纳滤技术的发展过程

1、 第一节第一节 概概 述述一一. 纳滤技术的发展过程纳滤技术的发展过程 纳滤膜（纳滤膜（NF膜）介于膜）介于RO膜和膜和UF膜之间，近十几年来发展膜之间，近十几年来发展迅速，是当前膜分离技术研究与开发的热点之一。迅速，是当前膜分离技术研究与开发的热点之一。 NF膜的研究可以追溯到膜的研究可以追溯到20世纪世纪70年代年代J. E. Cadotte对对N系列系列膜的开发。早期，有人称纳滤膜为膜的开发。早期，有人称纳滤膜为“疏松的反渗透膜疏松的反渗透膜(Loose Reverse Osmosis Membrane)”，将介于反渗透和超滤之间的，将介于反渗透和超滤之间的膜分离技术称为膜分离技术称为“

2、杂化过滤杂化过滤(Hybrid filtration)”。直到。直到20世世纪纪80年代，才渐趋统一，称为纳滤年代，才渐趋统一，称为纳滤(Nanofiltration)。纳滤是。纳滤是由反渗透膜发展而来的。由反渗透膜发展而来的。 实验证明，它实验证明，它能使能使90%的的NaCl透过膜，而使透过膜，而使99%蔗糖被膜蔗糖被膜截留截留。非对称膜。非对称膜平均孔径为平均孔径为2nm，故被命名为，故被命名为“纳滤膜纳滤膜”。31995年年开发开发（1972年年NS-100）CA-RO膜的开发膜的开发RO复合膜的开发复合膜的开发低压高截留率低压高截留率RO膜膜超低压超低压RO膜膜NF膜膜(疏松型疏松型

3、RO膜膜)NaCl截留率截留率99%NTR-759H、BW-30(即即FT-30)、SU-7001996年年开发开发NaCl截留率截留率99%NTR-729HF、 NTR-7250NTR-7400系、系、NF-45、NF-70、NF-90、SU-200SSU-600纳滤膜的发展过程纳滤膜的发展过程4 它有两个显著特征：一个是其它有两个显著特征：一个是其截留分子量介于截留分子量介于RO和和UF之之间间，为，为2002 000，因而推测，因而推测NF的表面分离层可能有的表面分离层可能有1nm左右的微孔结构，即具有左右的微孔结构，即具有纳米级孔径纳米级孔径；另一个是；另一个是NF膜膜对无对无机盐有一

4、定的截留率，机盐有一定的截留率，因为它的表面分离层由聚电解质所因为它的表面分离层由聚电解质所构成（大多是复合型膜），对离子有静电相互作用。受膜构成（大多是复合型膜），对离子有静电相互作用。受膜与离子间与离子间Donnan效应的影响，效应的影响，NF膜对不同价态的离子截膜对不同价态的离子截留能力不同。留能力不同。 对于阴离子，截留率为对于阴离子，截留率为NO3-Cl-OH-SO42-CO32- 对于阳离子，截留率为对于阳离子，截留率为H+Na+Ca2+Mg2+ NF膜能截留透过膜能截留透过UF膜的那部分相对分子质量较小的有机膜的那部分相对分子质量较小的有机物，而又能渗透被物，而又能渗透被RO膜所

5、截留的无机盐。操作压力比膜所截留的无机盐。操作压力比RO低（一般低于低（一般低于1.0MPa），通量比），通量比RO大。大。二二. 纳滤膜的特点纳滤膜的特点5微滤（MF）超滤（UF）纳滤（NF）反渗透（RO）水单价盐（NaCl、KCl等）抗生素、合成药、染料二价及多价盐、二糖等蛋白质、酶等大分子有机物细菌、病毒悬浮颗粒膜膜分分离离特特性性示示意意图图6第二节第二节. 纳滤膜的分离机理纳滤膜的分离机理 与与UF膜相比，膜相比，NF膜有一定的荷电容量，对不同价态的离子膜有一定的荷电容量，对不同价态的离子存在存在Donnan效应；与效应；与RO膜相比，膜相比，NF又不是完全无孔的，又不是完全无孔的，

6、因此其分离机理在存在共性的同时，也存在差别。因此其分离机理在存在共性的同时，也存在差别。 其对大分子的分离机理与其对大分子的分离机理与UF相似，但对无机盐的分离行为相似，但对无机盐的分离行为不仅由化学势梯度控制（溶解扩散机理），也受电势梯度的不仅由化学势梯度控制（溶解扩散机理），也受电势梯度的影响，即影响，即NF膜的分离行为与其荷电特性、溶质荷电状态以膜的分离行为与其荷电特性、溶质荷电状态以及二者的相互作用均有关系。及二者的相互作用均有关系。 在文献报道中，关于在文献报道中，关于NF膜的分离机理模型有膜的分离机理模型有空间位阻空间位阻孔道孔道模型、溶解扩散模型、空间电荷模型、固定电荷模型、静电

7、模型、溶解扩散模型、空间电荷模型、固定电荷模型、静电排斥和立体位阻模型、排斥和立体位阻模型、Donnan平衡模型平衡模型等。等。7 对于渗析平衡体系，若半透膜一侧的不能透过对于渗析平衡体系，若半透膜一侧的不能透过膜的大分子或胶体粒子带电，则体系中本来能自由膜的大分子或胶体粒子带电，则体系中本来能自由透过膜的小离子在膜的两边的浓度不再相等，产生透过膜的小离子在膜的两边的浓度不再相等，产生了附加的渗透压，此即唐南效应或称唐南平衡。具了附加的渗透压，此即唐南效应或称唐南平衡。具体地说：若一侧为体地说：若一侧为NaCl溶液溶液(下称溶液下称溶液1)，其离子，其离子能自由透过膜；另一侧为能自由透过膜；另

8、一侧为NaR溶液溶液(下称溶液下称溶液2)，其，其中中R-离子不能透过膜。在两溶液均为稀溶液时，可离子不能透过膜。在两溶液均为稀溶液时，可以其离子活度视作离子浓度。于是在平衡时，以其离子活度视作离子浓度。于是在平衡时，Na+1Cl-1 =Na+2Cl-2 。唐南平衡唐南平衡( Donnan equilibrium) 8因因Na+1=Cl-1 ，Na+2=R-2+Cl-2，于是于是 Na+1Cl-1 =Cl-12 ， Na+2Cl-2 =(R-2+Cl-2)Cl-2=R-2C1-2+C1-22比较上述关系后可见：比较上述关系后可见： 在平衡时，在平衡时，C1-1C1-2；Na+1Na+2。也就。

9、也就是说，在平衡时，上述系统中的是说，在平衡时，上述系统中的Na+，C1-和和R-都是都是不均匀的。此理论可用于解释离子交换树脂对溶液不均匀的。此理论可用于解释离子交换树脂对溶液中的离子进行交换时的平衡关系。中的离子进行交换时的平衡关系。9一、一、NF膜的传质机理膜的传质机理 NF与与UF、RO均是以压力差为推动力的膜过程，均是以压力差为推动力的膜过程，但它们的传质机理有所不同。但它们的传质机理有所不同。UF主要为孔流形式（主要为孔流形式（筛分效应）；筛分效应）；RO为溶解为溶解扩散过程（静电效应）；而扩散过程（静电效应）；而NF介于它们两者之间，对无机盐的分离行为不仅受介于它们两者之间，对无

10、机盐的分离行为不仅受化学势控制，同时也受电势梯度的影响。化学势控制，同时也受电势梯度的影响。 NF对极性小分子有机物的选择性截留是基于溶对极性小分子有机物的选择性截留是基于溶质分子的尺寸和电荷。质分子的尺寸和电荷。（1）根据离子所带电荷选择根据离子所带电荷选择性吸附在膜的表面；性吸附在膜的表面；（2）在扩散、对流、电泳移动在扩散、对流、电泳移动性能的共同作用下传递通过膜。性能的共同作用下传递通过膜。10二、二、NF的传质模型的传质模型1、非平衡热力学模型、非平衡热力学模型经典热力学经典热力学研究体系的平衡或进行理想的、可逆的变化研究体系的平衡或进行理想的、可逆的变化（即取无限个平衡状态成一系列

11、），对真实过程只研（即取无限个平衡状态成一系列），对真实过程只研究其变化方向，而不考虑变化速率，即此学科没考虑究其变化方向，而不考虑变化速率，即此学科没考虑“时间时间”参数。参数。经典热力学也不适用于描绘生命体系，在这些体系中的经典热力学也不适用于描绘生命体系，在这些体系中的特征是以物质流和能量流表示平衡，且物质流和能量特征是以物质流和能量流表示平衡，且物质流和能量流不仅在体系内部，也涉及体系和环境之间。流不仅在体系内部，也涉及体系和环境之间。非平衡热力学非平衡热力学或称不可逆热力学是较近期发展的，它扩或称不可逆热力学是较近期发展的，它扩充了经典热力学的原理，以不可逆物质和能量流为特充了经典热

12、力学的原理，以不可逆物质和能量流为特征以表示平衡，引入了征以表示平衡，引入了“时间时间”参数来处理流率。参数来处理流率。11 非平衡热力学的研究是对非平衡热力学的研究是对唯象理论唯象理论的研究，它可用于描绘的研究，它可用于描绘一个体系同时伴生（或称耦合）两个或几个过程，也即体一个体系同时伴生（或称耦合）两个或几个过程，也即体系中有几个系中有几个“物流物流”和几个相应的共轭力。膜渗透作用正和几个相应的共轭力。膜渗透作用正是如此。是如此。 膜可以划成很多薄层来考虑，正如非平衡热力学假定，体膜可以划成很多薄层来考虑，正如非平衡热力学假定，体系划分为很多小体积元，则每个体积元都可作为平衡体系系划分为很

13、多小体积元，则每个体积元都可作为平衡体系加以处理，并定义出热力学函数，称为加以处理，并定义出热力学函数，称为局部平衡原理局部平衡原理，这，这是非平衡热力学中的是非平衡热力学中的连续性体系部分连续性体系部分。非平衡体系中，相。非平衡体系中，相邻的体积元之间并不达到平衡，可有能量和物质的流动，邻的体积元之间并不达到平衡，可有能量和物质的流动，这是非平衡热力学中的这是非平衡热力学中的不连续体系部分不连续体系部分。这种自发的变化。这种自发的变化是不可逆过程，故非平衡热力学又称是不可逆过程，故非平衡热力学又称不可逆过程热力学不可逆过程热力学。 如果不受外力作用，则如果不受外力作用，则体系的熵增加体系的熵

14、增加，而，而自由能减少自由能减少。表。表示自由能减少速率的耗散函数，可用膜渗透过程中流率与示自由能减少速率的耗散函数，可用膜渗透过程中流率与共轭力来表达，因此建立于非平衡热力学基础上的传递模共轭力来表达，因此建立于非平衡热力学基础上的传递模型研究应用于膜分离过程较令人关注。型研究应用于膜分离过程较令人关注。12当不可逆热力学用于描述膜传递过程时，膜被看成是当不可逆热力学用于描述膜传递过程时，膜被看成是黑箱黑箱。关于膜结构这种方法，至今尚未得到证实，因。关于膜结构这种方法，至今尚未得到证实，因此该法不能从物理和化学角度上对分子或颗粒是如何此该法不能从物理和化学角度上对分子或颗粒是如何通过膜进行渗

15、透的问题进行分析。但是由于该法可以通过膜进行渗透的问题进行分析。但是由于该法可以清楚地描述推动力与通量之间的关系清楚地描述推动力与通量之间的关系，从一系列成功，从一系列成功的应用可以看出，它仍不失为描述膜相传递的一种有的应用可以看出，它仍不失为描述膜相传递的一种有效工具。效工具。通过膜的传递过程不能看成是热力学平衡过程，因此通过膜的传递过程不能看成是热力学平衡过程，因此只能用不可逆热力学来描述膜传递过程。只能用不可逆热力学来描述膜传递过程。在不可逆过程中（膜传递过程）自由能被不断消耗，在不可逆过程中（膜传递过程）自由能被不断消耗，产生了产生了熵熵。如果发生了通过膜的传递，即由于不可逆。如果发生

16、了通过膜的传递，即由于不可逆过程导致的熵增加速度可用过程导致的熵增加速度可用耗散函数耗散函数描述。描述。13Jv = Lp( )Js = - (P x) + (1-)Jvcdcdxcpcm(1-F)1-F1=R溶剂透过通量：溶剂透过通量：溶质透过通量：溶质透过通量：截留率：截留率：142、电荷模型、电荷模型又可分为空间电荷模型和固定电荷模型又可分为空间电荷模型和固定电荷模型固定电荷模型固定电荷模型假定膜是均质无孔的，在膜中的固定假定膜是均质无孔的，在膜中的固定电荷分布是均匀的，它不考虑孔径等结构参数，认电荷分布是均匀的，它不考虑孔径等结构参数，认为离子浓度和电势在传质方向上具有一定的梯度。为离

17、子浓度和电势在传质方向上具有一定的梯度。该模型首先用于离子交换膜，随后用来表征荷电型该模型首先用于离子交换膜，随后用来表征荷电型RO和和NF膜的截留特性和膜电位。膜的截留特性和膜电位。空间电荷模型空间电荷模型假设膜为有孔膜（毛细管通道），电假设膜为有孔膜（毛细管通道），电荷分布在毛细管通道的表面，离子浓度和电势能除荷分布在毛细管通道的表面，离子浓度和电势能除了在传质方向分布不均外，在孔的径向也存在电势了在传质方向分布不均外，在孔的径向也存在电势能分布和离子浓度分布。该模型可表征电解质及其能分布和离子浓度分布。该模型可表征电解质及其离子在荷电膜内的传递。离子在荷电膜内的传递。153、细孔模型细孔

18、模型该模型考虑了溶质的空间位阻效应和溶质与孔壁之间该模型考虑了溶质的空间位阻效应和溶质与孔壁之间的相互作用。可借助该模型来确定膜的结构参数，也的相互作用。可借助该模型来确定膜的结构参数，也可适用于可适用于NF膜的结构评价。膜的结构评价。4、静电位阻模型静电位阻模型该模型将细孔模型和固定电荷模型结合起来。它假设该模型将细孔模型和固定电荷模型结合起来。它假设膜分离层由孔径均一、表面电荷分布均匀的微孔构成膜分离层由孔径均一、表面电荷分布均匀的微孔构成。它考虑了膜的结构参数对膜分离过程的影响，截留。它考虑了膜的结构参数对膜分离过程的影响，截留率由道南效应与筛分效应共同决定。由于道南效应的率由道南效应与

19、筛分效应共同决定。由于道南效应的影响，物料的荷电性，离子价数，离子浓度，溶液影响，物料的荷电性，离子价数，离子浓度，溶液pH值等对值等对NF膜的分离效率有一定的影响。膜的分离效率有一定的影响。第三节第三节. 纳滤膜的材质纳滤膜的材质/制备方法制备方法目前，目前，NF膜已经商品化、系列化，国外主要供应膜已经商品化、系列化，国外主要供应商有日本商有日本Nitto Denko(日东电工日东电工)、Toray(东丽东丽)、美国美国Hydranautics(海德能海德能)、Dow Chem/Film Tec 和和Osmonics（奥斯莫尼斯）（奥斯莫尼斯）/Desal及丹麦及丹麦DDS等公等公司。国内为

20、国家海洋局杭州水处理中心和中科院司。国内为国家海洋局杭州水处理中心和中科院大连化物所等已经研制出不同脱盐率的大连化物所等已经研制出不同脱盐率的NF膜。膜。商品商品NF膜绝大部分为复合膜，且其表面大多带负膜绝大部分为复合膜，且其表面大多带负电。目前使用最广泛的是芳香聚酰胺类复合膜。电。目前使用最广泛的是芳香聚酰胺类复合膜。17NF膜的制备工艺有相转化法、稀溶液涂层法、膜的制备工艺有相转化法、稀溶液涂层法、界面聚合法、热诱导相转化法、化学改性法、等界面聚合法、热诱导相转化法、化学改性法、等离子体聚合法。其中目前用的大多数复合离子体聚合法。其中目前用的大多数复合NF膜膜是用是用界面聚合法界面聚合法制

21、备的。制备的。NF膜组件形式与膜组件形式与RO类同，有板式、管式、卷式类同，有板式、管式、卷式和中空纤维等结构形式。其中，卷式元件用得最和中空纤维等结构形式。其中，卷式元件用得最普遍；在粘度和浓度较高的场合，管式组件较适普遍；在粘度和浓度较高的场合，管式组件较适合。合。18一、转化法一、转化法可分为可分为UF膜转化法和膜转化法和RO膜转化法膜转化法UF膜转化法膜转化法先制得较小孔径的先制得较小孔径的UF膜，膜，然后对其进行热处理、荷电化后处理，使膜然后对其进行热处理、荷电化后处理，使膜表面致密化。表面致密化。RO膜转化法膜转化法调整合适的有利于调整合适的有利于RO膜表膜表面疏松化的工艺条件，如

22、铸膜液中添加剂的面疏松化的工艺条件，如铸膜液中添加剂的选择、各成分的比例及浓度等，使表层疏松选择、各成分的比例及浓度等，使表层疏松化而制得化而制得NF膜。膜。19二、共混法二、共混法将两种或两种以上的高聚物进行液相共混，将两种或两种以上的高聚物进行液相共混，通过合理调节铸膜液中各组分的相容性差异通过合理调节铸膜液中各组分的相容性差异及研究工艺条件对相容性的影响，可制备表及研究工艺条件对相容性的影响，可制备表层具有纳米级孔径的层具有纳米级孔径的NF膜。如膜。如CA-CTA纳滤纳滤膜的制备。膜的制备。20三、复合法三、复合法用得最多且最有效的制备用得最多且最有效的制备NF膜的方法膜的方法原理就是在

23、微孔基膜上复合上一层具有纳米原理就是在微孔基膜上复合上一层具有纳米级孔径的超薄表层（活性层）。级孔径的超薄表层（活性层）。微孔基膜微孔基膜（多孔支撑体）的制备（多孔支撑体）的制备烧结法烧结法和和L-S相转化法相转化法超薄表层超薄表层制备及复合制备及复合 涂敷法（较为经典）涂敷法（较为经典） 界面聚合法（最有效，该法所制得的界面聚合法（最有效，该法所制得的NF膜品种最多、产量膜品种最多、产量最大）最大） 化学蒸气沉积法（较新的方法）化学蒸气沉积法（较新的方法） 动力形成法（也较新的方法）动力形成法（也较新的方法）21四、荷电化法四、荷电化法膜荷电后可提高膜的耐压密性、耐酸膜荷电后可提高膜的耐压密

24、性、耐酸/碱性及碱性及抗污染性，提高水的通量。抗污染性，提高水的通量。荷电膜可分表层荷电膜和整体荷电膜。荷电膜可分表层荷电膜和整体荷电膜。荷电化的方法：表面化学处理法、由荷电材荷电化的方法：表面化学处理法、由荷电材料通过料通过L-S相转化法直接成膜、含浸法、成互相转化法直接成膜、含浸法、成互聚合法聚合法22五、五、NF膜的主要商品膜的主要商品NF膜材料基本上和膜材料基本上和RO材料相同，主要有纤材料相同，主要有纤维素和聚酰胺两大类。维素和聚酰胺两大类。纤维素类有纤维素类有CA、CTA及及CA+CTA复合膜。复合膜。聚酰胺类主要是芳香族聚酰胺（聚酰胺类主要是芳香族聚酰胺（PA）。）。此外，用于此

25、外，用于NF膜材料的还有聚砜类膜材料的还有聚砜类聚砜、聚砜、聚醚砜、磺化聚砜、磺化聚醚砜、聚哌嗪酰聚醚砜、磺化聚砜、磺化聚醚砜、聚哌嗪酰胺胺、聚酯类。、聚酯类。23部部分分商商品品化化纳纳滤滤膜膜的的特特性性24复合复合NF膜类型膜类型1、芳香聚酰胺类复合、芳香聚酰胺类复合NF膜膜 如如Film Tec（USA）公司的公司的NF-50、NF-70。HN*HNCOHNCCHNOOC*OCOHOCOnm25NNCCNNCCOOOOCOCOHOnm2、聚哌嗪酰胺类复合、聚哌嗪酰胺类复合NF膜膜 如如Film Tec（USA）公司的公司的NF-40、NF-40HF； Toray(东丽，日本东丽，日本)

26、的的UTC-20HF和和UTC-60；ATM（USA）公司的）公司的ATF-30和和ATF-50。263、磺化聚（醚）砜类复合、磺化聚（醚）砜类复合NF膜膜 如如Nitto Denko(日东电工，日本日东电工，日本)公司的公司的NTR-7400系列系列NF膜。膜。SOOOSO3Nan274、混合型复合、混合型复合NF膜膜 如如Hydranautics(海海德能，德能，USA)的的Desal-5纳滤膜；纳滤膜； Nitto Denko(日东电工，日本日东电工，日本)公司的公司的NTR-7250纳滤膜。纳滤膜。CCCNONNONOOHCH2CH2CCHOH表层材表层材料组成料组成28第四节第四节

27、纳滤装置纳滤装置与与RO、UF装置一样，装置一样，NF膜组件有膜组件有4种形式：种形式： 卷式（最常见，主要用于脱盐及超纯水的卷式（最常见，主要用于脱盐及超纯水的制备）制备） 中空纤维式（水的软化）中空纤维式（水的软化） 板框式（处理粘度较大的料液）板框式（处理粘度较大的料液）I.管式（处理含悬浮物、高粘度的料液）管式（处理含悬浮物、高粘度的料液）29第五节第五节 NF膜的污染及清洗膜的污染及清洗待在待在极化现象与膜污染化学极化现象与膜污染化学专专题（一节）集中介绍题（一节）集中介绍30第六节第六节. 纳滤技术的应用纳滤技术的应用、在水处理方面的应用、在水处理方面的应用 膜法软化水是膜法软化水

28、是NF膜的最重要的膜的最重要的工业应用之一。工业应用之一。NF膜一般可用于去除膜一般可用于去除Ca2+、Mg2+等硬度成等硬度成分、三卤甲烷中间体（致癌物的一种前驱物）、异味、色度分、三卤甲烷中间体（致癌物的一种前驱物）、异味、色度、农药、可溶性有机物及蒸发残留物质，并在低压下实现水、农药、可溶性有机物及蒸发残留物质，并在低压下实现水的软化及脱盐。的软化及脱盐。 膜法软化水在美国已很普遍，佛罗里达州近膜法软化水在美国已很普遍，佛罗里达州近10多年来新多年来新的软化水厂都采用膜法软化。的软化水厂都采用膜法软化。31、在食品加工方面的应用、在食品加工方面的应用 1）乳品加工）乳品加工 在食品加工中

29、，乳清脱盐是在食品加工中，乳清脱盐是NF膜最重要的应用膜最重要的应用。在奶制品加工中含盐乳清存在着排放问题。乳清中含有。在奶制品加工中含盐乳清存在着排放问题。乳清中含有4%6%的的NaCl和高达和高达6%的乳清固体物，的乳清固体物，BOD达达45000mg/m3。由于含盐，所以既不能与正常的乳清混合，。由于含盐，所以既不能与正常的乳清混合，同时又不能直接排放。用同时又不能直接排放。用NF膜处理含盐乳清，可溶性盐透膜处理含盐乳清，可溶性盐透过过NF膜，透过液可再利用或者直接排放，截留浓缩物质则膜，透过液可再利用或者直接排放，截留浓缩物质则可返回重新利用。可返回重新利用。 有人对使用有人对使用NF

30、和和RO进行了比较，结果表明，用进行了比较，结果表明，用NF能有能有效地除去杂味和盐味，而且不破坏牛奶的风味和营养价值，效地除去杂味和盐味，而且不破坏牛奶的风味和营养价值，综合评价高于其他处理方法。综合评价高于其他处理方法。322）果汁浓缩）果汁浓缩 果汁浓缩可以减少体积，便于储存和运输，又果汁浓缩可以减少体积，便于储存和运输，又可提高储存的稳定性。传统上用蒸馏法或冷冻法浓缩，不可提高储存的稳定性。传统上用蒸馏法或冷冻法浓缩，不但消耗大量能源工业，还会导致果汁风味和芳香成分的散但消耗大量能源工业，还会导致果汁风味和芳香成分的散失。人们采取失。人们采取RO和和NF连用方法，用于各种果汁的浓缩，连

31、用方法，用于各种果汁的浓缩，既保证果汁在浓缩过程中色、香、味不变，又节省了大量既保证果汁在浓缩过程中色、香、味不变，又节省了大量能源。采用该法将能源。采用该法将10%（质量分数）葡萄糖溶液浓缩到（质量分数）葡萄糖溶液浓缩到45%所需能耗，仅为通常蒸馏法的所需能耗，仅为通常蒸馏法的1/8，冷冻法的，冷冻法的1/5。3）酵母生产）酵母生产 酵母通常是用糖浆等糖类在嗜氧条件下发酵生酵母通常是用糖浆等糖类在嗜氧条件下发酵生产的。生产过程中产生的废水中含糖类、深色素以及较高产的。生产过程中产生的废水中含糖类、深色素以及较高的的BOD和和COD。采用。采用MF和和NF工艺可进行有效的处理。工艺可进行有效的

32、处理。334）低聚糖的分离和精制）低聚糖的分离和精制 低聚糖是两个以上单糖组成的碳水低聚糖是两个以上单糖组成的碳水化合物，相对分子质量数百至几千，主要用于食品工业，可化合物，相对分子质量数百至几千，主要用于食品工业，可改善人体内的微生态环境，提高人体免疫功能，降低血脂，改善人体内的微生态环境，提高人体免疫功能，降低血脂，抗衰老抗癌，被称为抗衰老抗癌，被称为原生素原生素，具有很好的保健功能，因而得，具有很好的保健功能，因而得到越来越广泛的应用。天然低聚糖通常是从菊芋或大豆中提到越来越广泛的应用。天然低聚糖通常是从菊芋或大豆中提取，大豆低聚糖从大豆乳清中分离得到。合成低聚糖则通过取，大豆低聚糖从大

33、豆乳清中分离得到。合成低聚糖则通过蔗糖的酶化反应制取。在上述两种情况下，都可以用蔗糖的酶化反应制取。在上述两种情况下，都可以用NF膜膜来分离和精制低聚糖。来分离和精制低聚糖。5）环糊精的生产）环糊精的生产 环糊精是通过液状淀粉在酶的作用下生产环糊精是通过液状淀粉在酶的作用下生产的。如果在反应过程和后处理中加入膜处理步骤可以大大提的。如果在反应过程和后处理中加入膜处理步骤可以大大提高产率，高产率，UF膜能够分离出环糊精，同时将活性酶返回反应膜能够分离出环糊精，同时将活性酶返回反应釜，然后通过釜，然后通过NF膜浓缩环糊精，浓缩物再进行喷雾干燥，膜浓缩环糊精，浓缩物再进行喷雾干燥，从而大大减少干燥费

34、用。从而大大减少干燥费用。34G+GFGFn45% 55%G+GFGFn5% 95%蔗糖蔗糖酶反应器酶反应器液相色谱柱液相色谱柱G+GFG+GFNFNeosugar GNeosugar G合成低聚糖的纳滤分离法与高效液相色谱法的比较合成低聚糖的纳滤分离法与高效液相色谱法的比较G葡萄糖葡萄糖GF蔗糖蔗糖GFn低聚糖低聚糖35、在染料工业中的应用、在染料工业中的应用 膜分离技术在染料脱盐、纯膜分离技术在染料脱盐、纯化、浓缩等方面的应用发展很快，对改善商品染料品质作用化、浓缩等方面的应用发展很快，对改善商品染料品质作用显著，并能降低能耗。可用于提高各类染料，如酸性染料、显著，并能降低能耗。可用于提高

35、各类染料，如酸性染料、活性染料、直接染料等的纯度，制备性能更优良的液体染料活性染料、直接染料等的纯度，制备性能更优良的液体染料和固体染料。厦大的周花等应用该技术对浙江某染料厂生产和固体染料。厦大的周花等应用该技术对浙江某染料厂生产的活性红的活性红3BS(相对分子质量约相对分子质量约1000)进行了纳滤浓缩中试脱进行了纳滤浓缩中试脱盐。实验结果表明，选择截留分子量为盐。实验结果表明，选择截留分子量为350的的SNF-150纳滤纳滤膜是适宜的，并具有很好的重现性。可使染料的着色强度达膜是适宜的，并具有很好的重现性。可使染料的着色强度达到到150%左右，提高约左右，提高约50%。料液的浓缩倍数达。料

36、液的浓缩倍数达3倍，染料固倍，染料固含量提高到含量提高到20%30%，染料的损失率极低，副染料及未完，染料的损失率极低，副染料及未完全反应的原辅材料可部分脱除，中试设备的平均膜通量在全反应的原辅材料可部分脱除，中试设备的平均膜通量在50L/(m2h)以上。以上。36、在医药方面的应用、在医药方面的应用 纳滤技术目前在医药方面的应用主要集中在生化试剂生纳滤技术目前在医药方面的应用主要集中在生化试剂生产上。生化试剂多具有热敏性，在加工过程中易受热而被破产上。生化试剂多具有热敏性，在加工过程中易受热而被破坏。采用坏。采用NF技术对生化试剂进行提纯与浓缩，不仅可降低技术对生化试剂进行提纯与浓缩，不仅可

37、降低有机溶剂及水的消耗量，而且可将微量的有机污染物和低分有机溶剂及水的消耗量，而且可将微量的有机污染物和低分子盐分除去，最终达到节能降耗，提高产品质量的效果。子盐分除去，最终达到节能降耗，提高产品质量的效果。1）抗生素生产）抗生素生产 NF技术可从两方面改进抗生素的浓缩和纯化技术可从两方面改进抗生素的浓缩和纯化工艺。工艺。用用NF膜浓缩未经萃取的抗生素发酵液，除去可自膜浓缩未经萃取的抗生素发酵液，除去可自由透过膜的水和无机盐，然后再用萃取剂萃取。这样可以大由透过膜的水和无机盐，然后再用萃取剂萃取。这样可以大幅度地提高设备的生产能力，并大大减少萃取剂的用量；幅度地提高设备的生产能力，并大大减少萃

38、取剂的用量；用溶剂萃取抗生素后，用耐溶剂的用溶剂萃取抗生素后，用耐溶剂的NF膜浓缩萃取液，透过膜浓缩萃取液，透过的萃取剂可循环使用。这样，可节省蒸发溶剂的设备投资以的萃取剂可循环使用。这样，可节省蒸发溶剂的设备投资以及所需的能耗，同时也可改善操作环境。及所需的能耗，同时也可改善操作环境。37 NF技术已成功地应用于红霉素、金霉素、万古技术已成功地应用于红霉素、金霉素、万古霉素和青霉素等多种抗生素的浓缩和纯化过程中。例霉素和青霉素等多种抗生素的浓缩和纯化过程中。例如如6-APA（6-氨基青霉烷酸）相对分子质量为氨基青霉烷酸）相对分子质量为216，是重要的半合成抗生素原料，用于生产各种半合成青是重

39、要的半合成抗生素原料，用于生产各种半合成青霉素药物，如氨苄西林、阿莫西林等。我们选用英国霉素药物，如氨苄西林、阿莫西林等。我们选用英国PCI公司的公司的AFC-30型管式型管式NF膜，该膜的截留相对分膜，该膜的截留相对分子质量约子质量约200，两根膜管并联操作，每根膜的面积为，两根膜管并联操作，每根膜的面积为1.2m2。操作条件：温度。操作条件：温度612，进料压力为，进料压力为5MPa，流量为流量为38L/min。中试结果表明，膜的平均截留率在。中试结果表明，膜的平均截留率在99%，而透析损失率小于，而透析损失率小于1%。38NSCH3CH3OH2NCOOHNSCH3CH3OHNCOOCH2

40、COK6-APA（6-氨基青霉烷酸）氨基青霉烷酸）-内酰胺内酰胺（四员环）（四员环）噻唑环噻唑环(五员环五员环)Penicillin G钾盐钾盐(盘尼西林盘尼西林)39料罐2 废盐水155NF膜浓缩膜浓缩6APA工艺流程示意图工艺流程示意图温度计温度计高压泵高压泵保安过滤器保安过滤器压力表压力表给料泵给料泵NF膜膜40头孢菌素头孢菌素C(7-ACA)C(7-ACA)膜法纯化流程示意图膜法纯化流程示意图41NSH2NOCO2HCH2OCOCH3NSHNOCO2HCH2OCOCH3C(CH2)3OHCHO2CNH2头孢菌素头孢菌素C7-氨基头孢霉烷酸氨基头孢霉烷酸(7-ACA)422）维生素）维生

41、素B12的回收的回收 维生素维生素B12通过发酵法生产。传统的发酵通过发酵法生产。传统的发酵工艺包括过滤分离、溶剂萃取、色谱纯化和纯维生素工艺包括过滤分离、溶剂萃取、色谱纯化和纯维生素B12析析出。纳滤膜事以改进现有的生产工艺：出。纳滤膜事以改进现有的生产工艺：1）用用MF膜对含有维膜对含有维生素生素B12的发酵液进行透滤、纯化；紧接着用管式的发酵液进行透滤、纯化；紧接着用管式NF膜浓缩膜浓缩。这将使萃取用溶剂减少到最小量并减少溶剂向环境的排放。这将使萃取用溶剂减少到最小量并减少溶剂向环境的排放。 2）用卷式用卷式NF纳滤膜组件从萃取后的废水中回收维生素纳滤膜组件从萃取后的废水中回收维生素B1

42、2 ，以保证产品的损失最少；，以保证产品的损失最少；3）用卷式用卷式NF膜从废有机物膜从废有机物中回收维生素中回收维生素B12 ，并使溶剂纯化供循环使用。，并使溶剂纯化供循环使用。43VB12分子构造式分子构造式又称钴胺素又称钴胺素 ( cyanocoba-lamin) 它是迄今为止最复杂的非高分子化合物，共有它是迄今为止最复杂的非高分子化合物，共有183个原子。是一个含钴的有机化合物。个原子。是一个含钴的有机化合物。其结构测定花费了数十年时间。其结构测定花费了数十年时间。1973年完成人工年完成人工全合成。全合成。它是深红色晶体，溶于水、乙酸和丙酮，不溶于它是深红色晶体，溶于水、乙酸和丙酮，

43、不溶于氯仿。氯仿。它对维持正常生长和营养，对神经系统和红细胞它对维持正常生长和营养，对神经系统和红细胞产生等都有极其重要作用。产生等都有极其重要作用。44C63H88N14O14PCo(M=1354) 453）多肽的浓缩与分离）多肽的浓缩与分离 医药工业中，肽和多肽的生医药工业中，肽和多肽的生产需要多个过程。它们可通过色谱柱纯化，并通过产需要多个过程。它们可通过色谱柱纯化，并通过蒸发进行浓缩。由于肽溶液太稀蒸发进行浓缩。由于肽溶液太稀(0.1%0.5%)，蒸，蒸发时间过长会破坏提纯的产品。若用发时间过长会破坏提纯的产品。若用NF膜直接浓缩膜直接浓缩含肽的溶液，可以克服上述不足。非常小的有机污含

44、肽的溶液，可以克服上述不足。非常小的有机污染物和低相对分子质量的无机盐，都是合成肽的副染物和低相对分子质量的无机盐，都是合成肽的副产品，也能透过膜被除去。（产品，也能透过膜被除去。（NF膜对偏离等电点的膜对偏离等电点的氨基酸和多肽等溶质的截留率较高）氨基酸和多肽等溶质的截留率较高）464）中成药生产）中成药生产 国家海洋局杭州水处理技术开发中心国家海洋局杭州水处理技术开发中心和云南白药集团公司合作，采用膜分离技术取代传统和云南白药集团公司合作，采用膜分离技术取代传统蒸馏浓缩，以简化原有工艺，减少酒精损耗和能耗，蒸馏浓缩，以简化原有工艺，减少酒精损耗和能耗，降低成本，提高有效成分收率。同时对中药

45、进行分离降低成本，提高有效成分收率。同时对中药进行分离纯化，减少中药中的杂质和盐分，提高注射液、口服纯化，减少中药中的杂质和盐分，提高注射液、口服液的澄明度，保证中药成分和质量的稳定，以利于出液的澄明度，保证中药成分和质量的稳定，以利于出口创汇。口创汇。 透过液澄清无色，效果较好，浓缩过程中通量略透过液澄清无色，效果较好，浓缩过程中通量略有下降，经分析，主要是浓缩过程中物料浓度升高引有下降，经分析，主要是浓缩过程中物料浓度升高引起的渗透压增加及浓差极化导致通量下降。经检测料起的渗透压增加及浓差极化导致通量下降。经检测料液对膜几乎没有污染，较适合采用纳滤膜浓缩。液对膜几乎没有污染，较适合采用纳滤

46、膜浓缩。47管式管式NF膜系统膜系统螺旋卷式螺旋卷式NF膜系统膜系统、在废水处理中的应用、在废水处理中的应用 现代工业的发展在为社会创造巨大财富的同时，也带现代工业的发展在为社会创造巨大财富的同时，也带来了严重的环境问题。越来越多的海洋、湖泊及河流等由于来了严重的环境问题。越来越多的海洋、湖泊及河流等由于大量工业废水的排入而被污染，给人类及动植物生存造成严大量工业废水的排入而被污染，给人类及动植物生存造成严重威胁。膜分离技术的特点使其在工业废水方面有着得天独重威胁。膜分离技术的特点使其在工业废水方面有着得天独厚的优势。厚的优势。NF膜以其特殊的分离性能，已成功地应用于制膜以其特殊的分离性能，已

47、成功地应用于制糖、造纸、电镀、机械加工等工业废水的处理上。糖、造纸、电镀、机械加工等工业废水的处理上。1）造纸废水处理）造纸废水处理 NF膜可以替代吸收和电化学方法除去纸浆膜可以替代吸收和电化学方法除去纸浆厂冲洗水中的深色木质素和来自木浆漂白过程中产生的氯化厂冲洗水中的深色木质素和来自木浆漂白过程中产生的氯化木质素，因为污染物中的许多有色有机物都带电负性，它易木质素，因为污染物中的许多有色有机物都带电负性，它易被荷负电的被荷负电的NF所截留，且对膜不会产生污染。有人开发了所截留，且对膜不会产生污染。有人开发了水循环使用一步法水循环使用一步法NF过程，并同过程，并同UF法进行比较，发现采用法进行

48、比较，发现采用NF技术处理后得到的水不仅透明、无色、不含阴离子废物技术处理后得到的水不仅透明、无色、不含阴离子废物，而且将透过水的，而且将透过水的COD、总碳和无机物含量的去除由、总碳和无机物含量的去除由UF泊泊的的50%60%提高到提高到80%以上。以上。492）纺织工业废水的处理）纺织工业废水的处理 可采用可采用MF和和NF联合膜联合膜过程回收棉纺纤维洗涤废水中的过程回收棉纺纤维洗涤废水中的NaOH。一般用。一般用质量分数为质量分数为10%20%浓度的浓度的NaOH处理纺织品，处理纺织品，然后用水冲洗。冲洗废水中含有低浓度的然后用水冲洗。冲洗废水中含有低浓度的NaOH和有机物，废水经由电解

49、池产生的氯水中和。和有机物，废水经由电解池产生的氯水中和。MF可除去皂化蜡、果胶以及络合无机离子等悬可除去皂化蜡、果胶以及络合无机离子等悬浮物；浮物；NF可除去二价盐、微量色素和有机物，而可除去二价盐、微量色素和有机物，而让让NaCl通过膜。透过液流经电解池，通过膜。透过液流经电解池， NaCl回复回复到到NaOH形式。形式。NF膜处理也延长了电解池的使用膜处理也延长了电解池的使用寿命。此外，寿命。此外，NF还用于在纤维加工过程中漂白所还用于在纤维加工过程中漂白所带来的废水处理，以控制污染物。带来的废水处理，以控制污染物。503）电镀废水处理）电镀废水处理 NF用于镀镍漂洗水再循环用于镀镍漂洗

50、水再循环及镍的回收，设备操作及维修简单，运转费及镍的回收，设备操作及维修简单，运转费用低。用低。含铬废水含铬废水过滤过滤均质化均质化浓缩液浓缩液渗透液渗透液浓缩液再用浓缩液再用NFMF514）用于金属加工和合金生产中废水处理）用于金属加工和合金生产中废水处理 在金属在金属加工和合金生产中，经常需用大量水冲洗，在这加工和合金生产中，经常需用大量水冲洗，在这些清洗水中，含有浓度相当高的重金属，如镍、些清洗水中，含有浓度相当高的重金属，如镍、铁、铜、锌等。为了使这些含重金属的废水符合铁、铜、锌等。为了使这些含重金属的废水符合排放要求，一般的措施是将这些重金属处理成氢排放要求，一般的措施是将这些重金属处理成氢氧化物沉淀除去。如果采用氧化物沉淀除去。如果采用NF技术，不仅可以回技术，不仅可以回收收90%以上的废水，使之纯化，而且同时使重金以上的废水，使之纯化，而且同时使重金属离子含量浓缩属离子含量浓缩10倍以上，浓缩后的重金属具有倍以上，浓缩后的重金属具有回收利用的价值。如果控制适当条件，回收利用的价值。如果控制适当条件，NF还可将还可将溶液中的不同金属实现分离。溶液中的不同金属实现分离。525）处理制糖工业废水）处理制糖工业废水 在制糖工业中，含有在制糖工业中，含有高浓度的高浓度的NaCl和带色有机物的离子交换树脂和带色有机物的离子交换树脂再生废液