第1题-不同膜分离技术的异同点及应用

一、概念

微滤（MF） ：又称微孔过滤，它属于精密过滤，其基本原理是筛孔分离过程，微滤能够过滤掉溶液中的微米级或纳米级的微粒和细菌。

超滤（UF） 是介于微滤和纳滤之间的一种膜过程，膜孔径在0.05um至1nm分子量之间。超滤是一种能够将溶液进行净化、分离、浓缩的膜分离技术，超滤过程通常可以理解成与膜孔径大小相关的筛分过程。

纳滤（NF） 是介于超滤与反渗透之间的一种膜分离技术， 其截留分子量在80～1000的范围内，孔径为几纳米，因此称纳滤

反渗透（RO） 是利用反渗透膜只能透过溶剂（通常是水）而截留离子物质或小分子物质的选择透过性，以膜两侧静压为推动力，而实现的对液体混合物分离的膜过程

电渗析：利用半透膜的选择透过性来分离不同的溶质粒子（如离子）的方法称为渗析。在电场作用下进行渗析时，溶液中的带电的溶质粒子（如离子）通过膜而迁移的现象称为电渗析。

请比较说明，微滤，超滤，纳滤和反渗透等四种常用膜分离技术的异同点。

答:微滤（MF）

又称微孔过滤，它属于精密过滤，其基本原理是筛孔分离过程。微滤膜的材质分为有机和无机两大类，有机聚合物有醋酸纤维素、聚丙烯、聚碳酸酯、聚砜、聚酰胺等。无机膜材料有陶瓷和金属等。鉴于微孔滤膜的分离特征，微孔滤膜的应用范围主要是从气相和

液相中截留微粒、细菌以及其他污染物，以达到净化、分离、浓缩的目的。

对于微滤而言，膜的截留特性是以膜的孔径来表征，通常孔径范围在0.1～1微米，故微滤膜能对大直径的菌体、悬浮固体等进行分离。可作为一般料液的澄清、保安过滤、空气除菌。

超滤（UF）

是介于微滤和纳滤之间的一种膜过程，膜孔径在0.05um至1nm分子量之间。超滤是一种能够将溶液进行净化、分离、浓缩的膜分离技术，超滤过程通常可以理解成与膜孔径大小相关的筛分过程。以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为过滤介质，在一定的压力下，当水流过膜表面时，只允许水及比膜孔径小的小分子物质通过，达到溶液的净化、分离、浓缩的目的。

对于超滤而言，膜的截留特性是以对标准有机物的截留分子量来表征，通常截留分子量范围在1000～300000，故超滤膜能对大分子有机物（如蛋白质、细菌）、胶体、悬浮固体等进行分离，广泛应用于料液的澄清、大分子有机物的分离纯化、除热源。

纳滤（NF）

是介于超滤与反渗透之间的一种膜分离技术， 其截留分子量在80～1000的范围内，孔径为几纳米，因此称纳滤。基于纳滤分离技术的优越特性，其在制药、生物化工、 食品工业等诸多领域显示出广阔的应用前景。

对于纳滤而言，膜的截留特性是以对标准NaCl、MgSO4、CaCl2溶液的截留率来表

征，通常截留率范围在60～90%，相应截留分子量范围在100～1000，故纳滤膜能对小分子有机物等与水、无机盐进行分离，实现脱盐与浓缩的同时进行。

反渗透（RO）

是利用反渗透膜只能透过溶剂（通常是水）而截留离子物质或小分子物质的选择透过性，以膜两侧静压为推动力，而实现的对液体混合物分离的膜过程。反渗透是膜分离技术的一个重要组成部分，因具有产水水质高、运行成本低、无污染、操作方便运行可靠等诸多优点，而成为海水和苦咸水淡化，以及纯水制备的最节能、最简便的技术.目前已广泛应用于医药、电子、化工、食品、海水淡化等诸多行业。反渗透技术已成为现代工业中首选的水处理技术。

反渗透的截留对象是所有的离子，仅让水透过膜，对NaCl的截留率在98%以上，出水为无离子水。反渗透法能够去除可溶性的金属盐、有机物、细菌、胶体粒子、发热物质，也即能截留所有的离子，在生产纯净水、软化水、无离子水、产品浓缩、废水处理方面反渗透膜已经应用广泛。

电渗析：利用半透膜的选择透过性来分离不同的溶质粒子（如离子）的方法称为渗析。在电场作用下进行渗析时，溶液中的带电的溶质粒子（如离子）通过膜而迁移的现象称为电渗析。

电渗析法的特点：①可以同时对电解质水溶液起淡化、浓缩、分离、提纯作用；②可以用于蔗糖等非电解质的提纯，以除去其中的电解质； ③在原理上，电渗析器是一个带有隔膜的电解池，可以利用电极上的氧化还原效率高。

二、膜分离技术在食品工业中的应用

由于膜分离过程不需要加热，可防止热敏物质失活、杂茵污染，无相变，集分离、浓缩、提纯、杀菌为一体，分离效果高，操作简单、费用低，特别适合食品工业的应用。下面介绍近年来膜分离技术在食品工业中的应用状况。

（1）膜分离技术用于食品澄清

澄清工序是澄清汁生产的关键。传统的澄清方法如明胶单宁法、加热凝聚澄清法、冷冻法、板框过滤法、酶处理法等，都存在各自的弱点。将膜超滤技术用于食醋、酱油、果蔬汁、茶汁、啤酒等生产中，在分离致浊组分的同时达到澄清的目的。由于操作不受温度的影响，不发生相变，可以较好地保存原有风味，同时具有快速、经济的特点。

（2）膜分离技术在浓缩、纯化中的应用

利用膜的优良的选择性可将溶液中的欲提取组分在与其他组分分离的同时有效地得到浓缩和纯化。羊栖菜多糖具有明显的生物活性，具有抗肿瘤、促进造血功能、，是“绿色黄金食品”。采用中空纤维超滤膜技术脱除羊栖菜粗多糖提取液中的盐分，脱除率达99.9%，同时脱除部分色素物质，在保留了粗多糖提取液中生理活性物质的同时，浓缩了提取液，提高了主要成分褐藻胶与褐藻糖胶的含量。

食品中的某些组分含量甚微，不论是对人体有益还是有害，都需监控其含量。利用膜技术可将微量甚至痕迹量的组分富集在特定的滤膜上，再选用合适的分析方法进行分析检测，可大大提高检测灵敏度。

（4）膜分离技术在除菌中的应用

传统的食品饮料杀菌方法为巴氏杀菌和高温瞬时杀菌，操作繁琐，残留细菌多，高温易造成热敏物质失活和产品口味营养的破坏。用微滤技术取而代之，孔径为纳米级的微滤膜足以阻止微生物通过，从而在分离的同时达到“冷杀菌”的效果。

在鲜啤酒生产过程中采用微滤膜常温下处理用水及发酵液，可有效去除水中的大肠杆菌和谷类杂菌，有效去除发酵液中的污染微生物和残留的酵母菌

（5）膜分离技术在酶的提取中的应用

酶是一种高效、专一、活性可以调节的催化剂．利用膜分离技术可以很好的解决酶提取过程中分辨率过低、不适用于工业化连续生产等缺陷

生姜蛋白酶对猪肉、牛肉有良好的嫩化效果。唐晓珍等人研制了利用超滤技术提取生姜蛋白酶的新工艺产品品质好，纯度高，成本低。

（6）利用膜分离技术制作酶膜反应器

在膜反应器中，利用膜的选择透过性可连续脱除某一产物组分，使化学平衡向有利于产物的方向转化。提高可逆反应的产率，减少未反应物的循环量，有可能使反应、产物分离、净化等几个单元操作在一个膜反应器中进行，有可能使反应在较低温度下进行。

4.7 其他方面的应用

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，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。

由于膜分离技术的广泛应用，所以分离所用的膜的清洗显的格外重要。在实践中，有效的膜清洗主要涉及到以下几个方面：去垢剂的种类和组成，清洗的持续时间、清洗的顺序以及物理操作参数。

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：①开发透过率高、选择性强的膜；②开发不易发生污染的膜；③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；④开发用简单的热蒸汽杀菌即可杀菌的膜和膜装置；⑤膜清洗和保护技术；⑥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

图ppt第二题