Công nghệ màng lọc Nano

10/08/2018

Màng lọc Nano NF có chức năng tương tự như RO nhưng thường được hướng tới mục tiêu để loại bỏ các ion hai hóa trị và lớn hơn. Các ion đơn trị như Natri và Clorua đi qua màng NF và do đó màng NF được sử dụng chủ yếu để loại bỏ độ cứng (thay cho chất làm mềm nước). NF có thể loại bỏ các phân tử lớn một cách hiệu quả như thuốc trừ sâu và màu sắc.

Thị trường toàn cầu cho màng lọc Nano UF đã tăng từ 89 triệu đô la năm 2006 lên khoảng 300 triệu đô la vào năm 2013. Các ứng dụng quy mô lớn của NF có, tuy nhiên chủ yếu vẫn bị giới hạn trong việc xử lý nước và xử lý nước thải. Trong những năm gần đây, việc sử dụng màng lọc công nghệ NF đã được mở rộng sang các ngành công nghiệp khác như sản xuất sữa và nước trái cây. Sự phát triển của màng ổn định dung môi đã mở ra những cơ hội mới cho màng NF vào dược phẩm, hóa chất và hương vị các ngành công nghiệp hương thơm.

Màng lọc Nano NF ban đầu được phát triển cùng với công nghệ màng RO, UF và MF hơn 30 năm trước.Và trong khi RO, UF và MF đã phát triển nhanh chóng thì công nghệ màng NF vẫn là một công nghệ tích hợp. Màng lọc Nano NF có chức năng tương tự như RO nhưng thường được hướng tới mục tiêu để loại bỏ các ion hai hóa trị và lớn hơn. Các ion đơn trị như Natri và Clorua đi qua màng NF và do đó màng NF được sử dụng chủ yếu để loại bỏ độ cứng (thay cho chất làm mềm nước). NF có thể loại bỏ các phân tử lớn một cách hiệu quả như thuốc trừ sâu và màu sắc.

Về mặt kỹ thuật, các vị trí NF chính nó giữa UF và RO. NF, trong khi loại bỏ vi khuẩn, virus và u nang khỏi nước mà UF cũng làm, NF, ngoài ra cũng có thể loại bỏ các chất rắn hòa tan có chứa các ion bi-valent. UF không thể loại bỏ bất kỳ chất rắn hòa tan nào. Trong khi NF không thể loại bỏ các chất rắn hòa tan (các phân tử nhỏ) với các ion đơn trị, RO loại bỏ tất cả các chất rắn hòa tan bất kể sự hóa trị của các ion. Ngoài ra, RO cũng loại bỏ vi khuẩn, vi rút và u nang khỏi nước.

Trong trường hợp này NF thường được so sánh phân tích lợi ích chi phí giữa màng lọc UF và RO. Đặc biệt, trong một với một gia đình sử dụng, mọi người lựa chọn dùng màng RO hoặc UF. Đây là một trong những lý do chính khiến màng lọc công nghệ nano NF đã không phát triển như một POU phổ biến (điểm sử dụng) của máy lọc nước như RO.

Màng lọc NF không thể loại bỏ các ion đơn trị như ion natri hoặc clorua một cách hiệu quả là một bất lợi chính của công nghệ này. Vì màng lọc NF không loại bỏ tất cả các ion, chênh lệch áp suất thẩm thấu giữa các dung dịch ở mỗi bên của màng không cao bằng RO. Bởi vậy mà thường áp lực hoạt động cho NF là ít hơn với màng RO. Điều này làm giảm chi phí vận hành của NF so với RO, năng lượng ít được tiêu thụ hơn. Đây chính là một lợi thế của NF trên RO trong ứng dụng như làm mềm nước đòi hỏi phải loại bỏ các ion cứng như Canxi, Magie,.. vv.., là hai bivalent. Trong nước làm mềm, loại bỏ các ion đơn trị như Natri, Clorua, ..vv,…

NF cũng là một công nghệ xử lý phổ biến cho tái chế nước thải, lý do là nước thải chủ yếu chứa các phân tử lớn mà NF có thể loại bỏ với chi phí thấp hơn RO.

Công nghệ NF

NF là một quá trình tách theo áp suất như RO với các rào cản màng bán thấm. Cơ chế truyền khối lượng trong lọc Nano khuếch tán như RO. NF như RO đạt được loại bỏ các chất ô nhiễm hòa tan thông qua quá trình thẩm thấu ngược. Và màng lọc công nghệ Nano khác với RO về hiệu quả loại bỏ thấp hơn đối với các chất hòa tan, đặc biệt đối với các ion đơn trị. Kích thước lỗ màng NF là từ 1 nm đến 10 nm, màng RO không có lỗ chân lông có thể xác định được (các báo cáo gợi ý lỗ chân lông khoảng 1/10 của màng NF). Màng NF có xu hướng vượt qua các ion đơn trị mà RO có thể loại bỏ rất hiệu quả. NF có thể loại bỏ các ion hai hóa trị ở hiệu suất tương đối cao, ví dụ: 70-99%, nhưng hiệu quả của việc loại bỏ các ion đơn trị như Na⁺, K⁺, Cl^-,..vv.. như đã đề cập ở trên, thường thấp ở mức 30-80%. Màng RO có thể loại bỏ các ion đơn trị ở 90-99,9%.

Do sự mất ổn định mạnh mẽ hơn của các ion hai hóa trị trong vật liệu màng, hiệu suất từ chối của các ion hai hóa trị cao hơn nhiều so với các ion đơn trị trong NF. Ở phía bên kia, hiệu quả từ chối của các phân tử hữu cơ nhỏ không tính phí như methanol, ethanol, propanol, axeton thường thấp hơn 30% trong NF.

Trong khi cả NF và RO hoạt động theo nguyên lý thẩm thấu ngược, và có sự khác biệt giữa NF và RO như được tóm tắt dưới đây:

RO loại bỏ các ion đơn trị như clorua ở mức 98 đến 99% ở mức 200 psi. Tỷ lệ loại bỏ của NF với các ion đơn trị thay đổi từ 10 đến 90%, tùy thuộc vào vật liệu của màng.
Nói chung, RO có lưu lượng ít hơn (tạo ra khối lượng ít hơn) so với NF vì áp suất thẩm thấu cao hơn (nó loại bỏ tất cả các ion bao gồm các ion đơn trị) nó phải đảo ngược. Đối với cùng một lý do nó cần nhiều áp lực hơn và do đó nhiều quyền lực hơn để lái xe nước trên màng.
Màng RO được đặc trưng bởi sự loại bỏ TDS cao (tổng chất rắn hòa tan) trong khoảng 98 đến 99,5%. Màng NF có đặc tính thấm nước cao hơn màng RO và giảm TDS thấp hơn.
Các màng NF có khả năng loại bỏ hoàn toàn các thành phần được lựa chọn, ví dụ: độ cứng, kim loại (sắt) nd chất hữu cơ.
Màng NF có khả năng loại bỏ tương đối cao các chất hóa trị cụ thể dưới áp suất thấp hơn và đạt được thông lượng thấm tốt hơn (thông lượng được xác định là lượng nước chảy qua màng trên một đơn vị diện tích trên một đơn vị thời gian) so với màng RO.
Nước hệ thống RO có độ cứng và độ kiềm rất thấp và do đó, nó có khả năng ăn mòn khá cao. Điều này cần nước RO (nhẹ có tính axit) để được điều chỉnh pH trung tính.

Ứng dụng công nghệ NF: ngoài việc làm mềm nước cũng đã được mở rộng để xử lý nước lợ mặn hoặc nước mặt có độ mặn thấp.

Giống như RO, màng NF được lựa chọn theo độ mặn của nước cấp, khuynh hướng bẩn nguồn nước cấp, yêu cầu loại bỏ và yêu cầu năng lượng.

Hiệu suất hệ thống NF thường được đặc trưng bởi hai thông số, thấm vào (hoặc sản phẩm) chảy và loại bỏ muối. Mục tiêu của nhà thiết kế hệ thống NF cho một dòng chảy thấm nước (yêu cầu) nhất định là giảm thiểu áp suất thức ăn và chi phí màng trong khi tối ưu hóa chất lượng thấm và phục hồi.

Màng NF được làm từ các chất Polyme như hỗn hợp cellulose axetat hoặc hỗn hợp Polyamide như màng RO nhưng chúng được chuẩn bị dưới các điều kiện tạo màng khác nhau sao cho kích thước lỗ rỗng khác nhau được tạo ra.

Nghiên cứu hiện nay trong lĩnh vực công nghệ Nano (NF) chủ yếu tập trung vào việc tối ưu hóa chi phí với việc cải thiện hiệu suất của màng NF, giảm thiểu ô nhiễm màng và giảm tiêu thụ năng lượng và làm cho nó hấp dẫn hơn trên thị trường, đặc biệt là chống lại RO.

Công nghệ màng lọc Nano

Công nghệ NF

Các tin khác