納濾膜在食品工業(yè)中的運(yùn)用

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1、納濾膜在食品工業(yè)中的運(yùn)用摘要:納濾膜的發(fā)展完善了膜分離技術(shù),具獨(dú)特的性能決定了它有替代某些傳統(tǒng)分離方法的趨勢(shì),應(yīng)用詢(xún)景廣闊。但是有些工藝尚不成熟或有待完善,如膜污染、膜清洗等問(wèn)題,特別是在對(duì)衛(wèi)生要求極嚴(yán)的食品、醫(yī)藥行業(yè)中,納濾膜技術(shù)的廣泛應(yīng)用受到了一定的限制。關(guān)鍵詞:納濾膜;特點(diǎn);應(yīng)用膜分離技術(shù)是一項(xiàng)簡(jiǎn)單、快速、高效、選擇性好且經(jīng)濟(jì)節(jié)能的新技術(shù),冃前已廣泛地應(yīng)用于水處理、生物化工、醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)及環(huán)境保護(hù)等許多方面。近年來(lái),微濾、超濾及反滲透等各種膜分離技術(shù)發(fā)展很快,已在食品工業(yè)中發(fā)揮著愈來(lái)愈大的作用。納濾膜是20世紀(jì)80年代末

2、問(wèn)世的一種新型分離膜,其截留分了量介于反滲透膜和超濾膜之間,約為200-2000o該膜存在著納米級(jí)細(xì)孔,截留率大于95%的最小分子的宜徑約為lnm,所以近年來(lái)被命名為納濾。□前國(guó)外生產(chǎn)的納濾膜己經(jīng)商品化,如日本電工的NTR-7450、NTR-759HR,東麗的700、BW-30等。與超濾及反滲透等膜分離過(guò)程一樣,納濾也是以壓力差為推動(dòng)力的膜分離過(guò)程,是一個(gè)不可逆過(guò)程。其分離機(jī)理可以運(yùn)用電荷模型(空間電荷模型和固定電荷模型)、細(xì)孔模型以及近年來(lái)才提出的靜電排斥和立體阻礙模型等來(lái)描述。納濾膜獨(dú)特的分離性能已引起食品工業(yè)中研究人員的高度重

3、視。本文通過(guò)對(duì)其特性和模型的介紹深入探討納濾膜在食品工業(yè)中的運(yùn)用。1?納濾膜分離的機(jī)理與超濾及反滲透等膜分離過(guò)程一樣,納濾也是以壓力差為推動(dòng)力的膜分離過(guò)程。其分離機(jī)理可以用電荷模型(空間電荷模型和固定電荷模型)、細(xì)孔模型以及近年來(lái)才提出的靜電排斥和立休阻礙模型等來(lái)描述。1.1電荷模型電荷模型根據(jù)對(duì)膜內(nèi)電荷及電勢(shì)分布情形的不同假設(shè),分為空間電荷模型(theSpaceChargeModel)和固定電荷模型(theFixed-ChargeModel)o空間電荷模型⑴最早由Osterle等提出,該模型的基本方程由Poisson-Boltzm

4、ann方程、Nemst~Planck方程和Navier-Stokes方程等來(lái)描述。運(yùn)用空間電荷模型,不僅可以描述諸如膜的濃差電位、流動(dòng)電位、表面Zeta電位和膜內(nèi)離子電導(dǎo)率、電氣粘度等動(dòng)電現(xiàn)象,還可以表示荷電膜內(nèi)電解質(zhì)離子的傳遞情形。固定電荷模型⑵最早由Teorell>Meyer和Sievers捉出,因而通常又被人們稱(chēng)為T(mén)eorell-Meyer-Sievers(TMS)模型。固定屯荷模型假設(shè)膜為一個(gè)凝膠和,其電荷分布均勻、貢獻(xiàn)相同;離子濃度和電位在傳遞方向具有一定梯度;主要描述膜濃差電位、溶劑和電解質(zhì)在膜內(nèi)滲透速率及其截留性。1.

5、2細(xì)孔模型道南■立體細(xì)孔模型[3](Donnan-stericPoreModel)建立在Nernst-planck擴(kuò)展方程基礎(chǔ)上,用于表征兩組分及三組分的電解質(zhì)溶液的傳遞現(xiàn)象,假定膜是市均相同質(zhì),電荷均布的細(xì)孔構(gòu)成,分離離子時(shí),離子與膜面電荷之間存在靜電作用,相同電荷排斥而相反電荷間相互吸引,當(dāng)離子在極細(xì)微的膜孔隙中的擴(kuò)散和對(duì)流傳遞過(guò)程中會(huì)受到立體阻礙作用的影響。1.3靜電排斥和立體阻礙模型近來(lái),Wang等⑷建立了靜電排斥和立體阻礙模型(theElectrostaticandSteric-hindranceModel)又可簡(jiǎn)稱(chēng)為靜電

6、位阻模型。靜電位阻模型假定膜分離層由孔徑均一、表面電荷分布均勻的微孔構(gòu)成,其結(jié)構(gòu)參數(shù)包括孔徑rp、開(kāi)孔率Ak、孔道長(zhǎng)度即膜分離層厚度Axo電荷特性參數(shù)則表示為膜的體積電荷密度X(或膜的孔壁表面電荷密度為q)。根據(jù)上述膜的結(jié)構(gòu)參數(shù)和電荷特性參數(shù),對(duì)于已知的分離體系,就可以運(yùn)用靜電位阻模型預(yù)測(cè)各種溶質(zhì)(屮性分子、離子)通過(guò)膜的傳遞分離特性(如膜的特征參數(shù))。2納濾膜分離的特點(diǎn)2.1具有離子選擇性荷電納濾膜能根據(jù)離子大小及電價(jià)的高低對(duì)低價(jià)離子與高價(jià)離子進(jìn)行分離。其對(duì)不同價(jià)態(tài)離子截留效果不同,對(duì)單價(jià)離子的截留率低,對(duì)二價(jià)和高價(jià)離子的截留率明

7、顯高于單價(jià)離子。對(duì)陰離子的截留率按下列順序遞增:NO/,cr,OH',SO?,CO32;對(duì)陽(yáng)離子的截留率按下列順序遞增:H+,Na+,K+,Mg2+,Ca2+,Cu2+O其表層孔徑處于納米級(jí)范圍(10?9m),因而其分離對(duì)象主要為粒徑1納米左右的物質(zhì)。2.2操作壓力低納濾膜的最大特征是膜本體帶有電荷,這使得它在很低的操作壓力下仍具有較高的脫鹽率。反滲透過(guò)程所需操作壓力很高,一般在幾兆?幾十兆帕以上,而納米過(guò)濾過(guò)程所需操作壓力低于l.OMPa,這對(duì)于降低整個(gè)分離系統(tǒng)的設(shè)備投資費(fèi)用十分有利。2.3比較經(jīng)濟(jì)納濾膜分離可取代傳統(tǒng)處理過(guò)程屮的

8、多個(gè)步驟,因而比較經(jīng)濟(jì)。如在水的軟化和凈化中,采用納濾技術(shù)就可以一次性去除Ca2Mg2+等二價(jià)離子和有機(jī)物。2.4耐壓性與抗污染能力強(qiáng)由于納濾膜多為復(fù)合膜及荷電膜,因此對(duì)疏水型膠體油、蛋白質(zhì)和其它有機(jī)物有較強(qiáng)的抗污染性,另外其耐壓性

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