Composition and Experience of Nanofiltration Membranes Used in Water Treatment

Abstract

Nanosuodatuskalvot ovat hyvin heterogeeninen kalvoryhmä, johon kuuluu ennen kaikkea tiheitä, negatiivisesti varautuneita, orgaanisia kalvoja. Ne erottavat käänteisosmoosin ja ultrasuodatuskalvojen välillä olevia neutraaleja molekyyleja, joiden molekyylimassa on 200-1000 g/mol. Komposiittimembraanin todella ohuen polymeeripinnan valitaan ja modifiointiin käytetään funktionaalisia ryhmiä, joiden avulla saadaan halutunlaiset suodatusominaisuudet, kuten hydrofiilisyys, sekä usein myös tietty negatiivinen varaus ja kapea huokosjakauma. Tämä antaa nanosuodatuskalvoille hyvin ainutlaatuiset suodatusominaisuudet, sillä kalvojen aineiden erotuskyky perustuu siivilöintiin, elektrostaattiseen repulsioon ja Donnan ilmiöön. Samanaikaisesti molekyylit voivat päästä kalvon läpi esimerkiksi diffuusion avulla. Markkinoilla on nykyään enimmäkseen erilaisia polyamidikalvoja, kuten tiheitä, kloorille herkkiä, ristisidoksisia, täysin aromaattisia polyamideja, sekä viime aikoina hieman löyhempiä ja valikoivampia polypiperazinamidejä. Lisäksi valmistetaan sulfonoituja polyeetterisulfonikalvoja, sillä ne kestävät paremmin ääriolosuhteita kuin polyamidikalvot.

Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli suorittaa nopea seulonta muutamilla nanosuodatuskalvoilla, näyttää vallitseva variaatio ja löytää yksi tai useampia sopivia kalvoja jatkotutkimuksia varten. Tutkimuksissa käytettiin neljää erilaista 2,5 x 40 tuuman kalvoa 10 % saannolla 50 tunnin ajan pienessä laboratoriopilotissa. Kokeissa käytetty vesi oli hyvin pehmeää, hieman hapanta, hiekkasuodatettua pintavettä, jonka orgaanisen aineen pitoisuus oli korkea (TOC >10 mg/l). Tutkimuksen tulokset voidaan esittää seuraavalla tavalla, jossa ensin mainitulla kalvolla on korkein arvo: Tuottavuus: NTR-7410 >>> NF70 > NTR-7450 >> NF200.

Epäorgaanisten ionien vähentyminen: NF 70 > NF 200 >> NTR-7450 >> NTR-7410.

Orgaanisten aineiden vähentyminen: NF 70 = NF 200 > NTR-7450 >> NTR-7410.

Analyysin mukaan kaikki kalvot toimivat hyvin, mutta niiden välillä on selviä eroja. NF 70, joka muodostuu ristisidoksisista aromaattisista polyamideista, omaa korkean tuottavuuden ja poistaa yli 90 % sekä epäorgaanisista ioneista että orgaanisesta aineesta. NF 200:n polypiperazinamidi-pinta antaa sille tiettyjä valikoituneita ominaisuuksia, jotka ilmenevät siten, että NF 200 vähentää orgaanista ainetta yhtä tehokkaasti kuin NF 70, mutta päästää läpi kaksi kertaa enemmän epäorgaanisia ioneja, mikä tapahtuu huomattavasti huonomman tuoton kustannuksella. Sulfonoidulla polyeetterisulfonikalvolla, NTR-7450:llä, on vain hieman pienempi tuottavuus kuin NF 70:llä. Kyseinen nanosuodatuskalvo on kuitenkin löyhempi, ja erottaessaan pienimolekyylisiä aineita sen toiminta perustuu elektrostaattiseen repulsioon. Tämän vuoksi kalvolla pystytään poistamaan > 92 % orgaanisesta aineesta, jos mukaan ei lasketa AOC-a, jonka suhteellinen pienentyminen on tuskin 60 %. Kalvo päästää lävitseen myös noin 50 % epäorgaanisista ioneista. NTR-7410 on läheistä sukua NTR-7450:lle ja on yksi löyhimmistä markkinoilla olevista kalvoista. Kalvon tuottavuus on täysin omaa luokkaansa, kaksi kertaa korkeampi kuin NF 70:llä, mutta kalvolla pystytään poistamaan vain > 70 % orgaanisesta aineesta, ja veteen jää myös lähes 80 % epäorgaanisista ioneista.