超濾分離特性
超濾
超濾是一種介於納濾與微濾之間的膜分離技術，膜的截留分子量範圍為500～500000道爾頓左右，相應孔徑大小的近似值約為50Å～1000Å。
超濾分離過程以篩濾機理為主。通常情況下，可把不同截留分子量的超濾膜看做是不同孔徑的系列篩網。在一定的壓力(0.1～0.7MPa)下，它只允許溶劑和小於膜孔徑的溶質透過，而阻止水中的懸浮物、微粒、膠體、大分子有機物和細菌等大孔膜孔徑的溶質通過，以完成溶液的分離、淨化、分級及濃縮的過程。
近些年來，超濾技術的發展極為迅速，不但在特殊溶液的分離方面有獨到的作用，而且在工業給水方面也用得越來越多。例如在海水淡化、純淨水及高純水的製備中，超濾可作為高級預處理沒備，確保RO及EDI等設備的長期安全連續運行、在食品飲料、礦泉水生產中，超濾發揮更重要的作用。因為超濾僅去除水中的懸浮物、膠體微粒和細菌等雜質，而保留對人體健康有益的礦物質。
分離的特性
超濾分離的特性有：
(1)分離過程不發生相變化，耗能量少。
(2)分離過程可以在常溫下進行，適合一些熱敏性物質如果汁、生物製劑及某些藥品等的濃縮或者提純。
(3)分離過程僅以低壓泵提供的壓力作為推動力，設備及工藝流程簡單，易於操作、管理及維修。
(4)套用範圍廣，凡溶質分子量為500～500000道爾頓或者溶質尺寸大小為5Å—1000Å左右，都可以利用超濾分離技術。此外，採用系列化不同截留分子量的膜，能將不同分子最溶質的混合液中各組分實行分子量分級 。
膜的分離特性
膜的性能通常包括分離透過特性和物理化學性能。膜物理化學性能主要包括承壓性、耐溫性、耐酸鹼性、抗氧化性、耐生物與化學侵蝕性、力學強度、膜的厚度、可萃取物、含水量、毒性、生物相容性、親水性和疏水性、孔隙率、電性能、膜的形態結構以及膜的平均孔L徑等。
圖1膜的分離透過特性主要是指分離效率和滲透通量，不同膜分離過程表示方法如圖1所示。
膜的孔徑是表征膜性能的重要指標，它是決定膜的分離透過特性的最主要因素。有關膜孔徑的測量方法有直接觀測方法和間接方法 。
納濾的分離特性
納濾膜的材料及膜組件
納濾膜材料主要有醋酸纖維素(CA)、醋酸纖維素一三醋酸纖維素(CA-CTA)、磺化聚碸(SPS)、碘化聚醚碸(SPES)、芳香族聚醯複合材料及無機材料等。目前套用最廣的是芳香聚醯胺複合材料。
圖2納濾過程的經濟性和實用性決定於組件的價格與性能，它對組件的機械強度、流體力學結構及經濟性都有較高的要求。目前用於納濾過程的組件，分別是管式、板框式、卷式及中空纖維式，它們有著不同的性能及操作條件，見圖2。在納濾過程中卷式和中空纖維式膜組件較為適用。
納濾膜對有機物的分離
圖3
圖4不同納濾膜對有機物的分離截留效果見圖3。由圖3可見，納濾膜一般對相對分子質量在200以上的有機物具有較好的去除率(大於90%)，納濾膜的截留分子量(MWCO)為200～500也是針對這一點的，這主要指的是一種孔徑的物理截留作用。納濾膜的MWCO大於反滲透膜的MWCO(100)，而小於超濾膜的MWCO(1000以上)。納濾膜對有機物的去除受操作壓力、進水濃度、pH值、迸水有機物性質等因素的影響。圖4是納濾膜對不同性質有機物去除效率的對比。圖中親水部分有機物、疏水部分有機物以及未分級的本體有機物維持同樣的有機物濃度(TOC為1mg/L)。在同樣的操作條件下，納濾膜對它們的去除效率相差很大，納濾膜對疏水性的有機物去除效果最好(>97.5%)，而親水性的有機物一般為小分子有機物，截留率較低，易於與水分子一起透過納濾膜。這說明了納濾膜對有機物去除的選擇性。
納濾膜對無機物的分離
圖5納濾膜對無機離子的去除效率介於反滲透和超濾之間，它對不同的無機離子有不同的分離特性，如它對Mg 、Ca 、SO 的去除效率遠遠高於對Na 、Cl 等的去除效率，這是納濾膜與反滲透膜分離性能的主要差別。從不同膜對不同離子的透過係數對比中可以看出納濾與反滲透的區別(見圖5)。
膜對具體無機離子的透過係數是與膜對該離子的截留率相反的概念。某一離子的透過係數越大，那么相應地，這種膜對這種離子的截留率越小。從上述數據可以看出，PVD納濾膜對水中的高價離子的截留率較高。以截留率從小到大的次序，列出該納濾膜對水中具體離子的去除效率為：SO >Mg >Ca >SO >HCO >Na >Cl >K >NH >F >NO 。而且納濾膜相對於反滲透膜來說，陰離子的透過率明顯降低，一般的納濾膜的去除規律也基本與此相似 。
