__膜分离技术的应用及发展技术

1、河南中州大学学年论文题 目 膜分离技术的应用及发展技术学 生 朱宏博学 号 8年 级 2013级学 院 化工食品学院专 业 精细化学品生产计术 河南中州大学2015年6月 内容提要本文概括叙述世界和中国膜分离技术的发展,对膜分离技术的基本特性、技术特点、膜材料、分类及膜分离装置进行了简单介绍; 并通过分述几种食品加工中用到的膜技术着重介绍了膜分离法在食品工业中的应用以及膜分离法在食品工业应用中的优势。同时指出如果能解决膜产品的价格、膜污染和膜分离性能的提高这3个膜的制约因素, 膜分离技术将在人类社会的发展史上起到不可替代的作用。最后介绍了下膜技术在食品工业中的应用前景。 膜分离技术的应用及发展

2、趋势摘 要: 本文简要回顾了膜分离技术的发展历史。简述了膜分离技术的基本原理及分类, 并对其发展趋势进行了展望。关键词: 膜分离技术 发展趋势 膜材料 膜过程 食品工业1 引言膜技术是用天然或者人工合成的高分子薄膜，以及外界能量或者化学位差为推动力，对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法。可用于液相和气相，对于液相分离，可用于水溶液体系，水溶胶体系以及非水溶液体系等。膜技术是一种分子水平上的分离技术，分离过程是一种物理过程，不需发生想的变化和添加助剂。其膜的厚度一般为微米级，分离过程在瞬间完成，分离效果好。2膜分离技术的发展回顾膜分离现象早在250多年以前就被发现, 但是

3、膜分离技术的工业应用是在20世纪60年代以后。其大致的发展史为: 20世纪30年代微孔过滤; 40年代渗析; 50年代电渗析;60年代反渗透;70年代超滤; 80年代气体分离;90年代渗透汽化。数十年来, 膜分离技术发展迅速, 特别是90 年代以后,随着膜(TFC膜) 的研制成功, 膜分离技术的应用领域已经渗透到人们生活和生产的各个方面。中国的膜分离技术的发展是从1958 年对离子交换膜的研究开始的, 数十年来, 取得了长足的进步。但从总体上讲, 中国的膜分离技术和世界先进水平相比还有不小的差距, 还有待于进一步研究开发13。3 膜分离技术概述3.1 膜分离技术目前己经深入研究和开发的膜分离技

4、术有微滤、超滤、纳滤、反渗透、电渗析、渗透汽化和气体分离等。正在开发研究中新的膜过程有: 膜蒸馏、支撑液膜、膜萃取、膜生物反应器、控制释放膜、仿生膜以及生物膜等过程。3.2 膜分离技术特点膜分离技术作为一门新型的高效分离、浓缩、提纯及净化技术, 由于其多学科性特点, 膜技术可应用于大量的分离过程。各种膜过程具有不同的机理, 适用于不同的对象和要求。但有其共同的优点。膜分离过程没有相变, 节能, 高效, 无二次污染。操作过程一般比较简单, 经济性好, 可以直接放大, 可专一配膜。可在常温下连续操作, 特别适用于热敏性物质的处理, 在食品加工、医药、生化技术领域有其独特的适用性。当利用常规分离方法

5、不能经济、合理地进行分离时, 膜分离过程作为一种分离技术就特别适用。另外, 它也可以和常规的分离单元结合起来作为单元操作来运用。当然, 膜分离过程也有自身的缺点, 如易浓差极化和膜污染、膜寿命有限等, 而这些也正是需要克服或者需要解决的问题所在。3.3 膜分离技术基本分类膜分离技术的分类方法众多，按化学组成可以将膜分为有机膜和无机膜，按断面的物理形态可将膜分为对称膜、不对称膜和复合膜；安形状可将膜分为平板膜、管式膜、中空纤维膜和卷式膜；安制备方法又分为浇铸膜、拉伸膜、化学法成形膜等，按过滤孔径的大小可分为微滤、超滤、纳滤和反渗透等。4 膜分离技术基本原理微滤使用的滤膜孔径最大，一般适用于分离大

6、分子物质；超滤使用的滤膜孔径较小，适用于分离大分子和胶体；反渗透滤膜孔径最小，适用于分离直径为2mm以下的低分子物质。在实际应用中可根据相对分子质量的大小选择适宜的膜分离方式。上述膜分离的实际操作压力各不相同。微滤操作压力一般为00.2MPa；超滤需要0.11.0MPa；反渗透则需210MPa。常用膜分离过程的分类和基本特性见表3-1表3-1 常用膜分离过程的分类和基本特性过程分离目的透过组分截留组分料液组成推动力传递机理膜类型进料状态微滤MF溶液、气体脱粒子溶液、气体00210m大量溶剂及少量小分子溶剂和大分子溶质压力差约为100kPa筛分多孔膜液、气超滤UF溶液脱大分子、大分子溶液脱小分子

7、、大分子级小分子溶液120nm大量溶剂、少量小分子溶质压力差1001000kPa筛分非对称膜液纳滤NF溶液脱有机组分、脱高价离子、软化、脱色、浓缩、分离溶剂、低价小分子溶液1nm以上大量溶剂、低价小分子溶质压力差5001500kPa溶解-扩散效应非对称膜液反渗透RO溶液脱溶质、含小分子溶质溶液浓缩溶剂011nm大量溶剂压力差10010000kPa优先吸附毛细孔流动，溶解-扩散效应非对称膜液电渗析ED溶液脱小离子、小离子溶液浓缩、小离子分级小离子组分同名离子、大离子和水少量离子组分、大量水电化学势反离子经离子交换膜的迁移离子交换膜液5 膜分离技术在食品加工中的应用现代膜分离技术在食品工业中的应用

8、不仅改革了传统加工工艺，简化了操作，降低了成本，而且提高了产品的质量增加了产品的品种。目前膜分离技术已广泛应用于乳制品工业、饮料、与饮用水的生产，蛋白质工业、淀粉工业、制糖工业，发酵工业以及废水处理等多方面。在发达国家，膜分离技术在食品中的应用已十分普遍，特别是在乳制品工业和果汁加工中，分别达到37%和18%4。5.1 生啤酒的过滤采用膜分离技术在常温下即可把啤酒中的残留酵母菌和污染菌除去。 因此, 在啤酒生产的下游处理上可用来代替高温瞬时灭菌或巴氏灭菌法,以保持生啤酒原有的风味。另外,从经济角度来看, 微滤的运行费用接近甚至低于高温瞬时灭菌和巴氏灭菌。目前,国内啤酒厂的生啤过滤工艺多是在硅藻

9、土过滤或板框过滤之后, 先采用孔径为1m的滤芯(可以是超细聚丙烯纤维滤层),再通过孔径为0.22m或0.45m的膜复合滤芯(一般采用耐酸碱的聚偏氟乙烯微滤膜、聚砜类膜或耐强碱的尼龙膜, 也可以是纤维素类膜等)。5.2 乳品加工70年代初国外开始了超滤和反渗透用于乳品加工的研究, 但由于膜污染而引起流量严重衰减的问题没有解决而未能推广, 到1974 年, 膜的清洗有了突破性进展后才获得迅速发展5。超滤和反渗透主要用于从干酪生产中的废弃物乳清中分离和回收乳糖、脂肪和蛋白质等营养物以及浓缩脱脂牛奶1 在乳品加工中采用膜分离技术,可以做到: (1) 大量节能; (2) 提高产品质量; (3) 获得多种

10、乳制品5.3 白酒的过滤采用0.45 m 或0.65m级微滤膜过滤的白酒产品(如瓶装酒)在存放时不受微生物污染。0.45m级膜基本能够去除所有的有机物,但费用较高, 因为它比0.65m微滤膜或孔径更大的膜堵塞更快,同时,小孔径的膜可去除微米级胶体物质,这些物质在确定酒的气味时很重要。因此,究竟是选择0.45m还是0.65m孔径的膜, 取决于保证微生物去除和经济性之间的平衡6。5.4 酱油工业中的应用在酱油生产流程中,有3个分离工序可采用膜技术79: (1)从压榨的生酱油中去除杂质; (2)灭菌后去除一次浊液; (3)从一次浊液中回收酱油。在这3道工序中,灭菌后经静置分离的上层澄清液, 可用硅藻

11、土过滤, 剩余的5%15% 的浊液因粘度太高10,不能用硅藻土过滤,一般返回前道压榨工序。5.5 其他应用除以上所述,膜技术在食品工业上的应用还有酶制剂的提纯和浓缩11、生产蛋白质产品( 蛋清的浓缩等)、蔬菜汁澄清和浓缩、天然色素等食品添加剂的分离和浓缩、醋和酱油的精制及食品厂的废水处理等。6 膜技术在食品加工中的应用前景及展望膜分离技术由于省能、高效，可替代传统的分离技术，不仅设备简单、造价低、而且易于操作。作为一种高新分离技术，虽然原理并不复杂，却已在食品、医药、化工、环保等行业显示出强大的生命力。膜分离技术最突出的特点是高效和节能，可在常温下实现对各组分的分离、提纯、浓缩，因此它尤其适合

12、在食品加工业中应用。膜分离技术在食品工业中，由于食品种类繁多，与其他行业相比，对膜分离产生的各种影响更多和更复杂，为了充分利用膜分离技术，当务之急是研究开发各种能有效的防止吸附、浓差极化和减少阻力的各种装置和探讨有效的操作控制方法12。综上所述，现代膜分离技术作为一种新型的高新制造技术，在食品工业中的应用发展很快，成绩卓越，日益受到各界的关注，展现了广阔前景，一些新的膜分离技术具有更大的潜力和更强的生命力，相信在不久的将来定会出现突破，推动食品工业的进一步发展。参考文献1朱明，姚茂君：食品工业分离技术，北京：化学工业出版社，2005.7。2何旭敏,何国梅,曾碧榕：膜分离技术的应用，厦门大学学报(自然科学版), 2001.0 (2): 495-502。3陈一鸣,蔡惠如,刘玉荣：膜分离技术的现状及其在染料化工中的应用J ，化工装备技术, 2000.2 (1): 6-12。4刑启华：膜分离技术的应用J， 化学教育, 2000, (6): 22- 24。5陈少洲，陈芳：膜分离技术与食品加工，北京：化学工业出版社，2005.2。6陈一鸣, 蔡惠如, 刘玉荣： 膜分离技术的现状及其在染料化工中的应用J ， 化工技术装备, 2001.22 (1): 6-11。7程淑英,龚莉莉：膜分离技术应用现状及展望J，化工