__膜分離技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展技術(shù)

1、河南中州大學(xué)學(xué)年論文題 目 膜分離技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展技術(shù)學(xué) 生 朱宏博學(xué) 號(hào) 8年 級(jí) 2013級(jí)學(xué) 院 化工食品學(xué)院專 業(yè) 精細(xì)化學(xué)品生產(chǎn)計(jì)術(shù) 河南中州大學(xué)2015年6月 內(nèi)容提要本文概括敘述世界和中國(guó)膜分離技術(shù)的發(fā)展,對(duì)膜分離技術(shù)的基本特性、技術(shù)特點(diǎn)、膜材料、分類及膜分離裝置進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹; 并通過(guò)分述幾種食品加工中用到的膜技術(shù)著重介紹了膜分離法在食品工業(yè)中的應(yīng)用以及膜分離法在食品工業(yè)應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)指出如果能解決膜產(chǎn)品的價(jià)格、膜污染和膜分離性能的提高這3個(gè)膜的制約因素, 膜分離技術(shù)將在人類社會(huì)的發(fā)展史上起到不可替代的作用。最后介紹了下膜技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用前景。 膜分離技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展

2、趨勢(shì)摘 要: 本文簡(jiǎn)要回顧了膜分離技術(shù)的發(fā)展歷史。簡(jiǎn)述了膜分離技術(shù)的基本原理及分類, 并對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞: 膜分離技術(shù) 發(fā)展趨勢(shì) 膜材料 膜過(guò)程 食品工業(yè)1 引言膜技術(shù)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學(xué)位差為推動(dòng)力，對(duì)雙組分或多組分的溶質(zhì)和溶劑進(jìn)行分離、分級(jí)、提純和富集的方法?？捎糜谝合嗪蜌庀?，對(duì)于液相分離，可用于水溶液體系，水溶膠體系以及非水溶液體系等。膜技術(shù)是一種分子水平上的分離技術(shù)，分離過(guò)程是一種物理過(guò)程，不需發(fā)生想的變化和添加助劑。其膜的厚度一般為微米級(jí)，分離過(guò)程在瞬間完成，分離效果好。2膜分離技術(shù)的發(fā)展回顧膜分離現(xiàn)象早在250多年以前就被發(fā)現(xiàn), 但是

3、膜分離技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用是在20世紀(jì)60年代以后。其大致的發(fā)展史為: 20世紀(jì)30年代微孔過(guò)濾; 40年代滲析; 50年代電滲析;60年代反滲透;70年代超濾; 80年代氣體分離;90年代滲透汽化。數(shù)十年來(lái), 膜分離技術(shù)發(fā)展迅速, 特別是90 年代以后,隨著膜(TFC膜) 的研制成功, 膜分離技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)滲透到人們生活和生產(chǎn)的各個(gè)方面。中國(guó)的膜分離技術(shù)的發(fā)展是從1958 年對(duì)離子交換膜的研究開(kāi)始的, 數(shù)十年來(lái), 取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。但從總體上講, 中國(guó)的膜分離技術(shù)和世界先進(jìn)水平相比還有不小的差距, 還有待于進(jìn)一步研究開(kāi)發(fā)13。3 膜分離技術(shù)概述3.1 膜分離技術(shù)目前己經(jīng)深入研究和開(kāi)發(fā)的膜分離技

4、術(shù)有微濾、超濾、納濾、反滲透、電滲析、滲透汽化和氣體分離等。正在開(kāi)發(fā)研究中新的膜過(guò)程有: 膜蒸餾、支撐液膜、膜萃取、膜生物反應(yīng)器、控制釋放膜、仿生膜以及生物膜等過(guò)程。3.2 膜分離技術(shù)特點(diǎn)膜分離技術(shù)作為一門(mén)新型的高效分離、濃縮、提純及凈化技術(shù), 由于其多學(xué)科性特點(diǎn), 膜技術(shù)可應(yīng)用于大量的分離過(guò)程。各種膜過(guò)程具有不同的機(jī)理, 適用于不同的對(duì)象和要求。但有其共同的優(yōu)點(diǎn)。膜分離過(guò)程沒(méi)有相變, 節(jié)能, 高效, 無(wú)二次污染。操作過(guò)程一般比較簡(jiǎn)單, 經(jīng)濟(jì)性好, 可以直接放大, 可專一配膜?？稍诔叵逻B續(xù)操作, 特別適用于熱敏性物質(zhì)的處理, 在食品加工、醫(yī)藥、生化技術(shù)領(lǐng)域有其獨(dú)特的適用性。當(dāng)利用常規(guī)分離方法

5、不能經(jīng)濟(jì)、合理地進(jìn)行分離時(shí), 膜分離過(guò)程作為一種分離技術(shù)就特別適用。另外, 它也可以和常規(guī)的分離單元結(jié)合起來(lái)作為單元操作來(lái)運(yùn)用。當(dāng)然, 膜分離過(guò)程也有自身的缺點(diǎn), 如易濃差極化和膜污染、膜壽命有限等, 而這些也正是需要克服或者需要解決的問(wèn)題所在。3.3 膜分離技術(shù)基本分類膜分離技術(shù)的分類方法眾多，按化學(xué)組成可以將膜分為有機(jī)膜和無(wú)機(jī)膜，按斷面的物理形態(tài)可將膜分為對(duì)稱膜、不對(duì)稱膜和復(fù)合膜；安形狀可將膜分為平板膜、管式膜、中空纖維膜和卷式膜；安制備方法又分為澆鑄膜、拉伸膜、化學(xué)法成形膜等，按過(guò)濾孔徑的大小可分為微濾、超濾、納濾和反滲透等。4 膜分離技術(shù)基本原理微濾使用的濾膜孔徑最大，一般適用于分離大

6、分子物質(zhì)；超濾使用的濾膜孔徑較小，適用于分離大分子和膠體；反滲透濾膜孔徑最小，適用于分離直徑為2mm以下的低分子物質(zhì)。在實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)相對(duì)分子質(zhì)量的大小選擇適宜的膜分離方式。上述膜分離的實(shí)際操作壓力各不相同。微濾操作壓力一般為00.2MPa；超濾需要0.11.0MPa；反滲透則需210MPa。常用膜分離過(guò)程的分類和基本特性見(jiàn)表3-1表3-1 常用膜分離過(guò)程的分類和基本特性過(guò)程分離目的透過(guò)組分截留組分料液組成推動(dòng)力傳遞機(jī)理膜類型進(jìn)料狀態(tài)微濾MF溶液、氣體脫粒子溶液、氣體00210m大量溶劑及少量小分子溶劑和大分子溶質(zhì)壓力差約為100kPa篩分多孔膜液、氣超濾UF溶液脫大分子、大分子溶液脫小分子

7、、大分子級(jí)小分子溶液120nm大量溶劑、少量小分子溶質(zhì)壓力差1001000kPa篩分非對(duì)稱膜液納濾NF溶液脫有機(jī)組分、脫高價(jià)離子、軟化、脫色、濃縮、分離溶劑、低價(jià)小分子溶液1nm以上大量溶劑、低價(jià)小分子溶質(zhì)壓力差5001500kPa溶解-擴(kuò)散效應(yīng)非對(duì)稱膜液反滲透RO溶液脫溶質(zhì)、含小分子溶質(zhì)溶液濃縮溶劑011nm大量溶劑壓力差10010000kPa優(yōu)先吸附毛細(xì)孔流動(dòng)，溶解-擴(kuò)散效應(yīng)非對(duì)稱膜液電滲析ED溶液脫小離子、小離子溶液濃縮、小離子分級(jí)小離子組分同名離子、大離子和水少量離子組分、大量水電化學(xué)勢(shì)反離子經(jīng)離子交換膜的遷移離子交換膜液5 膜分離技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用現(xiàn)代膜分離技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用

8、不僅改革了傳統(tǒng)加工工藝，簡(jiǎn)化了操作，降低了成本，而且提高了產(chǎn)品的質(zhì)量增加了產(chǎn)品的品種。目前膜分離技術(shù)已廣泛應(yīng)用于乳制品工業(yè)、飲料、與飲用水的生產(chǎn)，蛋白質(zhì)工業(yè)、淀粉工業(yè)、制糖工業(yè)，發(fā)酵工業(yè)以及廢水處理等多方面。在發(fā)達(dá)國(guó)家，膜分離技術(shù)在食品中的應(yīng)用已十分普遍，特別是在乳制品工業(yè)和果汁加工中，分別達(dá)到37%和18%4。5.1 生啤酒的過(guò)濾采用膜分離技術(shù)在常溫下即可把啤酒中的殘留酵母菌和污染菌除去。 因此, 在啤酒生產(chǎn)的下游處理上可用來(lái)代替高溫瞬時(shí)滅菌或巴氏滅菌法,以保持生啤酒原有的風(fēng)味。另外,從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)看, 微濾的運(yùn)行費(fèi)用接近甚至低于高溫瞬時(shí)滅菌和巴氏滅菌。目前,國(guó)內(nèi)啤酒廠的生啤過(guò)濾工藝多是在硅藻

9、土過(guò)濾或板框過(guò)濾之后, 先采用孔徑為1m的濾芯(可以是超細(xì)聚丙烯纖維濾層),再通過(guò)孔徑為0.22m或0.45m的膜復(fù)合濾芯(一般采用耐酸堿的聚偏氟乙烯微濾膜、聚砜類膜或耐強(qiáng)堿的尼龍膜, 也可以是纖維素類膜等)。5.2 乳品加工70年代初國(guó)外開(kāi)始了超濾和反滲透用于乳品加工的研究, 但由于膜污染而引起流量嚴(yán)重衰減的問(wèn)題沒(méi)有解決而未能推廣, 到1974 年, 膜的清洗有了突破性進(jìn)展后才獲得迅速發(fā)展5。超濾和反滲透主要用于從干酪生產(chǎn)中的廢棄物乳清中分離和回收乳糖、脂肪和蛋白質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物以及濃縮脫脂牛奶1 在乳品加工中采用膜分離技術(shù),可以做到: (1) 大量節(jié)能; (2) 提高產(chǎn)品質(zhì)量; (3) 獲得多種

10、乳制品5.3 白酒的過(guò)濾采用0.45 m 或0.65m級(jí)微濾膜過(guò)濾的白酒產(chǎn)品(如瓶裝酒)在存放時(shí)不受微生物污染。0.45m級(jí)膜基本能夠去除所有的有機(jī)物,但費(fèi)用較高, 因?yàn)樗?.65m微濾膜或孔徑更大的膜堵塞更快,同時(shí),小孔徑的膜可去除微米級(jí)膠體物質(zhì),這些物質(zhì)在確定酒的氣味時(shí)很重要。因此,究竟是選擇0.45m還是0.65m孔徑的膜, 取決于保證微生物去除和經(jīng)濟(jì)性之間的平衡6。5.4 醬油工業(yè)中的應(yīng)用在醬油生產(chǎn)流程中,有3個(gè)分離工序可采用膜技術(shù)79: (1)從壓榨的生醬油中去除雜質(zhì); (2)滅菌后去除一次濁液; (3)從一次濁液中回收醬油。在這3道工序中,滅菌后經(jīng)靜置分離的上層澄清液, 可用硅藻

11、土過(guò)濾, 剩余的5%15% 的濁液因粘度太高10,不能用硅藻土過(guò)濾,一般返回前道壓榨工序。5.5 其他應(yīng)用除以上所述,膜技術(shù)在食品工業(yè)上的應(yīng)用還有酶制劑的提純和濃縮11、生產(chǎn)蛋白質(zhì)產(chǎn)品( 蛋清的濃縮等)、蔬菜汁澄清和濃縮、天然色素等食品添加劑的分離和濃縮、醋和醬油的精制及食品廠的廢水處理等。6 膜技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用前景及展望膜分離技術(shù)由于省能、高效，可替代傳統(tǒng)的分離技術(shù)，不僅設(shè)備簡(jiǎn)單、造價(jià)低、而且易于操作。作為一種高新分離技術(shù)，雖然原理并不復(fù)雜，卻已在食品、醫(yī)藥、化工、環(huán)保等行業(yè)顯示出強(qiáng)大的生命力。膜分離技術(shù)最突出的特點(diǎn)是高效和節(jié)能，可在常溫下實(shí)現(xiàn)對(duì)各組分的分離、提純、濃縮，因此它尤其適合

12、在食品加工業(yè)中應(yīng)用。膜分離技術(shù)在食品工業(yè)中，由于食品種類繁多，與其他行業(yè)相比，對(duì)膜分離產(chǎn)生的各種影響更多和更復(fù)雜，為了充分利用膜分離技術(shù)，當(dāng)務(wù)之急是研究開(kāi)發(fā)各種能有效的防止吸附、濃差極化和減少阻力的各種裝置和探討有效的操作控制方法12。綜上所述，現(xiàn)代膜分離技術(shù)作為一種新型的高新制造技術(shù)，在食品工業(yè)中的應(yīng)用發(fā)展很快，成績(jī)卓越，日益受到各界的關(guān)注，展現(xiàn)了廣闊前景，一些新的膜分離技術(shù)具有更大的潛力和更強(qiáng)的生命力，相信在不久的將來(lái)定會(huì)出現(xiàn)突破，推動(dòng)食品工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。參考文獻(xiàn)1朱明，姚茂君：食品工業(yè)分離技術(shù)，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.7。2何旭敏,何國(guó)梅,曾碧榕：膜分離技術(shù)的應(yīng)用，廈門(mén)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2001.0 (2): 495-502。3陳一鳴,蔡惠如,劉玉榮：膜分離技術(shù)的現(xiàn)狀及其在染料化工中的應(yīng)用J ，化工裝備技術(shù), 2000.2 (1): 6-12。4刑啟華：膜分離技術(shù)的應(yīng)用J， 化學(xué)教育, 2000, (6): 22- 24。5陳少洲，陳芳：膜分離技術(shù)與食品加工，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.2。6陳一鳴, 蔡惠如, 劉玉榮： 膜分離技術(shù)的現(xiàn)狀及其在染料化工中的應(yīng)用J ， 化工技術(shù)裝備, 2001.22 (1): 6-11。7程淑英,龔莉莉：膜分離技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及展望J，化工