Kuidas nanofiltratsioon toimib

Mis on nanofiltratsioon? Kuidas nanofiltratsioon töötab?

Nanofiltratsioon(NF) on membraanil põhinev filtreerimistehnoloogia, mis on paigutatud pöördosmoosi (RO) ja ultrafiltrimise (UF) vahel. Selle areng algas umbes 20 aastat pärast RO -membraanide uurimist NF -membraanide kohta 1970. aastatel, kui Je Cadotte uuris NS -300 membraanid. Iisraeli magestamisettevõtted nimetasid algselt "lahtiseks tagurpidi osmoosiks" (lahtiseks RO), hiljem nimetati selle protsessi ümber nanofiltratsiooniks Ameerika ettevõte FilmTec-a termin, mida tänapäevalgi kasutati. NF -tehnoloogia arenes kiiresti, kusjuures kaubanduslikud membraanimoodulid kerkisid -1980 s keskel. Täna on see peamine fookus globaalsetes membraanide eraldamise uuringutes.

Nanofiltratsiooni peamised omadused

1. pooride struktuur:
NF-membraanidel on nanoskaala mikropoorne struktuur (tavaliselt 1–2 nm) nende pinnakihil, võimaldades lahustunud aineid valikulist eraldamist.

2. jõudluse võrdlus:

• vs pöördosmoos (RO):

RO removes >95% NaCl (sool), samas kui NF -membraanid eemaldavad<90%, making them less effective for desalination but energy-efficient for targeted separations.

• vs ultrafiltratsioon (UF):

NF on suunatud väiksematele lahustitele (≈1 nm osakesed), mille molekulmassiga piir on 200–1, 000} dalons.

3. valikuline eemaldamine:
Erinevalt RO -st, mis eemaldab peaaegu kõik lahustunud ained, filtreerib NF selektiivselt spetsiifilisi ioone või molekule (nt kahevalentsed ioonid nagu Ca²⁺/Mg²⁺ või orgaanilised ühendid).

4. Materiaalne mitmekesisus:
Kui RO membraanid on valdavalt polüamiidipõhised, kasutavad NF-membraanid mitmekesiseid materjale, sealhulgas::

• Tselluloosatsetaat
• Sulfoonitud polüsulfoon
• Aromaatsete polüamiidkomposiidid
• Anorgaanilised materjalid

5. Pinnalaeng:
NF -membraanid kannavad polümeeri elektrolüütide pinnakihi tõttu sageli tugevat negatiivset laengut, suurendades nende võimet tõrjuda negatiivselt laetud ioone (nt sulfaadid, nitraadid).

6. plussid vs miinused

Eraldusprotsess nanofiltratsioonis (NF) tugineb kolmele peamisele mehhanismile:sõeluv efekt, adsorptsioon/difusioonjatasude koostoimed. Rõhu all läbivad lahustunud ja lahusti molekulid membraaniga füüsikalise ja keemilise interaktsiooni, mis võimaldab komponentide selektiivset eraldamist.

1. sõelumise efekt

Sellesõeluv efekton NF -i eraldamise alus. NF -membraanidel on täpselt kontrollitud nanopoore (läbimõõt 1–2 nm), mis toimivad füüsilise barjäärina:

• Lubatud mööduda: Väikesed molekulid nagu vesi, kasulikud mineraalid (nt kaltsium, magneesium) ja mikroelemendid.
• Blokeeritud: Suuremate saasteainete hulka kuuluvad bakterid, kolloidid, riputatud tahked ained ja makromolekulaarsed orgaanid.

Need säilinud ained moodustavad sööda poolele kontsentreeritud lahuse, muutes NF -i ebapuhtade eemaldamiseks väga tõhusaks.

2. adsorptsioon ja difusioon

NF -membraanid suurendavad eraldamist läbiadsorptsioonjadifusioon:

• Adsorptsioon: Lahustunud molekulid interakteeruvad membraani pinnaga, kus teatud ained (nt orgaanilised ühendid) kleepuvad membraanile.
• Difusioon: Lahustunud ained difundeeruvad läbi membraani pooride. Väiksemad molekulid mööduvad hõlpsalt, suuremad samas kui pooride suurus piirab.

Lisaks eraldavad NF -membraanid selektiivselt lahustunud aineid, mis põhinevad sellistel omadusteltasujapolaarsus, protsessi täiendavalt täpsustamine.

3. Laadimise efekt

Enamikul NF -membraanidel on anegatiivselt laetud pind, ioonispetsiifilise eraldamise võimaldamine:

• Positiivselt laetud ioonid(nt ca²⁺, mg²⁺) meelitatakse membraan.
• Negatiivselt laetud ioonid(nt nii₄²⁻, no₃⁻) tõrjutakse.

Selle laadimise interaktsiooni tulemuseks on kõrgemad säilitusmääradmultivalentsed ioonid(nt raskmetallid) võrreldes monovalentsete ioonidega (nt Na⁺), muutes NF ideaalseks:

• Osaline magestamine
• Raskemetallide eemaldamine

Vesi pehmendamine

NF ühendab füüsikalise sõelumise, keemilise adsorptsiooni ja elektrostaatilised interaktsioonid, et saavutada täpne, energiatõhusad eraldused-lühendades lõhe pöördosmoosi ja ultrafiltrimise vahel.

Q: Kas nanofiltratsioon saab eemaldadafluoriid?
A: Fluoriidi eemaldamiseks kasutatav pöördosmoos.

Q: Kui tihti NF -membraanid asendada?
A: Sõltuvalt vee kvaliteedist iga 2–3 aasta tagant.