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1、納米濾膜在水處理方面的應(yīng)用作者:劉英(青海大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院09材料科學(xué)與工程)摘要:納濾膜出現(xiàn)在上世紀(jì)八十年代,1993年,高從堦院士在國內(nèi)首次提出納濾膜概念[1],近年來,納濾技術(shù)已經(jīng)成為膜分離領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),并在制藥、生物化工、食品、水處理等諸多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。關(guān)鍵詞:納濾膜膜技術(shù)水處理Nano-MembranesApplicationsInWaterTreatmentOfAuthor:LiuYing(QinghaiUniversitySchoolofmechanicalengineering09,materialsscienceandEngineering)Abstract:
2、membraneappearsinthelastcenturyeighty's,1993,academicianGaoCongjieputsforwardfirstinhomenanofiltrationmembraneconcept[1],inrecentyears,nanofiltrationmembraneseparationtechnologyhasbecomeahotresearchfield,andinthepharmaceutical,chemical,food,watertreatmentandotherfieldswidely.Keywords:nanofilt
3、rationmembranetechnologyinwatertreatment引言?納濾技術(shù)介于超濾和反滲透之間的一種膜分離技術(shù),其截留分子量在200~1000范圍,孔徑為幾納米,其分離對(duì)象的粒徑為約1nm。納濾膜有著很多顯著的優(yōu)點(diǎn),例如操作壓力低,通量高,對(duì)離子形式的鹽和一些有機(jī)分子的高效去除能力,而設(shè)備投資和運(yùn)行保養(yǎng)的費(fèi)用卻很低。正是因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn),納濾技術(shù)在世界范圍內(nèi)的各個(gè)領(lǐng)域被越來越多的應(yīng)用。納濾膜出現(xiàn)在上世紀(jì)八十年代,1993年,高從堦院士在國內(nèi)首次提出納濾膜概念[1],近年來,納濾技術(shù)已經(jīng)成為膜分離領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),并在制藥、生物化工、食品、水處理等諸多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。一
4、、納米技術(shù)及其效應(yīng)??納米技術(shù)是指在1—100尺度上研究和應(yīng)用原子、分子現(xiàn)象,由此發(fā)展起來的多學(xué)科、基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究緊密聯(lián)系的新的科學(xué)技術(shù)。它是現(xiàn)代物理(介觀物理、量子力學(xué)、混沌物理和分子生物學(xué)等)和先進(jìn)工程技術(shù)(計(jì)算機(jī)、微電子和掃描隧道顯微鏡等技術(shù))結(jié)合的產(chǎn)物。納米技術(shù)包括納米結(jié)構(gòu)和納米材料。納米結(jié)構(gòu)是指在納米尺寸上構(gòu)架功能性結(jié)構(gòu)。納米材料指的是構(gòu)成材料的結(jié)構(gòu)單元尺寸是納米尺寸,并且用的材料性質(zhì)是這個(gè)尺度上物質(zhì)特有的非常規(guī)性質(zhì)。納米顆粒由于具有極小的尺寸,產(chǎn)生了常規(guī)顆粒的大塊材料所不具備的新效應(yīng)。1.小尺寸效應(yīng)(又稱體積效應(yīng))。當(dāng)超細(xì)微粒的尺寸與光波的波長、傳導(dǎo)電子的德布羅意
5、波長或超導(dǎo)態(tài)的相干長度或透射深度等物理特征尺寸相當(dāng)或更小時(shí),其周期性的邊界條件將破壞,光、聲、電、磁、熱力學(xué)等特性會(huì)表現(xiàn)出新的小尺寸效應(yīng)。2.量子尺寸效應(yīng)。當(dāng)粒子的尺寸小到某一值時(shí),金屬的費(fèi)米能級(jí)附近的電子能級(jí)由準(zhǔn)連續(xù)變成離散,對(duì)于納米半導(dǎo)體材料存在的不連續(xù)的最高被占據(jù)分子軌道和最低未被占據(jù)分子軌道的能級(jí)和能隙變寬,此現(xiàn)象稱為量子尺寸效應(yīng)。3.宏觀量子隧道效應(yīng)。微觀粒子具有貫穿勢壘的能力稱為隧道效應(yīng)。近年來,人們發(fā)現(xiàn)一些宏觀量,例如微顆粒的磁化強(qiáng)度、量子相干器件中的磁通量以及電荷等也具有貫穿宏觀系統(tǒng)勢壘而產(chǎn)生變化的隧道效應(yīng)——宏觀量子隧道效應(yīng)。4.表面效應(yīng)。表面效應(yīng)是納米粒子及固
6、體材料中重要的效應(yīng)之一,是指表面原子數(shù)隨納米結(jié)構(gòu)尺寸減小而急劇增大后引起的性質(zhì)上的變化。表1是顆粒粒徑、原子數(shù)及表面原子數(shù)之間的關(guān)系。表面原子數(shù)的增加、原子配位的不足,必然導(dǎo)致納米結(jié)構(gòu)存在許多表面缺陷,使表面具有很高的活性,極不穩(wěn)定,很容易與其他原子結(jié)合。納米顆粒的粒徑極小,具有巨大的比表面積的表面自由能。二、納濾膜的研制1.醋酸纖維素類納濾膜周金盛等人應(yīng)用相轉(zhuǎn)化法制備了醋酸纖維素(CA)-三醋酸纖維素(CTA)不對(duì)稱納濾膜。針對(duì)CA/CTA比,混合溶劑比例,添加劑和制膜條件等因素對(duì)膜性能的影響進(jìn)行了研究。所制得的膜在操作壓力1MPa和進(jìn)水溫度5~25℃條件下,對(duì)1000mg/L
7、的NaCl水溶液脫鹽率達(dá)到了15~60%,而對(duì)1000mg/Na2SO4水溶液脫鹽率為85~98%。劉玉榮等人[3]對(duì)醋酸纖維納濾膜連續(xù)成膜工藝進(jìn)行了研究,確定了連續(xù)制備醋酸纖維納濾膜的工藝條件。在機(jī)制膜制備中,材料的毛疵點(diǎn)可能導(dǎo)致膜面的疵點(diǎn)和缺陷。而材料表面的微細(xì)的軟毛,則有利于鑄膜液與增強(qiáng)材料的結(jié)合,使膜不宜從增強(qiáng)材料上剝離。醋酸纖維類納濾膜是早期在膜市場投入生產(chǎn)的產(chǎn)品,但使納濾膜大量應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐當(dāng)中并迅速發(fā)展的,是復(fù)合型納濾膜的出現(xiàn)。2.復(fù)合納濾膜1993年,高從堦在國內(nèi)