纳滤设备广泛应用于电子、食品、等行业,如超纯水的制备、高浓度果汁、肽和氨基酸的分离、抗生素的浓缩纯化、乳清蛋白的浓缩、纳滤膜与生化反应器的耦合等。与超滤装置或反渗透装置相比,纳滤工艺对单价离子和分子量在200以下的有机物的截留率较差,但对二价或多价离子和分子量在200 ~ 500之间的有机物的去除率较高。基于这一特性,纳滤工艺主要用于水的软化和净化,以及相对分子质量数百的物质(如染料、抗生素、多肽、多糖等化工和生物工程产品)的分离、分级和浓缩,纳滤设备主要用于去除饮用水中的钙、镁离子、三卤甲烷中间体、异味、颜色、农药、合成洗涤剂、可溶性有机物和蒸发残渣等硬度成分。
纳滤可以替代传统的薄膜蒸发、真空浓缩和冷冻干燥等方法,提高产品浓度,浓缩倍数可达2 ~ 10倍,并保证产品回收率95% ~ 98%。纳滤分离过程无化学反应,不加热,不相变,不破坏生物活性。适用于分子量1 000以下的物质。大多数药物的分子量这个范围内。纳滤技术节能环保,越来越多地应用于行业的各种分离、精制和浓缩过程。将纳滤技术推向市场可以形成水处理技术的一个新分支。
随着人们环保意识的增强和资源的综合利用,人们希望在处理废水的同时实现有价物质的回收,如大豆乳清废液中含有约1%的低聚糖和少量的盐,亚硫酸盐法制备化纤浆和纸浆过程中的亚废液中含有2% ~ 2.5%的六糖和五糖,制糖工业中的废糖蜜中含有少量的盐等。
纳滤是一种绿色水处理技术,是国际上膜分离技术的发展,在某些方面可以替代传统的成本高、工艺繁琐的污水处理方法。具有纳米级孔径及电荷的过滤性能特征是:分子量大于200的有机物和多价离子可以被阻断,通过小分子有机物和单价离子。可在高温、酸、碱等恶劣条件下运行,膜耐受的条件范围广,浓缩倍数高,对污染也有抵抗力。工作压力低,膜通量高,装置工作成本低,能耗低(的推动力是压力)。
和超滤和反渗透等膜分离过程一样,纳滤也是以压力差异为原动力的膜分离过程,是不可逆的过程。分离机制可以使用电荷模型(空间电荷模型和固定电荷模型)、微孔模型、近年来提出的静电排除和立体障碍模型等来解释。与其他膜分离过程相比,纳滤的优点之一是可以透析通过超滤膜的小分子量的有机物,半透膜留下的部分无机盐3354可以将“浓缩”与脱盐同时进行。
但与此同时,纳滤膜在工业应用中也受到了一些缺点和不足的限制,包括膜污染、浓水处理、分离效果不完全等。主要可以从以下两个方面解决:根据应用所需的分离效果或污染物去除要求,设计合理的工艺或选择合适的膜类型;从长期运行的角度来看,需要加强过程控制,建立适合传质过程的传质模型,然后利用模型建立模拟手段,优化膜性能和处理效果。随着研究者对纳滤膜传质机理的深入研究、新型膜材料的研发、膜组件设计配置的优化以及过滤过程的模拟控制,新的发现和成果将有力推动纳滤膜在更多行业和领域的突破和进步。
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