納濾膜的分離機理的模型可以簡單地分為以下幾種類型:非平衡熱力學(xué)模型、電荷模型,細(xì)孔模型、靜電排斥和立體阻礙模型。

非平衡熱力學(xué)模型

對于液體膜分離過程，其傳遞現(xiàn)象通常用非平衡熱力學(xué)模型來表征。該模型把膜當(dāng)做一個“黑匣子”，膜兩側(cè)溶液存在或施加的勢能差就是溶質(zhì)和溶劑組分通過膜的驅(qū)動力。納濾膜分離過程與微濾、超濾、反滲透膜分離過程一樣，以壓力差為驅(qū)動力，產(chǎn)生溶質(zhì)和溶劑的透過通量，其通量可以由非平衡熱力學(xué)模型建立的現(xiàn)象論方程式來表征。

電荷模型

電荷模型根據(jù)其對膜結(jié)構(gòu)的假設(shè)可分為空間電荷模型(the space charge model)和固定電荷模型(the fixed-charge model)。

空間電荷模型假設(shè)膜由孔徑均一而且其壁面上電荷均勻分布的微孔組成，空間電荷模型最早由Osterle提出，是表征膜對電解質(zhì)及離子的截留性能的理想模型。該模型的基本方程由表征離子濃度和電位關(guān)系的Poison-Boltzmann方程、表征離子傳遞的 Nernst-Planck方程和表征體積透過通量的Navier-Stokes方程等組成。它主要應(yīng)用于描述如流動電位和膜內(nèi)離子電導(dǎo)率等動電現(xiàn)象的研究。

固定電荷模型假設(shè)膜為一個凝膠相，其中電荷分布均勻、貢獻相同。由于固定電荷模型最早由 Teorell、Meyer和Sievers提出，因而通常又被人們稱為Teorell-Meyer-Sievers(TMS)模型。TMS模型首先應(yīng)用于離子交換膜，隨后用來表征荷電型反滲透膜和超濾膜的截留特性和膜電位。

比較以上兩種模型，TMS模型假設(shè)離子濃度和電位在膜內(nèi)任意方向分布均一，而空間電荷模型則認(rèn)為兩者在徑向和軸向存在一定的分布，因此可認(rèn)為TMS模型是空間電荷模型的簡化形式。

細(xì)孔模型

細(xì)孔模型(the pore model)基于著名的Stokes-Maxwell摩擦模型建立了經(jīng)典統(tǒng)計力學(xué)方程。在基于膜內(nèi)擴散過程的溶質(zhì)通量計算方程中引入立體阻礙因子(steric hindrance fac-tor)，認(rèn)為通過膜的微孔內(nèi)的溶質(zhì)傳遞包含擴散流動和對流流動等兩種類型。

運用細(xì)孔模型，只要知道膜的微孔結(jié)構(gòu)和溶質(zhì)大小，就可以計算出膜特征參數(shù)，從而得知膜的截留率與膜透過體積流速的關(guān)系。反之，如果已知溶質(zhì)大小，并由其透過實驗得到膜的截留率與膜透過體積流速的關(guān)系，可求得膜特征參數(shù)，也可以借助于細(xì)孔模型來確定膜的結(jié)構(gòu)參數(shù)。

靜電排斥和立體阻礙模型

將細(xì)孔模型和TMS模型結(jié)合起來建立的靜電排斥和立體阻礙模型(the electrostatic and steric-hindrance model)，簡稱為靜電位阻模型。靜電位阻模型假定膜分離層由孔徑均、表面電荷分布均勻的微孔構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)參數(shù)包括孔徑、開孔率、孔道長度即膜分離層厚度和電荷特性。電荷特性表示為膜的體積電荷密度(或膜的孔壁表面電荷密度)。根據(jù)上述膜的結(jié)構(gòu)參數(shù)和電荷特性參數(shù)，對于已知的分離體系，就可以運用靜電位阻模型預(yù)測各種溶質(zhì)(中性分子、離子)通過膜的傳遞分離特性，如膜的特征參數(shù)等。有關(guān)實驗表明，靜電位阻模型可以較好地描述納濾膜的分離機理。