北极星水处理网讯:研究背景

人口增长和水环境污染加剧了水资源危机，严重影响经济社会的健康与可持续发展，成为21世纪面临的最主要问题之一。据统计，全国约有67%的地下水和32%的地表水受到了不同程度的污染，约有7000万人面临水质安全问题。同时，随着人们生活水平的提高，对饮用水的品质要求也逐渐提高，获得优质的饮用水是人民群众的迫切需求日。膜技术相较于传统的水处理工艺具有占地面积小、处理效率高、出水水质好等优势，在水处理和水回用领域备受关注。

纳滤（ NF）对水中的多价盐和有机污染物可实现高效截留，但对单价盐截留率相对较低，因而对单价和多价盐混合体系具有选择性分离的特点，且相较于RO具有能耗低的优势，其已被广泛应用于海水淡化、饮用水处理、水回用、工业废水处理等。NF大多使用薄膜复合膜（TFC）结构，由聚酰胺（PA）除盐层、超滤膜（UF）层（常用聚矾或聚醚矾UF膜）及无纺布支撑层组成。NF膜孔径介于RO膜与UF膜之间，具有较高的水渗透性能5~20 L/（m3?h?bar）]。相较于RO膜，NF膜对二价及多价离子截留率可达到90%以上，对一价盐的截留率为10%~90%。

但现有商品NF膜也有非常明显的缺点。例如，受限于渗透性与选择性之间相互制约的：“trade-off”现象，提高膜的水通量一般会降低其溶质的截留率。同时，NF膜由于历史原因，对二价离子（如钙、镁等矿物质离子）的去除率过高（>90%），然而这些矿物质的过度去除可能导致“不健康”饮用水的出现。同时，其对人体有害的重金属、氟化物、微量污染物去除率普遍偏低，进一步威胁人体健康。另外，基于聚酰胺的NF膜耐氯性较差，为了保证膜的完整性，需在膜工艺中将余氯去除，但会增加相应的操作成本。

近年来，随着纳米技术的发展，纳米掺杂的NF膜得到广泛关注和研究，其中比较典型的纳米复合膜包括表面涂层的NF膜（SLN）、聚酰胺层纳米掺杂膜（TFN）、纳米材料混合基质膜（TFCn）以及基于中间层改性的NF膜（TFNi）。这些新型NF膜的水渗透通量得到显著提升，同时对盐和特定有机污染物进行选择性去除，例如由于亲疏水作用，亲水的纳米银和金属有机框架材料（MOFs）掺杂可提升复合膜对内分泌干扰物的选择性去除，在水处理及水回用领域展现了良好的应用前景。本文综述了NF膜的分离特性及其在水处理与水回用中的应用场景，对新型NF膜进行了总结分析并对未来NF膜的结构设计及在环境应用的发展方向进行了展望。

摘 要

近年来，纳滤膜（NF）以其较高水渗透性能、良好水/盐选择性和相较于反渗透膜（RO）低工作压力等优势被广泛应用于水处理和水回用中。然而传统的商品NF的分离性能具有局限性，例如对人体有益的矿物质去除率过高、对污染物去除率偏低，而且渗透性能-选择性能的制衡等问题严重制约了NF的发展及潜在的应用。详细介绍了NF膜在水处理和水回用中的应用及NF结构优化和改性的最新进展；回顾了通过对NF膜除盐层的孔隙率、亲水性、表面官能团及表面带电性等改性方式来提高NF的渗透性、选择性、抗污染、抗菌和耐氯能力等取得的研究成果；最后展望了新型NF膜在水处理和水回用领域的发展。

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NF膜的结构介绍和商品NF膜的分离特性

NF膜起源于20世纪70年代，随着薄层复合RO膜的发展，在1978年，Cadotte等利用哌嗪（PIP）和1，3，5-均苯三甲酰氯（TMC）制备出第一张薄层复合聚酰胺NF膜。它能高效截留多价离子，与RO相比，具有更高的水通量?较低的NaCl 截留率，且过程压力低，节省能源，已被广泛应用于水与污水处理、生物制药与食品工程等领域。目前，大部分商品化的NF膜都是聚酰胺复合膜，其主要由聚酰胺分离层（50~100 nm）、多孔支撑层（~50 um）和无纺布层（~ 100 um）组成。如图1所示，最底部的无纺布层用于增加膜的机械强度，中间的多孔支撑层通常为聚矾（Psf）或聚醚矾（PES）构成，而聚酰胺分离层作为主要截留层，大多为PIP与 TMC聚合得到的聚酰胺材料。