纳滤芯：一种基于微孔陶瓷和活性炭纳米化的净水滤芯
慧聪净水网根据世界卫生组织(WHO)调查显示:全球80%的疾病与水有关;儿童死亡中50%是由于饮用水问题造成的;不健康的饮用水逐渐成为全球主要致病原因之一。据全国饮用水源调查,我国约7亿人饮用大肠杆菌超标水,1.64亿人饮用严重有机污染的水,有7700万人饮用高氟化物超标水,约3000万人饮用高硬度水,1.6亿人饮用耗氧量高的水,而这些数据每年呈上升趋势。
近年来，随着我国经济的迅速发展，工业化和城市化步伐的加快，用水量急剧增加，使得我国水资源日益短缺，水资源污染日益严重[1]。饮用水的净化经过技术的不断探索和迭代，从低精度的第一代微滤技术(MF)和第二代超滤技术(UF)发展到第三代反渗透技术(RO)，第四代有机纳滤技术(NF)和第五代无机纳滤技术(NP)。
纳滤(Nanofiltration)是由先进的纳米技术与传统的过滤技术交叉渗透而创新发明的介于超滤与反渗透之间的一个新品类，它的分离性能依赖于其活性分离层中的纳米级微孔结构，其分离机理遵循吸附-溶解-扩散-透滤模型。它在截留那些能透过超滤的有机物及重金属的同时又能透过部分被反渗透截留的矿物质，使浓缩与透盐的过程同步进行，从而达到特定的分离纯化要求。
首先被研究和应用的纳滤膜是有机纳滤膜，商品化的纳滤膜大多是聚合材料。在饮用水净化处理中，根据原水水质及净水要求的不同，有多种不同性能的纳滤膜可供选择。遗憾的是，纳滤膜虽然在截留有机物与重金属方面性能卓越，但在透过二价的钙、镁矿物质方面有缺陷。它们通常仅能透过一价离子，而人体必须的一些矿物质如二价的钙、镁等则会被截留，而且纳滤膜与反渗透一样需耗电、浪费水，因此其应用和反渗透没有本质的差别。后来，科学家们发现相比于有机材料，无机材料在稳定性和化学稳定性方面更具优势。
无机材料中活性炭是一种高效的吸附剂对水中的化学污染物有很好的清除作用，但普通的活性炭滤芯存在强度低，吸附容量有限以及细菌滋生和活性炭粉脱落造成的二次污染问题。经研究发现，活性炭和其他材料如硅藻土等无氧高温烧结，可以制备一体化的高效活性炭复合滤芯，从而达到活性炭吸附与过滤二合一的复合滤芯，既充分提升了活性炭的比表面，同事也具有过滤功能，大大提高了对多种污染物的清除效率[3,4]。
无机材料中活性炭是一种高效的吸附剂对水中的化学污染物有很好的清除作用，但普通的活性炭滤芯存在强度低，吸附容量有限以及细菌滋生和活性炭粉脱落造成的二次污染问题。经研究发现，活性炭和其他材料如硅藻土等无氧高温烧结，可以制备一体化的高效活性炭复合滤芯，从而达到活性炭吸附与过滤二合一的复合滤芯，既充分提升了活性炭的比表面，同事也具有过滤功能，大大提高了对多种污染物的清除效率。
但这种复合滤芯仍存在强度不够易断裂以及高温烧结导致的含碳量下降的问题，而纳滤芯是创新性的采用涂层的方法制备的复合陶瓷滤芯，有三层结构(3D)，使吸附与过滤的过程同步进行，从而提升分离的效率，是许多2D的有机纳滤膜无法做到的事在3D无机纳滤芯上都可以实现。此外也解决了复合陶瓷滤芯强度和含碳量的问题[5]。因此，创新净水技术即第五代无机纳滤5.0(纳滤芯)净水技术的面世，颠覆了传统的净水技术与观念，可以在保留矿物质的同时去除微污染，在饮用水净化方面的优势突出，因而受到了广泛的关注与重视。
纳滤芯是一种基于微孔陶瓷和活性炭纳米化的完美结合，在上千度高温下烧结而成的具有独特分离性能的净水滤芯。它在保留水中天然存在的矿物质的同时，不但可滤除水中的物理性污染和微生物污染，还能滤除水中的化学微污染。纳滤芯主要应用在家庭净水、民用及商用净水器。
纳滤芯采用纯天然材料硅藻土和特制的纳米化活性炭，通过独特的陶瓷烧结工艺制备而成。因硅藻土本身含有微米级的蜂窝状多孔结构，通过特殊的工艺技术，把特制的含大量纳米微孔的活性炭镶嵌其中，颠覆传统陶瓷膜仅靠表面作为活性层的思路，创新性地把三维立体结构的中间层作为活性吸附与过滤层，而内外两层极薄的膜层作为保护层，再通过传统的无机陶瓷膜制备工艺，在保护核心的纳米微孔活性炭不遭任何破坏的前提下烧结成形。故而纳滤芯的独特结构使得进水的过滤路径延长，达到一种类似于迷宫的过滤路径，从而增加水与活性炭的接触时间和接触面积，最大限度的去除水中的化学微污染。因此纳滤芯可真正达到选择分离即“纳留矿物质，滤除微污染”的效果[5]。而且，净水过程不用电，没有废水排放，符合低碳节能的环保理念。普通自来水经过纳滤芯的超强吸附、迷宫过滤与选择分离，水质媲美未受到任何污染的天然矿泉水，晶莹洁净，口味甘甜。
通过点加标实验对纳滤芯功能进行检测，纳滤芯对去除色度、天然有机物与合成有机物(如农药等)、三致物质、消毒副产物(三卤甲烷和卤乙酸)及其前体和挥发性有机物的效率可达99.9%，保证饮用水的生物稳定性。
毒副产物主要包括三卤甲烷(THMs)、卤乙酸(HAAs)和可能的三氯乙醛氢氧化物(CH)。通过点加标实验对纳滤芯功能进行检测，纳滤芯对于消毒副产物的去除率为99.9%。通过点加标实验对纳滤芯功能进行检测，纳滤芯对于重金属的去除率为99%。
纳滤芯采用天然无机材料，更加环保，不会造成二次污染问题，净水过程采用自来水水压即可完成，不需要用电;通过过滤和吸附相结合的方法去除污染物，无废水产生;过滤过程中能有效保留保留水中有益矿物质、同时高效去除化学微污染;使用寿命长久、过滤效果卓越、净化水质甘甜;不怕堵塞，能够适应水质非常恶劣的情况;滤芯可反复清洗，并容易更换。
纳滤芯的推出,不仅实现了“去除各种污染物,保留有益矿物质”的目标,更契合了国家“低碳、环保”的理念,让人类饮用健康、安全的直饮水成为现实。
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