Нанофильтрация

Печать

            Нанофильтрация (НФ) совмещает в себе черты как ультрафильтрации, так и обратного осмоса. В процессе НФ используются заряженные мембраны по размерам пор близкие к ультрафильтрационным, что вызывает разделение как по стерическому (ситовому) механизму, так и по Доннановскому и электростатическому механизмам. В зависимости от типа задерживаемых загрязнений преобладают те или иные эффекты. В частности, для катионов тяжелых металлов, имеющих сильный положительный заряд, отрицательно заряженные мембраны и слой положительно заряженных противоионов вносят решающий вклад в селективность. С помощью НФ удается достигнуть селективностей 90-98%, что ниже характерных для обратного осмоса 97-99,5%, однако в ряде случаев такие высокие селективности не являются необходимостью и поэтому выгоднее использовать менее энергоемкий процесс нанофильтрации (рабочее давление в 1,5-2 раза ниже).
        Нанофильтрация может быть использована для концентрирования растворов, содержащих разновалентные соли благодаря различным плотностям заряда и размерам гидратных оболочек ионов. Влияние заряда важно для выделения соли с помощью нанофильтрации, для которой процесс растворения-диффузии – главные механизмы. Доннановские силы имеют особенно важное значение для разбавленных растворов солей.

          Примером использования нанофильтрации может служить фильтрация раствора,содержащего 25г/л CuSO4 и 8 масс. % H2SO4 . Такие кислые растворы часто используются в металлургической промышленности.
          Установка включает в себя пять плоско-листовых мембранных модуля, соединённых параллельно: Desal-5DK, Desal KH, NF45, NF270 и MPF34.

alt

          На мембранах NF45, NF270 и Desal-5DK селективность по CuSO4 практически не зависит от концентрации Н2SO4 и составляет 96-98%. Селективность по меди на мембране MPF-34 уменьшается при добавлении кислоты от 83% до 69%, а для мембраны Desal KH селективность составляет 87-90%. При увеличении концентрации кислоты селективность по ней увеличивается примерно до 30% (для NF45 и NF270), а для Desal-5DK селективность по Н2SO4 не изменяется при концентрации кислоты от 0,05 до 0,8 М.

       Таким образом, отделение кислоты от сульфата металла стало возможным при высоких концентрациях соли благодаря нанофильтрационным мембранам при достаточно низких давлениях (20 бар).

       Пример использования нанофильтрационной мембраны Desal 5 для выделения различных ионов при рН от 1,5 до 3,5: при исходной концентрации Cu2+ 22,7 мг/л концентрация пермеата - 0,32 мг/л, концентрата – 55,055 мг/л, селективность - 98,7%; при исходной концентрации SO42- 411,5 мг/л концентрация пермеата - 2,88 мг/л, концентрата – 820,2 мг/л, селективность – 99,3%.
      Нанофильтрация может быть использована для удаления катионов из растворов, причём экспериментально подтверждено, что заряд поверхности мембраны может быть изменён с помощью уменьшения рН, что делает поверхность положительно заряженной. Такая мембрана высокоселективна для многозарядных катионов, например, селективность Са2+ при уменьшении рН от 7 до 2 возрастает от 60 до 95%.