Nanofiltrationsmembranen haben eine engere Porengrössenverteilung und eine kleinere Porengrösse als Ultrafiltrationsmembranen. Die Poren liegen im Bereich von 1-10 Nanometern. Nanofiltrationsmembranen können gelöste Ionen, organische Verbindungen und bestimmte Moleküle selektiver zurückhalten als Ultrafiltrationsmembranen, da die Ladungen der Ionen eine Rolle spielt. Nanofiltrationsmembranen sind UF Membranen mit einer zusätzlichen Schicht.
Bei der Nanofiltration ist der MWCO allein nicht ausreichend, um den Ausschluss zu erklären. Ladungen spielen ebenfalls eine Rolle für die Trennung.
Gelöste Stoffe mit einer Ladung, die der der Membran entgegengesetzt ist (Gegenionen), werden von der Membran angezogen, während gelöste Stoffe mit einer ähnlichen Ladung (Co-Ionen) abgestossen werden. An der Membranoberfläche kommt es zu einer Verteilung von Co- und Gegenionen, die eine zusätzliche Trennung bewirkt. Dies wird als Donnan-Ausschluss bezeichnet. Die Abstossung von Ionen nimmt mit zunehmender Salzkonzentration ab.
Die Trennleistung von Nanofiltrationsmembranen basiert auf verschiedenen Mechanismen, einschliesslich elektrostatischer Abstossung, Diffusion und Adsorption. Durch die Kombination dieser Mechanismen können Nanofiltrationsmembranen eine selektive Trennung von gelösten Ionen, organischen Verbindungen und bestimmten kleineren Molekülen erreichen.
NF-Membranen werden auch in der Biotechnologie für Entsalzungsanwendungen eingesetzt, etwa zur Entfernung von Salzen und Mineralien aus Fermentationsbrühen oder Bioprozessströmen. Sie können ein- und zweiwertige Ionen selektiv entfernen, während Wasser und kleinere Moleküle durchgelassen werden.