食品工程原理文献综述

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1、离子交换膜的制备与应用技术摘要：本文就电渗析这一单元操作的基本原理、方法、应用以及发展前景等内容对离子交换膜进行综述。目的是通过查找相关资料文献进一步了解电渗析这一单元操作对离子交换膜的影响，并得出自己的一些观点看法与设想。关键词：电渗析，离子交换膜，原理，方法，应用，展望前言：离子交换膜是膜状的离子交换树脂。它包括三个基本组成部分即高分子骨架，固定基团以及基团上的可移动离子。因此和离子交换树脂一样，按照其带电荷种类的不同，主要分为阳离子交换膜和阴离子交换膜。最早的离子交换膜基过程可以追溯到1890

2、年。当时Ostwald[1]研究一种半渗透膜的性能时发现如果该膜能够阻挡阴或阳离子所构成的电解质。大概在1940年，工业需求促进了合成酚醛缩聚型离子膜的发展[2]。几乎与此同时，Meyer和Strauss发明了电渗析过程，在该过程中，阴阳离子交换膜交替排列在两个电极之间形成许多平行的隔室，这就是最在的电渗析[3]。1976年Chlanda等将阴阳魔层复合在一起制备出了双极膜[4]，它的出现大大改变了传统的工业过程，形成了电渗析技术新的增长点，在当今的化学工业，生物工程，环境工程和食品工业领域中有重要

3、的应用[5]。一、离子交换膜基过程（一）、电渗析电渗析是利用交换膜对阴阳离子的选择透过性能，在直流电场的作用下使离子定向发生迁移，从而达到电解质溶液的分离，提纯和浓缩的目的，因此，离子骄傲幻魔和直流电场shiite电渗析过程必备的两个条件。电渗析一个最主要的应用是从海水和地表脱盐制取饮用水和食盐。仅在1992年，日本就用电渗析技术从海水浓缩制盐，产量高达140万吨[6，7]。对于NaCl浓缩必须选择特殊离子交换膜，该膜能让一价离子透过，而截留同种电荷的多价离子如硫酸根离子。在这种应用中膜的寿命高达1

4、7年[8]。电渗析也能用来对食品或化学品进行脱盐或者用来处理纸浆工业废水[9]等。（二）、双极膜电渗析双极膜是一种新型离子交换复合膜[10]，它通常由阳离子交换层（N型膜）和阴离子交换层（P型膜）复合而成，由于阴，阳膜的复合，给这种膜的传质性能带来了很多新的特性，这些特性最基本的原理是双极膜界面层得水分子在反向加压时的离解，即将水分解成氢离子和氢氧根离子。双极膜电渗析过程具有集成高度，节能等优点，但也有不足和局限，离子交换膜选择性也即在其中阻挡同离子透过的能力往往低于100%，而且随着外界浓度的增肌

5、选择性还会下降。（三）、液膜电渗析上面所述的均是固态离子交换膜为选择性透过膜的电渗析过程。实际上，作为选择性透过膜的形态也可以是液态。如果以液态膜代替电渗析膜堆中的固态离子交换膜构成的电渗析称为膜电渗析。液膜电渗析技术可用萃取剂作为液膜，主要应用场合是金属离子的富集和分离。总的来说，由于液膜操作起来没有固膜方便，而且容易泄漏，集成化程度也不高，目前尚处于基础研究阶段，还未见有工业化的应用。（四）、点解电渗析电解电渗析，电极反应提供反应原料或移走产物的单膜电渗析。氯碱电解是电解电渗析应用最广的例子，除

6、了阳膜外，阴膜作为隔膜的电解电渗析在湿法冶炼金工业中的应用也很广，特别是在有些情况下，为了减少水的渗透，膜两侧通不同的流体二形成双水相电解电渗析[11]。二、离子交换膜的制备离子交换膜与离子交换树脂具有相同的基本化学结构，但在制备方法上，因为离子交换膜包括树脂合成过程又有膜的成膜过程，所以离子交换膜的制备方法较为复杂，通常离子交换膜的制备包括三个主要过程：1、基膜制备2、引进交联结构3、引入功能基团。至于制模途径也主要是下述的三种之一：（1）、先成膜后导入活性基团（2）、先导入活性基团再成膜（3）、

7、成膜与导入活性基团同时进行。上述的三条路线会因具体的工艺不同而不同，特别是对于前两种发放涉及基膜的制备或者利用电荷电材料来成膜，所采用的具体方法同一般的非核电膜。一下根据不同的具体情况予以介绍。（一）、非均相离子交换膜的制备方法[12]与均相离子交换膜不同，非均相离子搅浑魔是指膜主体相和固定基团不以化学键结合，这类膜一般电化学性能不好，但由于价格便宜，在初级说处理中应用比较广泛。其制备方法一般遵循以下几条路线。1、热压法：离子交换树脂粉与惰性聚合物粘剂混合，然后在适当的压力和聚合物软化温度附近热压成

8、型。2、熔剂挤出法：离子交换树脂粉与惰性聚合物粘剂混合通过加入塑化剂或者使聚合物软化其成为半流动状态，然后挤出成膜。3、流涎法：树脂粉与惰性聚合物粘剂混合然后利用常规流涎方法通过蒸发熔剂成膜。4、流涎聚合法：离子交换树脂粉分散在部分聚合的聚合物溶液中流涎成膜然后再进行后聚合。首先按配方称料然后将聚乙烯放入双锟炼机中在110℃~120℃下混炼，旦塑化完全，即加入聚异丁烯进行机械接枝。混合均匀后加入硬脂酸钙，最后加入树脂粉，反复混炼均匀，接着在压延机上压成需要厚度的膜片，