纳滤膜在环境中的应用.ppt

纳滤膜在环境中的应用 一、功能材料 二、纳滤膜简介 三、纳滤膜在环境中的应用 一、功能材料 1、概念： 以特殊的电、磁、声、光、热、力、化学及生物等性能作为主要性能指标的一类材料。即在声、光、电、磁、热及化学性能上有特殊效应的，用于非结构目的的高技术材料。 2、功能材料分类： 随着技术的发展和人类认识的扩展，新型的功能材料不断被开发出来，因此对其也产生了许多不同的分类方法。从功能的不同考虑，可将功能材料分为以下四类。 ? 弹性功能材料 强化功能材料 ⑴按力学功能分 (2)按化学功能分 （3）按物理化学功能分 电学功能材料 光学功能材料 能量转换材料 （4）按生物化学功能分 医用功能材料 A 功能性药物 B 生物降解材料 C 二、纳滤膜简介 1、纳滤膜概念： 纳滤膜(NF)是一种具有纳米级微孔结构并在微孔壁面带有电荷的分离膜，其孔径为1nm左右。 2、纳滤膜的发展历史： 1748年Abbe Nollet通过对动物的膀胱的研究发现了渗透现象 1886年Vant Hoff建立了渗透压方程，随后和J W Gibbs一起完善了稀溶液的的完整理论，由此奠定了关于渗透的理论基础。 在1748年后的260年间人类逐渐揭示了渗透现象的本质，并且基于此发明了分离膜。 1976年北极星研究所J E Cadotte研究的NS-300聚哌嗪酰胺高选择性复合膜被认为是纳滤研究的开端。 1984年由Filmtec公司正式将该技术命名为纳滤，并在此基础上开发出第一种商用纳滤组件，随后纳滤技术迅猛发展，以NF-40为代表的高性能商业化纳滤膜组件大量出现。 我国的纳滤膜研究始于80年代末，目前国内的纳滤膜研究依然处于起步阶段，有少量的商品化纳滤膜组件出现，但是较之国际先进水平有不小的差距。 3、纳滤膜材料的研究进展 膜材料是决定膜性能的关键性因素，膜材料的开发是膜开发的基础。良好的纳滤膜材料应该具有以下优点： （1）制成的膜要有较高的通量和脱除率 （2）制成的膜要有良好的化学稳定性，耐水解，耐化学清洗 （3）制成的膜要有良好的机械稳定性 （4）制成的膜要有良好的耐污染性能。 4、纳滤膜的主要分类 按材料类型来分，有无机膜材料和有机膜材料两大类，其中无机膜材料主要有陶瓷膜，金属氧化物膜等。有机聚合物膜是目前纳滤膜中商业化程度最高的，其中主要有醋酸纤维素和聚酰胺两大类。 4.1无机纳滤膜材料 无机膜材料主要用于超滤膜和微滤膜，相对与有机聚合物膜有化学稳定性好，机械强度大，生物耐受性强，适用温度范围广，易清洗等优点，但是由于无机膜材料不耐强碱，切脆性大，弹性小，成膜加工困难，使其造价较高而未得到广泛应用，尤其是应用于纳滤膜制备的无机膜材料更少，目前用于纳滤膜制备的主要有氧化铝，氧化硅，氧化锆，氧化钛等。 4.2有机纳滤膜材料 纤维素类纳滤膜材料主要包括醋酸纤维素（CA）和三醋酸纤维素（CTA）。下图为三醋酸纤维素的一般结构单元： 醋酸纤维素在膜材料中具有重要地位，纤维素来源广，没有毒性，制膜工艺简单，对余氯的耐受性很高，但是也存在着pH适用范围窄，抗菌性差等问题。醋酸纤维素最大的缺点是耐压密性差，在高压的作用下易发生蠕变，而导致膜孔变小，使通量不可逆地减小。为使醋酸纤维素类可以更好的应用到纳滤膜的制备中，人们对其进行改性研究。由于纳滤膜的特殊性质，在以醋酸纤维素为膜材料制备时必须改变醋酸纤维素的配比和组成尤其是致孔剂。 三、纳滤膜在环境中的应用 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电位不一样。这种独特性能决定了纳滤膜在食品、生化制药、水处理和化工等领域的广泛应用。 3.1纳滤膜在水处理中的应用 纳滤膜技术可有效去除微污染水源中的有机物、藻类(藻毒素)、细菌、病毒和重金属离子等污染物，实现“最大程度地去除原水中的有毒有害物质，同时保留原水中对人体有益的微量元素和矿物质的饮用水”的水质目标。纳滤膜至今已成为21世纪饮用水净化的首选技术。Vedat Uyak等人和Angeles de la Rubia等人均比较了采用不同的膜技术除去饮用水中的天然有机物质和三卤甲烷，结果表明纳滤是目前最有效技术之一。 纳滤膜可成功应用于造纸、电镀、机械加工的废水(液)的处理。在电镀加工和合金生产过程中，经常需要大量水冲洗。清洗水中，含有浓度相当高的重金属，如镍、铁、铜和锌等。为了使这些含有金属的废水符合排放要求，一般的措施是将重金属处理成氢氧化物沉淀除去。采用纳滤膜技术，不仅可以回收90%以上的废水，使之纯化，而且可使重金属量浓缩10倍以上，浓缩后的重金属具有回收利用价值。如控制适当条