的风险。     

超临界流体与膜过程的耦合技术

介绍了超临界流体与膜过程的耦合技术的研究进展和最新研究成果。将超临界CO_2萃取与纳滤过程相耦合,可以不经历压力、温度和相变循环而使CO_2循环利用,从而降低过程能耗、减小操作费用。将纳滤过程与超临界CO_2萃取相耦合,可以对萃取收率和选择性独立调控,使它们分别达到最佳值,从而实现对萃取物在高收率条件下达到精细分离的目的。将超临界CO_2引入高粘性液体的超滤过程,会在不提高温度和无需引入化学剂的情况下,大大降低流体粘度、增大透过流率、提高过滤效率、减小过程能耗,同时也有利于环境保护、提高产品质量。     

煤化工高盐废水的纳滤膜分盐效果分析

以某煤化工厂两级反渗透浓水为研究对象,采用纳滤膜进行分盐,考察了不同操作压力下纳滤膜对水中主要组分截留效果的影响。试验结果表明,纳滤膜对于SiO_2和COD的去除率分别为35.2%和54.8%;膜产水侧电导率和TDS明显下降,浓水侧电导率和TDS明显升高,且膜对TDS的截留率随着操作压力的增加逐渐升高;膜对Cl-呈负截留,负截留效果随压力增加而效果越显著;膜对SO_4~(2-)的平均截留率高达98.7%;产水侧Cl-和SO_4~(2-)质量浓度比明显升高,平均可达58.24,分盐效果较好。纳滤产水经蒸发结晶所得NaCl达到GB/T 5462—2015《工业盐》标准中工业干盐一级品要求;纳滤浓水经冷冻结晶所得Na2SO4达到GB/T 6009—2014《工业无水硫酸钠》标准中Ⅰ类工业无水Na_2SO_4一等品要求。     

发酵液的组成对纳滤分离谷氨酰胺的影响

研究了谷氨酰胺发酵液中盐离子对纳滤分离提取谷氨酰铵的作用，系统地考察了操作温度和发酵液组成对纳滤分离透过特性的影响，确定了纳滤分离时发酵液最佳稀释倍数和操作温度. 结果表明，二价阳离子通过改变膜面电荷密度对谷氨酸的透过特性产生很大影响，使其截留率降低了8%. 发酵液中较高浓度的(NH4)2SO4使谷氨酸和谷氨酰胺的截留率和透过通量明显降低，但较高浓度的NH4Cl影响较小，这体现了纳滤膜对不同离子排斥力的差异. 当发酵液稀释至谷氨酰胺浓度为1%，pH调至7时，发酵液中的其它盐离子和残糖因浓度较低而对纳滤分离影响不显著.