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由国标中纳滤膜和纳滤条目说起

时间:2019-05-16 01:17 作者: 点击:

随着膜技术越来越广泛地应用于水处理行业,为了帮助读者更直观阅读,为了引导大家更好地理解这个讨论,我先从祝老师的观点中梳理几个概念性的问题,而且对多价离子的盐类和一价离子
北极星水处理网讯:微滤、超滤、纳滤、反渗透,随着膜技术越来越广泛地应用于水处理行业,我们对于膜的研究和认识也越来越深入。目前工业中反渗透应用广泛,市政中超滤膜相对主力。纳滤膜,作为超滤膜和反渗透间的“中间地带”,其特性被越发关注,相关行业也积极开展着针对纳滤膜的应用研究和实践。然而,在“标准先行”的过程中,我们也发现了可能存在的一些观点上的争议,学术争论无对错,凡事不辨则不明,本刊邀请中核集团北京化工冶金研究院祝振鑫研究员级高工,就纳滤和纳滤膜的国标定义,透彻分析。为了帮助读者更直观阅读,阿三对祝老师的观点进行了提炼和重新整理。

祝振鑫

获国防科工委科技进步一等奖等多项奖项;出版译著10多部,累计汉字500多万字;拥有中国发明专利8项。

祝振鑫,男,江苏无锡人,中核集团北京化工冶金研究院研究员级高级工程师。1965年7月毕业于中国科技大学近代化学系,所学专业为放射化学专业辐射化学专门化。

有关“纳滤”和“纳滤膜”的国家标准只有一个,即GB/T 20103—2006 《膜分离技术 术语》,其中

关于纳滤膜的条目是:

4.1.2 用于脱除多价离子、部分一价离子的盐类和分子量大于200的有机物的半透膜。

关于纳滤的条目是:

4.2.3 以压力为驱动力,用于脱除多价离子、部分一价离子和分子量200~1000有机物的膜分离过程。

但作为目前国标层面仅有的两条条文,有哪些问题需要进一步探讨的呢?

为了引导大家更好地理解这个讨论,我先从祝老师的观点中梳理几个概念性的问题。

4.1.2 定义中,纳滤膜脱除的到底是什么?

4.1.2 纳滤膜定义的条目强调了纳滤膜是用来脱除多价离子、部分一价离子的盐类,以及分子量大于200的有机物。条目定义的很明确:纳滤膜脱除的是盐类或有机物,而且对多价离子的盐类和一价离子的盐类,纳滤膜的脱除能力是不一样的,对多价离子的盐类是“脱除”,至于到底从进料溶液中脱除多少比例的多价离子的盐类才算脱除?国标并没有硬性规定;对一价离子的盐类是“部分脱除”,到底从进料液中脱除多少比例的一价离子的盐类可以称作“部分脱除”?国标也没有作硬性规定。

什么是“一价离子的盐类”?

“一价离子的盐类”指的是由一价阳离子和一价阴离子组成的盐类,如NaCl、KCl、NaNO3、KNO3、LiF、NaF等等

什么是“多价离子的盐类”?

“多价离子的盐类”指的是由二价三价阳离子与二价三价阴离子组成的盐类,例如MgSO4、CaSO4、MgCO3、CaCO3、FeSO4、Fe2(SO4)3、FePO4等等。

如果您已经理解了上面三个解释,我们再回过头来看一下4.1.2条和4.2.3条,是不是发现了3个比较明显的问题?

脱除的到底是“盐”还是“离子”?

仔细阅读两个条目发现,4.1.2条中明确写明,纳滤膜脱除的是“盐”,但4.2.3条中,却又写着纳滤是一个脱除“离子”的膜分离过程,这是到底笔误还是另有深意?

祝老师认为,膜分离过程所脱除的,是盐类而不是离子,4.1.2条中的表述更为严谨准确,而4.2.3条的表述可能存在笔误或印刷上的问题,应当予以修正和完善。

混合价态的盐类,纳滤膜怎么脱除?

两个条目中,都明确了纳滤膜可以“脱除”和“部分脱除”“多价离子的盐类”和“一价离子的盐类”,但化合物形态多样,对于由“一价阳离子和多价阴离子组成的盐类”,以及由“一价阴离子和多价阳离子组成的盐类”,例如Na2SO4、K3PO4、CaCl2、FeCl3等等,两个条目均没有提及,纳滤膜又是如何脱除这类盐的呢?

祝老师解释道:纳滤膜除了靠孔径大小对盐类分子进行筛分作用之外,还靠膜表面所带的电荷对同性电荷离子的排斥作用,和对异性电荷离子的吸引作用来分离物质分子的。这样一来,纳滤膜对盐类的分离作用呈现了多种多样的情况:对于由一价阳离子和一价阴离子组成的一价离子的盐类,国标明确指出,纳滤膜的脱除能力比较差,为“部分脱除”;对于由多价阳离子和多价阴离子组成的多价离子的盐类,纳滤膜的脱除效果好,为“脱除”。但是对于由一价阳离子和多价阴离子组成的混合价态的盐类,以及由多价阳离子和一价阴离子组成的混合价态的盐类,国标并没有明确纳滤膜对它们的脱除效果,实际情况也比较复杂。膜上所带电荷的极性不同,纳滤膜对这种混合价态盐类的脱除效果也就完全不同:例如对于由2个一价阳离子Na和一个二价阴离子(SO4)2-组成的盐Na2SO4,带负电荷的纳滤膜对它的脱除率(96%~98%)甚至要大于对MgSO4的脱除率(90%~93%%),而一种带正电荷的纳滤膜,对由一个二价阳离子Mg2+和一个二价阴离子(SO4)2-组成的盐MgSO4的截留率只有21%,但对由一个二价阳离子Ca2+和二个一价阴离子Cl-组成的盐CaCl2的截留率却达到了约74%,可见纳滤膜所带电荷的不同,对于不同的盐类的脱除效果不能一概而论,行业中目前存在的一些说法,把盐类两个字去掉,把纳滤膜说成是对“二价三价离子完全脱除,一价离子全部保留”是完全错误的。

分子量200的有机物,到底能不能被纳滤膜脱除?

纳滤膜可脱除的有机物分子量范围究竟如何?这是两个条目最具争议的一点。4.1.2条中明确可脱除的有机物分子量为“大于200”,但4.2.3条中又将纳滤可脱除的有机物分子量定义为“200~1000”,这里就直接产生了两个存在矛盾的争议:1、分子量正好为200的有机物能不能脱除?2、分子量大于1000的有机物能不能脱除?

祝老师认为,两条标准存在前后矛盾,对于行业的执行来说,是存在问题的。而且,隨着时代的发展,新的纳滤膜品种和新的纳滤过程不断涌现出来,纳滤过程已从早期的部分脱盐和脱除分子量200的有机物这种疏松反渗透过程,扩展到了专用来脱除分子量为千Da等级的有机物(活性染料分子)的分离,甚至用于有机溶剂的纳滤。纳滤膜的孔径已从初期的1nm左右扩展到5nm以下!现行的标准就更加无法把这些新的进展涵盖进去了。

膜行业的蒸蒸日上以及广泛的应用前景,所以对于标准的关注以及对标准完善修编的呼声越发强烈。行业的发展离不开标准的引领,确保严谨、具有前瞻性和引领性的标准,才能引导行业真正健康快步前进。本文几个小小观点的讨论,也是为了引发行业关注和思考,共同加入到“纠错”的队伍中来,还是需要强调的是:“学术争论无对错,凡事不辩则不明”

——阿三编后语


原标题:由国标中纳滤膜和纳滤条目说起

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