微滤超滤纳滤反渗透等膜分离技术介绍

微滤超滤纳滤反渗透等膜分离技术 一、微滤超滤纳滤反渗透等膜分离技术发展史 微滤超滤纳滤反渗透等膜分离是在 20 世纪初出现，20 世纪 60 年代后迅速崛起的一门分离新技术。膜分离技术由于兼有分离、浓 缩、纯化和精制的功能，又有高效、节能、环保、分子级过滤及过 滤过程简单、易于控制等特征，因此，目前已广泛应用于食品、医 药、生物、环保、化工、冶金、能源、石油、水处理、电子、仿生 等领域，产生了巨大的经济效益和社会效益，已成为当今分离科学 中最重要的手段之一。 膜可以是固相、液相、甚至是气相的。用各种天然或人工材料 制造出来的膜品种繁多，在物理、化学、生物性质上呈现出各种各 样的特性。 大多数人会认为，膜离我们的生活非常遥远。其实不然，膜分离 技术非常贴近我们的日常生活。如水、果汁、牛奶、保健品、中药、 茶食品、饮料、调味品等我们随时可能接触到的，都会用到膜分离 技术。 二、微滤超滤纳滤反渗透等膜分离原理 膜分离过程是以选择性透过膜为分离介质，当膜两侧存在某种 推动力(如压力差、浓度差、电位差、温度差等)时，原料侧组分选 择性地透过膜，以达到分离、提纯的目的。不同的膜过程使用不同 的膜，推动力也不同。目前已经工业化应用的膜分离过程有微滤(MF)、 超滤(UF)、反渗透(RO)、渗析(D)、电渗析(ED)、气体分离(GS)、渗 透汽化(PV)、乳化液膜(ELM)等。 三、微滤超滤纳滤反渗透等分离技术 反渗透、超滤、微滤、电渗析这四大过程在技术上已经相当成 熟，已有大规模的工业应用，形成了相当规模的产业，有许多商品 化的产品可供不同用途使用。这里主要以反渗透膜和超滤膜为代表 介绍一下。 3.1 反渗透膜(RO) 反渗透膜使用的材料，最初是醋酸纤维素(CA)，1966 年开发出 聚酰胺膜，后来又开发出各种各样的合成复合膜。CA 膜耐氯性强， 但抗菌性较差。合成复合膜具有较高的透水性和有机物截留性能， 但对次氯酸等酸性物质抗性较弱。这两种材料耐热性较差，最高温 度约是 60左右，这使其在食品加工领域的应用中受到限制。 3.2 超滤膜(UF) 超滤膜最初也是使用 CA 做材料，后来各种合成高分子材料得以 广泛应用。其材料多种多样，共同特点是具有耐热、耐酸碱、耐生 物腐蚀等优点。 目前使用最多的 UF 膜材料是聚芳砜和异丙基聚芳砜。这两种材 料的最大优点是耐热性非常强。聚芳砜的机械性能好，有优良的耐 氧化性能，通常使用时耐热温度可达 8O，热杀菌时耐热温度可达 90，异丙基聚芳砜耐氧化性能更好，较高温度下能够保持良好的 机械性能，耐热温度可达 90 ，热杀菌时可达 98。进行热杀菌 时，高温水急速通过膜装置，因膜装置材料的热膨胀系数不同，有 时膜会发生泄漏。现在，通过对环氧系粘合剂的组成、硬化条件的 研究，已能够制造耐 50温差的急速加热冷却的膜装置。 四、分离膜的优缺点 分离膜共同的优点是： 节约能源; 在常温下进行，特别适用于热敏性物质的处理，能够防止食 品质量的恶化和营养成分及香味物质的损失; 食品的色泽变化小，能保持食品的自然状态; 设备体积小且构造简单，费用较低，效率较高; 适用范围广，有机物和无机物都可浓缩，可用于分离、浓缩、 纯化、澄清等工艺。 分离膜的缺点是： 产品被浓缩的程度有限; 有时其适用范围受到限制，因加工温度、食品成分、pH、膜 的耐药性、膜的耐溶剂性等的不同，有时不能使用分离膜; 规模经济的优势较低，一般需与其它工艺相结合。 膜分离技术在食品工业中还广泛用于制取纯净水和生产废水的 处理。如近年来绝大多数矿泉水生产厂家均采用超滤或微滤技术除 菌、除胶体、除絮凝物质和颗粒等。广东太阳神集团、海南杏仁露 饮料公司、天津武清饮料厂、及各啤酒厂等都应用反渗透或电渗析 制备纯水配兑饮料，大大改善了产品质量。I.K1oyuncu 等人分别采 用低压纳滤及二级反渗透系统对牛奶工业废水进行处理。纳滤的 COD 去除率达 98% ，电导率可削减 98%以上，Cr、Pb、Ni、Cd 等有 毒重金属离子的去除率均达 100%;而二级反渗透系统对 COD、电导率 和悬浮固体的去除率均在 99%以上，成功实现了废水的再生与回用。 另外膜技术在原料液中除气、弃液中产品回收方面均有应用价值。 五、膜分离技术的前景 综上所述，膜分离技术在食品加工领域中的应用日益广泛，利 用膜技术生产的食品有其明显的优势。但需要改进的地方还很多， 其中最主要的是膜性能和膜装置的改进。膜性能的改善包括以下四 个方面： 开发透过率高、选择性强的膜; 开发不易发生污染的膜; 开发用简单的清洗方法即可清除污染的膜和膜装置以及具有 全自动反冲洗装置的膜分离系统; 开发用简单的热蒸汽杀菌即可杀菌的膜和膜装置; 膜清洗和保护技术; 开发新的超薄膜，甚至是单分子膜，以实现低压下的高透过 率。新型的膜分离技术目前大部分处于实验室规模，各国对膜技术 的研究和开发投入了大量的人力物力，研究开发所用经费高达产值 的 6%9%，1990 年全世界制膜工业销售总额已达到 40 亿美元。膜 技术是当代国际上公认的最具有