微濾超濾納濾反滲透等膜分離技術介紹

一、微濾超濾納濾反滲透等膜分離技術發展史

膜可以是固相、液相、甚至是氣相的。用各種天然或人工材料製造出來的膜品種繁多，在物理、化學、生物性質上呈現除各種各樣的特性。一直以來，莫得概念都沒有明確的定義，從事不同領域研究的專家們對於膜的定義理解並不完全相同，不過表達的基本意思是一樣的。1984年，Lakshminarayanaiah爸膜廣義地定義為“起柵欄作用，阻止塊體移動而允許一個或幾個物類有序通過的相”。

微濾超濾納濾反滲透等膜分離是在20世紀初出現，20世紀60年代後迅速崛起的一門分離新技術。膜分離技術由於兼有分離、濃縮、純化和精製的功能，又有高效、節能、環保、分子級過濾及過濾過程簡單、易於控製等特征，因此，目前已廣泛應用於食品、醫藥、生物、環保、化工、冶金、能源、石油、水處理、電子、仿生等領域，產生了巨大的經濟效益和社會效益，已成為當今分離科學中最重要的手段之一。

隨著國民經濟的迅速發展，膜分離技術的應用領域不但會越來越廣泛，而且其會被越來越多的人認識和接受。

據初步統計，目前，全世界膜技術年產值已突破300億美元，並且正以年均30%的速度高速增長。而中國膜工業協會根據近幾年膜工業發展速度和經濟建設需求分析預測，2005年，我國膜市場需求將達50億元人民幣以上，2015年，膜市場需求可望超過200億元人民幣，將占到世界總量的10%至15%，而且每年還在以10%~20%的幅度遞增，顯示出這一新興產業的廣闊前景。

二、微濾超濾納濾反滲透等膜分離原理

    膜分離過程是以選擇性透過膜為分離介質，當膜兩側存在某種推動力（如壓力差、濃度差、電位差、溫度差等）時，原料側組分選擇性地透過膜，已達到分離、提純的目的。不同的膜過程使用不同的膜，推動力也不同。目前已經工業化應用的膜分離過程有微濾（MF）、超濾(UF)、反滲透(RO)、滲析(D)、電滲析(ED)、氣體分離(GS)、滲透汽化(PV)、乳化液膜(ELM)等。

三、微濾超濾納濾反滲透等分離技術

反滲透、超濾、微濾、電滲析這四大過程在技術上已經相當成熟已有大規模的工業應用形成了相當規模的產業有許多商品化的產品可供不同用途使用。這裏主要以反滲透膜和超濾膜為代表介紹一下。

3.1

反滲透膜(RO)

反滲透膜使用的材料最初是醋酸纖維素(CA)1966年開發出聚酰胺膜後來又開發出各種各樣的合成複合膜。CA 膜耐氯性強但抗菌性較差。合成複合膜具有較高的透水性和有機物截留性能但對次氯酸等酸性物質抗性較弱。這兩種材料耐熱性較差最高溫度約是60℃左右這使其在食品加工領域的應用中受到限製。

3.2 超濾膜(UF)

超濾膜最初也是使用CA做材料後來各種合成高分子材料得以廣泛應用。其材料多種多樣共同特點是具有耐熱、耐酸堿、耐生物腐蝕等優點。

目前使用最多的UF膜材料是聚芳碸和異丙基聚芳碸。這兩種材料的最大優點是耐熱性非常強。聚芳碸的機械性能好有優良的耐氧化性能通常使用時耐熱溫度可達8O℃熱殺菌時耐熱溫度可達90℃異丙基聚芳碸耐氧化性能更好較高溫度下能夠保持良好的機械性能耐熱溫度可達90℃熱殺菌時可達98℃。進行熱殺菌時高溫水急速通過膜裝置因膜裝置材料的熱膨脹係數不同有時膜會發生泄漏。現在通過對環氧係粘合劑的組成、硬化條件的研究已能夠製造耐50℃溫差的急速加熱冷卻的膜裝置。

四、分離膜的優缺點

  分離膜共同的優點是：

（1）節約能源；

（2）在常溫下進行，特別適用於熱敏性物質的處理，能夠防止食品質量的惡化和營養成分及香味物質的損失；

（3）食品的色澤變化小，能保持食品的自然狀態；

（4）設備體積小且構造簡單，費用較低，效率較高；

（5）適用範圍廣，有機物和無機物都可濃縮，可用於分離、濃縮、純化、澄清等工藝。

  分離膜的缺點是：

（1）產品被濃縮的程度有限；

（2）有時適用範圍受到限製，因加工溫度、食品成分、PH、膜的耐藥性、膜的耐溶劑性等的不同，有時不能使用分離膜；

（3）規模經濟的優勢較低，一般需與其它工藝相結合。

   膜分離技術在食品工業中還廣泛用於製取純淨水和生產廢水的處理。如近年來絕大多數礦泉水生產廠家均采用超濾或微濾技術細菌、除膠體、除絮凝物質和顆粒等。廣東太陽神集團、海南杏仁露飲料公司、天津武清飲料廠、及哥啤酒廠等都應用反滲透或電滲析製備純水配兌飲料，大大改善了產品質量。I.K1oyuncu等人分別采用低壓納濾及二級反滲透係統對牛奶工業廢水進行處理。納濾的COD去除率達98%，電導率可削減98%以上，Cr、Pd、Ni、Cd等有毒重金屬離子的去除率均達100%；而二級反滲透係統對COD、電導率和懸浮固體的去除率均為99%以上，成功實現了廢水的再生與回用。另外膜技術在原料液中除氣、棄液中產品回收方麵均有應用價值。

五、膜分離技術的前景

   綜上所述，膜分離技術在食品加工領域中的應用日益廣泛，利用膜技術生產的食品有其明顯的優勢。但需要改進的地方還很多，其中最主要的是膜性能和膜裝置的改進。膜性能的改善包括以下四個方麵：

膜清洗和保護技術；

開發新的超薄膜甚至是單分子膜以實現低壓下的高透過率。新型的膜分離技術目前大部分處於實驗室規模各國對膜技術的研究和開發投入了大量的人力物力研究開發所用經費高達產值的6%~9%1990年全世界製膜工業銷售總額已達到40億美元。膜技術是當代國際上公認的最具有經濟效益和社會效益的高新技術之一雖然分離膜存在一些缺點但其優勢非常明顯。為了提高產品附加值及開發新產品而采用膜分離技術是食品加工的發展方向之一膜分離技術現已實現大規模的工業應用因此也引起工業生產的重大革新。

開發透過率高、選擇性強的膜；

開發不易發生汙染的膜；

開發用簡單的清洗方法即可清除汙染的膜和膜裝置以及具有全自動反衝洗裝置的膜分離係統；

開發用簡單的熱蒸汽殺菌即可殺菌的膜和膜裝置；

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