纳滤膜在食品工业中的运用

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1、纳滤膜在食品工业中的运用摘要：纳滤膜的发展完善了膜分离技术，具独特的性能决定了它有替代某些传统分离方法的趋势，应用询景广阔。但是有些工艺尚不成熟或有待完善，如膜污染、膜清洗等问题，特别是在对卫生要求极严的食品、医药行业中，纳滤膜技术的广泛应用受到了一定的限制。关键词：纳滤膜；特点；应用膜分离技术是一项简单、快速、高效、选择性好且经济节能的新技术，冃前已广泛地应用于水处理、生物化工、医药工业、食品工业及环境保护等许多方面。近年来，微滤、超滤及反渗透等各种膜分离技术发展很快，已在食品工业中发挥着愈来愈大的作用。纳滤膜是20世纪80年代末

2、问世的一种新型分离膜，其截留分了量介于反渗透膜和超滤膜之间，约为200-2000o该膜存在着纳米级细孔，截留率大于95%的最小分子的宜径约为lnm,所以近年来被命名为纳滤。□前国外生产的纳滤膜己经商品化，如日本电工的NTR-7450、NTR-759HR,东丽的700、BW-30等。与超滤及反渗透等膜分离过程一样，纳滤也是以压力差为推动力的膜分离过程，是一个不可逆过程。其分离机理可以运用电荷模型（空间电荷模型和固定电荷模型）、细孔模型以及近年来才提出的静电排斥和立体阻碍模型等来描述。纳滤膜独特的分离性能已引起食品工业中研究人员的高度重

3、视。本文通过对其特性和模型的介绍深入探讨纳滤膜在食品工业中的运用。1•纳滤膜分离的机理与超滤及反渗透等膜分离过程一样，纳滤也是以压力差为推动力的膜分离过程。其分离机理可以用电荷模型（空间电荷模型和固定电荷模型）、细孔模型以及近年来才提出的静电排斥和立休阻碍模型等来描述。1.1电荷模型电荷模型根据对膜内电荷及电势分布情形的不同假设，分为空间电荷模型(theSpaceChargeModel)和固定电荷模型(theFixed-ChargeModel)o空间电荷模型⑴最早由Osterle等提出，该模型的基本方程由Poisson-Boltzm

4、ann方程、Nemst~Planck方程和Navier-Stokes方程等来描述。运用空间电荷模型，不仅可以描述诸如膜的浓差电位、流动电位、表面Zeta电位和膜内离子电导率、电气粘度等动电现象,还可以表示荷电膜内电解质离子的传递情形。固定电荷模型⑵最早由Teorell>Meyer和Sievers捉出，因而通常又被人们称为Teorell-Meyer-Sievers(TMS)模型。固定屯荷模型假设膜为一个凝胶和，其电荷分布均匀、贡献相同；离子浓度和电位在传递方向具有一定梯度；主要描述膜浓差电位、溶剂和电解质在膜内渗透速率及其截留性。1.

5、2细孔模型道南■立体细孔模型[3](Donnan-stericPoreModel)建立在Nernst-planck扩展方程基础上，用于表征两组分及三组分的电解质溶液的传递现象，假定膜是市均相同质，电荷均布的细孔构成，分离离子时，离子与膜面电荷之间存在静电作用，相同电荷排斥而相反电荷间相互吸引，当离子在极细微的膜孔隙中的扩散和对流传递过程中会受到立体阻碍作用的影响。1.3静电排斥和立体阻碍模型近来，Wang等⑷建立了静电排斥和立体阻碍模型(theElectrostaticandSteric-hindranceModel）又可简称为静电

6、位阻模型。静电位阻模型假定膜分离层由孔径均一、表面电荷分布均匀的微孔构成，其结构参数包括孔径rp、开孔率Ak、孔道长度即膜分离层厚度Axo电荷特性参数则表示为膜的体积电荷密度X（或膜的孔壁表面电荷密度为q）。根据上述膜的结构参数和电荷特性参数，对于已知的分离体系，就可以运用静电位阻模型预测各种溶质（屮性分子、离子）通过膜的传递分离特性（如膜的特征参数）。2纳滤膜分离的特点2.1具有离子选择性荷电纳滤膜能根据离子大小及电价的高低对低价离子与高价离子进行分离。其对不同价态离子截留效果不同，对单价离子的截留率低，对二价和高价离子的截留率明

7、显高于单价离子。对阴离子的截留率按下列顺序递增:NO/,cr,OH',SO?,CO32;对阳离子的截留率按下列顺序递增:H+,Na+,K+,Mg2+,Ca2+,Cu2+O其表层孔径处于纳米级范围（10・9m）,因而其分离对象主要为粒径1纳米左右的物质。2.2操作压力低纳滤膜的最大特征是膜本体带有电荷，这使得它在很低的操作压力下仍具有较高的脱盐率。反渗透过程所需操作压力很高，一般在几兆〜几十兆帕以上，而纳米过滤过程所需操作压力低于l.OMPa,这对于降低整个分离系统的设备投资费用十分有利。2.3比较经济纳滤膜分离可取代传统处理过程屮的

8、多个步骤，因而比较经济。如在水的软化和净化中，采用纳滤技术就可以一次性去除Ca2Mg2+等二价离子和有机物。2.4耐压性与抗污染能力强由于纳滤膜多为复合膜及荷电膜，因此对疏水型胶体油、蛋白质和其它有机物有较强的抗污染性，另外其耐压性