纳滤膜技术的发展及应用.doc

1、化工装备技术第23卷第4期2002年19纳滤膜技术的发展及应用刘玉荣刘玉荣.女.1937年2月生.研究员。杭州市，310012,陈一鸣陈东升(国家海洋局杭州水处理中心） 摘要介绍了纳滤膜特性，纳滤膜与反渗透膜、超滤膜的区别和联系，以及国内 外纳滤技术的发展概况，同时介绍了纳滤膜的一些应用情况，并探讨了纳滤膜技术 的应用前景。万方数据关键词纳滤膜纳滤技术除盐浓缩刖g纳滤膜在20世纪90年代以前称之为疏松 的反渗透膜或低压反渗透膜，此后，高从阶院士 等在全国膜学术交流会上介绍了国内外纳滤技 术的进展1.从此，纳滤技术在国内迅速发展。纳滤膜孔径范围在纳米级，截留分子量 1001000之间的物质，是一

2、种介于反渗透和 超滤之间的膜过程。它具有膜技术共同的高效 节能的特点，是近年来世界各国优先发展的膜 技术之一。纳滤膜能截留高价盐而透过单价盐， 能截留分子量1以上的有机物而使小分子有 机物透过膜。它的分离特性是反渗透膜和超滤 膜无法取代的。反渗透膜几乎对所有的溶质都 有很高的截留率，超滤膜只能截留大分子，纳 滤膜只能对特定溶质有很高的截留率，还具有 反渗透、超滤技术的共性，所以应用十分广泛。 纳滤技术已在水的软化、溶液脱色、染料除盐 浓缩和生化物质纯化浓缩中产生了一定的经济 效益和社会效益。根据我国国民经济发展的需要和纳滤技术 所显示的液体分离的独特作用和良好的经济效 益前景，开发不同膜材料的

3、纳滤膜和不同应用 领域的纳滤分离工艺，使我国不仅有纳滤膜产 品及其装置，也有纳滤技术产业基础，建立我 国自己的纳滤膜工业。这样既可带动有关材料 开发技术，膜制造技术，组器工艺及成套技术. 又可推动有关领域中生产工艺的革新，产品质明了渗透通量的三个主要影响因素。(3)旋转流膜微滤的应用研究证实了此种 膜器的优越性，它是一种结构不复杂、通量大、 分离质量好、能量利用率高的新颖膜器结构，其 应用前景十分宽广。参考文献1 Belfort G, et al. The behaviors of suspensions and macromolecuie in cross-flow micro-filtra

4、tion, J MembSci，1994，96:卜 182 Col man D G, et al. Enhanced mass transfer for mem-brane processes. Trans Inst Chen Eng vSei. 1974 29； 192719313陈文梅主编.流体力学基础.北京：化学工业出版社-， 1995.4方为茂.管式陶瓷膜十字流微滤特性及旋转流强化过滤 的研究：博士论文.成都：四川联合大学，1997.5王成端.旋转切向流强化管式膜微滤机理研究：博士论 文成都.四川大学.2001.(收稿曰期:2002-06-10)量的提高和新产品的开发，这对于全面提高我

5、 国的技术水平，促进膜技术产业化、规模化的 发展，加快相关产业技术进步，都将产生极其 深远的影响。2国内外纳滤膜技术发展概况2. 1国外进展20世纪80年代开始，美国Filmtec公司相 继开发出NF40、NF50、NF70等型号的 纳滤膜。由于市场广阔，世界各国纷纷立项，许 多公司如美国的Osmonics公司、Fluid systems 公司，日本的东丽和日东等公司，都组织力量 投人到开发纳滤技术的领域中。纳滤膜的品种 不断增加，性能不断提高。膜材料有醋酸纤维 素系列，芳香聚酰胺，磺化聚醚砜等。膜的品 种已经系列化，膜的分离性能从对NaCl脱除 率5%10%直发展到85%0表1是国外一 些商

6、品膜型号及其性能。2.2国内纳滤膜的进展我国从20世纪80年代后期就开始了纳滤 膜的研制。90年代研究的单位不断增加，如中 科院大连化物所，北京生态环化中心，上海原 子核所，天津纺织工业大学，北京工业大学，北 京化工大学等都相继进行了研究开发，到目前 为止.大多数还处于实验室阶段，真正达到工 业化生产的只有二醋酸纤维素卷式纳滤膜和三 醋酸纤维素中空纤维纳滤膜。国家海洋局杭州水处理中心从20世纪80表1国外商品纳滤膜及其性能膜性能测试条件膜型号厂商脱除率%水通量L/(rn2*h)操作压力 MPa供液浓度 mg/(LNaCljESNA1(美)海德能70 80363 *.0, 525-ESNA2(美

7、)海德能70 801735 *0. 525-DRC-1000Cel fa10501.03500Desal ,5Desalination47461.01000HC-50DOS60804- 02500NF-40Filmtec45432.02000NF70Filmtec80430. 620(K)SU-60Toray55280. 35500SU-2-00HFToray502501. 501500NTR7410Nitto155001.05000NTR-7450Nitto51921.05000NF-PES-10./PP60Kalle154004, 05000NF-CA-50/PET100Kalle8512

8、04. 05000注：*者为4卷式元件的产水量；近来Filmtec公司又开发出NF270、NF200、NF90等新产 品。年代后期开始纳滤膜的研究，当时叫低压反渗 透膜，其后，我们系统地进行了研究，相继列 入了国家科技攻关项目。经过“九五”期间努 力攻关，使二醋酸纤维素(CA)纳滤膜和三醋酸 纤维素（CTA)中空纤维纳滤膜进入了工业化 生产，其性能达到国外同类产品的水平。纳滤 复合膜目前还有些差距。为了缩小与国外产品 的差距，国家海洋局杭州水处理中心引进了复 合膜生产线，目前正处在安装调试阶段，不久 即可正式投产。表2国产纳滤膜及其元件与国外同类产品的性能对比膜型号厂商性能测试条件备注脱除率/

9、%水通量操作压力/MPa供液浓度/mg*，1NF -CA 膜10 85 90 9920 80LAm2*h) 25 85L./(m2，h)0. 5 2. 0 0. 5 2. 0250020002500Na(：l-H2 MgSO, - H20NF-CA卷式元件国家海洋局杭州 水处理中心3763. 6 97. 799. 3240 360L/h 250300L/h1. 251. 30 1 25丄.3025392565 21312644NaCl - H20 MgSO, H20中空纤维元件50左右95700L/h700L./h1. 0 1. 020002100NaCl - H20 MgSO, H.,0CA

10、Fluid Systems;2742. 36L/(m2*h*bar)13- 8bar0-1%NaCl - -H2()CA20Hoechst2306- 8L/(m2*h*bar)5 bar0.06%NaCl - H20CAsSeparation2702. 2L/(m2*h*bar)5 bar0. 06%Naa h2o注：1)卷式元件有效膜面积为7. 6m2; 2)中空纤维元件有效膜面积为38m2。表2是国家海洋局杭州水处理中心已工业化生产的纳滤膜的攻关课题鉴定结果与国外同 类产品的性能对比。3纳滤膜的应用3. 1软化水处理对苦咸水进行软化、脱盐是纳滤膜应用的 最大市场。3.2饮用水中有害物质的脱

11、除传统的饮用水处理主要通过絮凝、沉降、砂 滤和加氯消毒来去除水中的悬浮物和细菌，而 对各种溶解性化学物质的脱除作用却很低。随 着水资源贫乏的日益严峻、环境污染的加剧和 各国饮用水标准的提高，可脱除各种有机物和 有害化学物质的“饮用水深度处理技术”日益 受到人们的重视。目前深度处理的方法主要有 活性炭吸附、臭氧处理和膜处理。膜分离中的 微滤(MF)和超滤(UF)因不能脱除各种低分子 物质，故单独使用时不能称之为深度处理。纳 滤膜由于其本身的性能特点，十分适合于此方 面的应用。纳滤技术是以脱除砂滤法不能脱除 的溶解性微量有机污染物为目的的饮用水深度 净化系统。实践表明，纳滤膜可用于脱除河水 及地下

12、水中含有的三卤甲烷中间体THM(加 氯消毒时的副产物，为致癌物质）、低分子有机 物、农药、异味物质、硝酸盐、氟、硼、砷等 有害物质。3-3中水、废水处理中水一般指大型建筑物（宾馆、写字楼、商 场)排放的生活污水，经处理后可作厕所冲洗等 非饮用水之用。在中水领域的膜应用方面，日 本做了很多工作。纳滤膜在各种工业废水中的 应用也有很多实例，如造纸漂白废水的处理等。 对于生活污水，纳滤膜与生物处理法(如活性污 泥法）相结合也已进人实用阶段。3. 4食品、饮料、制药行业此领域中的纳滤膜应用十分活跃，如各种 蛋白质、氨基酸、维生素、奶类、酒类、酱油、 调味品等的浓缩、精制等。3.5化工行业化工工艺过程中

13、水溶液的浓缩、分离，如 化工、染料工业的水溶液脱盐处理。4国家海洋局杭州水处理中心对纳滤膜应用 的研究和探索4.1苦咸水除硬度我国北方的水硬度较高，不仅口感差，而 且长期饮用会影响身体健康，所以苦咸水淡化 是相当重要的。为此，我们采用卷式纳滤装置 在山东长岛建成了日产140t的苦咸水示范工 程。产水符合国家饮用水标准，耗电量只有 1.43度/t,深受岛上军民的欢迎。另外，在浙 江舟山嵊泗岛用中空纳滤膜装置建立了日产 24t的苦咸水淡化示范工程，产水完全符合饮 用水标准。4.2制药工业有不少药品在制备过程中需加人无机盐. 但成品药必须将无机盐除去，如1，6-二磷酸果 糖(FDP)(为心脏病急救良

14、药)。在蔗糖的发 酵制备过程中，水溶液中含有1. 4%的NaCl和 0. 2%FDP，采用纳滤技术可除去溶液中的Na- C1，保留TOP。试验表明，不加水循环浓缩除 盐，可除去水和无机盐70%以上，若要使溶液 中的无机盐继续降低，可向浓缩液中继续加水, 直到浓缩液中无机盐的含量达到要求为止。牲畜强壮剂在制备过程中含1 0 %的 NaCl，成品药必须将NaCl除去才能用于牲畜。 绵羊用了这种药后，羊毛细长柔软，可提高羊 毛的质量。用纳滤膜进行除盐浓缩的可行性试 验，效果比较满意。另外，还做了克拉维酸水溶液的脱色浓缩 和林可酶素、四环素等浓缩试验，效果较好。但 正式投产时，要作好预处理，这样可以大

15、大延 长膜的寿命。中科院沈阳生化所在制备生化制剂时，需 要对硫酸和氨基酸进行分离，采用纳滤分离，小 试结果令人满意。目前正在进行中试放大寿命考核，初步效果较好。4. 3食品饮料行业 4.3.1茶叶浓缩由于纳滤可在常温下进行，没有相变，故 可闭路循环浓缩，并基本保留物料的色香味。我 们与浙江大学协作，采用纳滤技术进行茶叶的 浓缩,并将浓缩液提供给浙江大学提取茶多酚。 现将三种纳滤膜元件的试验结果列于表3。表3三种纳滤膜对茶多酚的脱水除盐情况膜型号有效膜面积/m2脱水量L*h_1进料NaCl mg*L_i对茶多酚的截留率/%进料温度CNF复合8. 0103150010035 55CA. NF8,

16、0103150099, 728.532CTA-NF38. 0248150099.5204 54注：操作压力均为l.OMFa,除盐均符合要求；复合膜为进口 膜；CTA为中空纤维膜，CA为卷式膜，均为杭州水处理中心产品。4.3.2甜菊甙水溶液浓缩分离 甜菊叶经浸泡、沉降、离子交换脱色脱盐 后的溶液，原先都采用减压蒸馏的方法浓缩分 离，然后喷雾干燥得到成品。该工艺能耗高，且 易发生焦糖化和异性化。为此，尝试采用纳滤 技术进行浓缩分离除盐，其效果良好。例：某 厂中试生产中，每班经一系列工艺处理后的溶 液约1.5t，采用纳滤与减压蒸馏处理的能耗对 比列于表4。表4能耗对比浓缩方法减压蒸馏法纳滤膜法耗煤量

17、/kg7002004. 3. 3其它饮料杭州水处理中心还作了槟榔、野梨汁、西瓜汁、桔汁等饮料的浓缩实验，结果表明采用 纳滤技术亦是可行的。4. 4化工行业采用纳滤技术浓缩染料是一种有效的途 径4。目前我国染料多为粗制品，有的含盐量高 达40%左右，而且还含有相当量的异构体，严 重影响了产品质量，也阻碍了染料新品种的开 发，所以纯化粗制染料，对提高染料产品质量 是很重要的。为此，在小试成功的基础上进行 了中试放大，取得了相当满意的结果。纳滤技 术不仅除去了染料中的无机盐，还可以除去部 分异构体，达到了纯化染料，提高产品质量的 目的。但染料品种繁多，采用膜技术对染料浓缩 除盐还有待于进一步研究开发

18、。5纳滤技术的应用前景将纳滤技术产业化，推向市场.可形成一 个新的水处理技术分支。无疑，纳滤技术在全 国数量巨大的低压锅炉水质软化，油水深度分 离，中低分子量物质的纯化、浓缩及废水处理， 环境保护等领域有极好的推广应用前景。参考文献1高从阶等.全国膜技术学术交流会论文集.兴城：1993: 15182张伟.邢丹敏徐仁贤等.第二届全国膜和膜过程学术 报告会论文集.杭州：58 3毕可英.刘玉荣.纳滤技术浓缩分离1. 二磷酸果糖 NaCl水溶液的研究.水处理技术.1995. 21 (5)4髙从阶，张建飞等.纳滤纯化和浓缩染料试验.水处理 技术.1996, 22 (3)(收稿日期：2002-06-10)

19、斗j.j5.卜_i-_j.j_a_-Hl-ii-!一A一il5*卜4 卜5.卜H.!一W5卜普新型密封式蒸汽转化装置通用的蒸汽转化装置由充满催化剂的许多管子组 成，装在矩形箱内，只作一般性密封因此通常在稍 低于常压的压力下操作，由位于热回收部分下游的烟 道气吸人式鼓风机加以保持和控制.德国卡洛里克装 置公司最近开发了一种新的密封型蒸汽转化装置，能 使装置在. 5MPa超压高于燃烧压气机的最大 压力的情况下操作。因此，可以在使用烟道气鼓风机及压力控制回路时，防止烟道气的渗漏，提高热效率=在 新装置的设计中，配有一圆筒形压力容器，内装转化护 管，借助于波纹管保持密封。炉管以不同的膨胀率在容 器内膨

20、胀，波纹管起补偿膨胀的作用，并保持密封状 态。这种改进后新设计的蒸汽转化装置使燃烧器在接 近于化学计算的模式下操作.因此可较一般的通用转 化装置节约燃料10%20%，投资成本与标准装置相 似。新转化装置的设计容量为5000mVh，可选范围相 当宽。（江鎮海）20.孙玲新，戚俊清，葛虹纳滤技术及其应用进展期刊论文-化工装备技术2004(01)纳滤膜技术的发展及应用nqnB教据III WANFANG DATA文献链接作者：刘玉荣,陈一鸣,陈东升作者单位：国家海洋局杭州水处理中心,杭州市，310012刊名:化工装备技术英文刊名：CHEMICAL EQUIPMENT TECHNOLOGY年，卷（期）：

21、2002,23(4)被引用次数：27次I参考文献(4条)1.2.3. 高从阶4.5. 查看详情19936.7.8. 张伟;邢丹敏;徐仁贤9.10. 查看详情199611.12.13. 毕可英,刘玉荣14.15. 纳滤技术浓缩分离1.6-二磷酸果糖氯化钠水溶液的研究期刊论文-16.17. 水处理技术1995(5)18.19.20. 高从堦,张建飞，鲁学仁，俞三传21.22. 纳滤纯化和浓缩染料试验期刊论文-23.24. 水处理技术1996(3)I本文读者也读过(2条)21.22.23. 朱淑飞.24.25. 钱钰.26.27. 鲁学仁我国纳滤膜技术的研究进展期刊论文-28.29. 水处理技术20

22、02,28(1)30.31.32. 曹国凭.33.34. 张学峰.35.36. CAO Guo-ping.37.38. ZHANG Xue-feng纳滤膜技术及其应用的研究进展期刊论文-39.40. 水利科技与经济 2006,12(10)I引证文献(27条)张钦库,刘康怀,廖桃红,陈玉芬，张茜，苏诚纳滤膜处理百草枯生产废水试验研究期刊论文-水处理技术 2011 (04)赵丽霞纳滤（NF)技术在废水处理中的应用研究期刊论文-内蒙古石油化工2010(08)王士勇，都丽红，许莉纳滤分离技术在银杏叶提取物生产中的试验研究期刊论文-化工装备技术2008(03)姚国英纳滤膜材料及其应用期刊论文-上海应用技

23、术学院学报（自然科学版)2003(04)董坤纳滤膜的性能表征及其应用的初步研究学位论文硕士 2007王娟，陈国华,侯继灵,孔祥平一种新型复合纳滤膜对污水的深度处理研究期刊论文-西南石油大学学报 2008(01)方鹏界面聚合制备新型结构聚酰胺复合纳滤膜学位论文硕士 2011钟颖活性炭纤维及其改性后的电极电吸附脱盐研究学位论文硕士 2009颜春季铵化聚芳醚砜酮纳滤膜及阴离子交换膜的研究学位论文博士 2007王薇,杜启云纳滤膜分离技术及其进展期刊论文-工业水处理2004(03)张钦库膜分离技术处理百草枯生产废水试验研究学位论文硕士 2010王昕彤二级纳滤-电解集成处理电镀镍漂洗液的研究学位论文硕士

24、2007都丽红,朱企新高效节能过滤技术与强化过滤过程的途径期刊论文-化学工程2010(10)高复生新型荷负电甲壳素/羧甲基纤维素钠高分子复合纳滤膜的研究学位论文硕士 2007刘久清中空纤维复合纳滤膜制备及其数学模型的研究学位论文博士 2005冯建立发酵药物洛伐他汀和红霉素分离纯化的研究学位论文博士 2007李纬反渗透系统在药用纯化水制备工艺过程的应用研究学位论文硕士 2006郑阳高温纳滤膜浓缩草甘膦母液及其结晶过程的研究学位论文硕士 2011葛目荣糖醇物系的纳滤理论研究学位论文硕士 2005王士勇银杏叶提取物的纳滤浓缩学位论文硕士 2006司丹丹黄芪有效成分提取以及纳滤在提取中的应用研究学位论文硕士 2008 23李红宾中空纤维复合纳滤膜中等组件的制备及其应用研究学位论文硕士 2010陈可可耐氯功能单体及功能复合膜的制备学位论文硕士 2010杨永强PPESK中空纤维超滤膜、纳滤膜的研究学位论文博士 2006李红宾中空纤维复合纳滤膜中等组件的制备及其应用研究学位论文硕士 2010杨法杰PPESK中空纤维复合纳滤膜及其应用基础研究学位论文博士 2008 引用本文格式：刘玉荣.陈一鸣.陈东升纳滤膜技术的发展及应用期刊论文-化工装备技术2002(4)