纳滤膜在食品工业中的运用
纳滤膜分离原理的应用

纳滤膜分离原理的应用1. 纳滤膜的基本原理纳滤膜是一种具有特定孔径的膜过滤材料,可以通过其孔径选择性地分离溶液中的不同成分。
纳滤膜的分离原理主要基于膜孔直径的差异和溶质与膜之间的相互作用力。
主要的应用领域有:•膜分离技术–食品和饮料工业中的浓缩、脱色、去盐等过程;–生物技术中的细胞分离和提取;–药物生产中的分离纯化;•环境保护领域–水处理中的脱盐、去污过程;–污水处理中的废水回用;•医药领域–生物药物和疫苗的纯化和浓缩;–血浆分离和血液过滤;•电子工业领域–半导体和光伏产业中的清洗和脱盐过程;–电子废弃物处理。
2. 纳滤膜分离原理的应用案例2.1 食品和饮料工业中的应用纳滤膜在食品和饮料工业中有着广泛的应用。
例如,在果汁浓缩过程中,可以使用纳滤膜将其中的水分分离出来,从而得到浓缩果汁。
另外,纳滤膜还可以用于脱色、去盐等过程,以提高产品的质量和纯度。
2.2 生物技术中的应用生物技术中的细胞分离和提取过程也可以借助纳滤膜进行。
使用纳滤膜可以将目标生物分子(如蛋白质、核酸等)从其他污染物中分离出来。
这对于生物医药领域的研究和生产有着重要的意义。
2.3 环境保护领域的应用纳滤膜在环境保护领域中也有着重要的应用。
例如,在水处理过程中,可以使用纳滤膜去除其中的悬浮物、颗粒和有机物,从而提高水的质量。
此外,纳滤膜还可以用于废水处理中的废水回用,实现资源的循环利用,减少对环境的污染。
2.4 医药领域的应用在医药领域,纳滤膜也是一种常用的分离工具。
例如,纳滤膜可以用于生物药物和疫苗的纯化和浓缩。
此外,纳滤膜还可以用于血浆分离和血液过滤,对于医疗工作有着重要的帮助。
2.5 电子工业领域的应用纳滤膜在电子工业领域中也有着一定的应用。
例如,在半导体和光伏产业中,纳滤膜可以用于清洗和脱盐过程,以保证产品的质量和性能。
此外,纳滤膜还可以用于处理电子废弃物,对环境保护有着积极的作用。
3. 纳滤膜分离原理的优势和发展前景纳滤膜分离原理在各个领域都有着广泛的应用,并且具有许多优势。
膜法—电渗析和纳滤膜分离

膜法—电渗析和纳滤膜分离膜法是一种常用的分离技术,其中电渗析和纳滤膜分离是两种常见的膜法分离方法。
本文将分别介绍电渗析和纳滤膜分离的原理、应用领域和优缺点。
一、电渗析电渗析是一种利用电场作用将溶质从混合液中分离的方法。
其基本原理是通过施加电场,使得带电溶质在膜上移动,从而实现溶质的分离。
电渗析广泛应用于水处理、废水处理和生物技术等领域。
在水处理中,电渗析可以用于去除重金属离子、无机盐和有机物质等。
在废水处理中,电渗析可以用于回收有价值的物质,同时实现废水的净化和资源化。
在生物技术中,电渗析可以用于分离和纯化生物大分子,如蛋白质、核酸等。
电渗析的优点是分离效果好,操作简单,无需添加化学药剂,对环境友好。
然而,电渗析存在能耗较高、膜污染和膜的稳定性等问题,需要进一步改进和优化。
二、纳滤膜分离纳滤膜分离是一种利用纳滤膜的孔径选择性分离溶质的方法。
其基本原理是通过施加压力,使得小分子溶质可以通过膜孔,而大分子溶质被截留在膜上,从而实现溶质的分离。
纳滤膜分离广泛应用于水处理、生物技术和食品工业等领域。
在水处理中,纳滤膜可以用于去除悬浮物、胶体和高分子有机物等。
在生物技术中,纳滤膜可以用于浓缩和纯化生物大分子,如蛋白质、细胞等。
在食品工业中,纳滤膜可以用于浓缩果汁、乳制品和酒精等。
纳滤膜分离的优点是操作简单,无需加热和添加化学药剂,对溶质具有较好的选择性。
然而,纳滤膜分离也存在能耗较高、膜污染和膜的寿命等问题,需要进一步改进和优化。
电渗析和纳滤膜分离是两种常见的膜法分离方法。
电渗析通过施加电场实现溶质的分离,广泛应用于水处理、废水处理和生物技术等领域。
纳滤膜分离通过施加压力实现溶质的分离,广泛应用于水处理、生物技术和食品工业等领域。
两种方法各有优点和局限性,在实际应用中需要根据具体情况选择合适的方法。
未来,随着膜材料的不断发展和技术的不断创新,膜法分离将在更多领域得到应用,并发挥更大的作用。
纳滤膜的工作原理及特点

纳滤膜的工作原理及特点纳滤膜,即纳米过滤膜,是一种通过纳米级孔隙进行分离的膜技术。
它具有独特的工作原理和特点,被广泛应用于水处理、食品加工、生物医药等领域。
本文将详细介绍纳滤膜的工作原理及特点。
一、工作原理纳滤膜的工作原理基于分子尺寸的排斥作用和筛选作用。
纳滤膜的孔径通常在1-100纳米之间,可将溶液中的溶质分子、胶体颗粒等大分子物质截留在膜表面,而将溶剂和小分子物质通过孔隙排出。
其工作原理主要包括以下几个步骤:1. 孔隙截留:纳滤膜的孔隙尺寸远小于溶质分子的尺寸,大分子无法通过孔隙,只能被截留在膜表面。
2. 渗透:溶剂和小分子物质可以通过孔隙,形成渗透流。
3. 分离:溶质分子和胶体颗粒等大分子物质被截留在膜表面,从而实现分离。
二、特点1. 高效分离:纳滤膜能够有效分离溶质分子和胶体颗粒等大分子物质,具有高效分离的特点。
其孔隙尺寸可根据需要进行调整,以实现不同分子大小的分离。
2. 高通量:纳滤膜的孔隙尺寸较小,但孔隙密度较高,因此在单位面积上能够拥有更多的孔隙,从而提高了膜的通量。
3. 良好的选择性:纳滤膜具有良好的选择性,可以根据需要选择不同的膜孔隙尺寸和材料,以实现对特定分子的选择性分离。
4. 可控性强:纳滤膜的孔隙尺寸和形状可以通过调整制备条件进行控制,从而实现对膜性能的调控。
5. 易于操作和维护:纳滤膜系统操作简便,无需添加化学药剂,对设备的维护也较为方便。
6. 应用广泛:纳滤膜广泛应用于水处理、食品加工、生物医药等领域。
在水处理方面,纳滤膜可以去除水中的悬浮物、胶体、细菌等,提高水质。
在食品加工方面,纳滤膜可以用于浓缩果汁、分离乳清中的蛋白质等。
在生物医药领域,纳滤膜可以用于制备药物、分离生物大分子等。
7. 可再生利用:纳滤膜可以通过清洗和再生来延长使用寿命,减少资源浪费。
总结:纳滤膜是一种通过纳米级孔隙进行分离的膜技术,其工作原理基于分子尺寸的排斥作用和筛选作用。
纳滤膜具有高效分离、高通量、良好的选择性、可控性强、易于操作和维护等特点,广泛应用于水处理、食品加工、生物医药等领域。
举例说明膜分离技术在食品加工中的应用

举例说明膜分离技术在食品加工中的应用膜分离技术是一种通过膜的选择性通透性实现物质分离的方法,广泛应用于食品加工中。
下面是10个关于膜分离技术在食品加工中的应用的例子:1. 淡化果汁:膜分离技术可用于淡化浓缩果汁中的水分,保留果汁的原味和营养成分。
通过超滤膜或逆渗透膜,可以去除果汁中的水分、糖分和无机盐,得到浓缩果汁。
2. 乳制品生产:在乳制品生产过程中,膜分离技术广泛应用于浓缩乳液、分离乳脂肪和蛋白质、去除乳清中的乳糖等。
通过超滤膜、纳滤膜或逆渗透膜,可以实现乳液浓缩、乳脂肪和蛋白质的分离、乳清中乳糖的去除等。
3. 果汁澄清:膜分离技术可以用于澄清果汁,去除其中的浑浊物质和杂质。
通过微滤膜或超滤膜,可以去除果汁中的悬浮物、细菌和微生物等,使果汁更加清澈。
4. 酒类生产:在酒类生产中,膜分离技术可用于酒液澄清、酒精浓缩和去除杂质等。
通过微滤膜、超滤膜或逆渗透膜,可以去除酒液中的悬浊物、酵母菌和杂质,实现酒液的澄清和浓缩。
5. 酱油生产:膜分离技术可以用于酱油的制备过程中,去除发酵液中的悬浊物、脂肪和杂质,提高酱油的质量。
通过微滤膜或超滤膜,可以去除酱油中的悬浊物、脂肪和杂质,使酱油更加清澈纯正。
6. 植物蛋白提取:膜分离技术可用于植物蛋白的提取和分离。
通过超滤膜或逆渗透膜,可以去除植物浆液中的杂质和无机盐,得到纯净的植物蛋白。
7. 蛋白质浓缩:膜分离技术可用于蛋白质的浓缩,去除蛋白质溶液中的水分和杂质。
通过超滤膜或逆渗透膜,可以去除蛋白质溶液中的水分和无机盐,得到浓缩的蛋白质。
8. 食品添加剂提取:膜分离技术可用于食品添加剂的提取和分离。
通过逆渗透膜或超滤膜,可以去除食品添加剂溶液中的水分和杂质,得到纯净的食品添加剂。
9. 食品废水处理:膜分离技术可用于食品加工废水的处理和回用。
通过纳滤膜或逆渗透膜,可以去除废水中的有机物、微生物和杂质,得到符合排放标准的水。
10. 食品精制:膜分离技术可用于食品的精制过程,去除其中的杂质、色素和异味物质。
纳滤膜的技术及应用介绍

纳滤膜的孔径较小容易堵塞需要定期清洗和维护 纳滤膜的过滤精度有限无法完全去除水中的杂质和污染物 纳滤膜的制造成本较高限制了其在某些领域的应用 纳滤膜的耐化学腐蚀性较差不适用于某些化学物质的过滤
纳滤膜技术的发展趋势:随着科技的进步纳滤膜技术将更加高效、节能、环保应用领域将 更加广泛。
未来展望:纳滤膜技术将在水处理、食品加工、医药、化工等领域发挥重要作用成为重 要的环保技术之一。
药等领域
技术特点:纳滤 膜具有耐高温、 耐酸碱、抗污染 等优点使用寿命 长易于维护和更
换
添加项标题
纳滤膜的分离效果:纳滤膜可以分离出分子量在1000-10000D 之间的物质如蛋白质、多糖等
添加项标题
影响纳滤膜分离效果的因素:纳滤膜的孔径、膜的厚度、膜的 材质、膜的表面性质、膜的渗透压等
添加项标题
纳滤膜在工业废水处理中的应用:纳滤 膜可以用于处理含有重金属、有机物、 无机盐等污染物的工业废水实现废水的 净化和回用。
纳滤膜在工业废水处理中的挑战:纳滤 膜在工业废水处理中可能会受到污染物 的污染和堵塞需要定期清洗和维护。
纳滤膜在食品工 业中的应用:如 牛奶、果汁、饮 料等物料的浓缩 和提纯
纳滤膜在制药工 业中的应用:如 药物、疫苗等物 料的浓缩和提纯
水质量
纳滤膜技术可 以降低饮用水 处理成本提高
处理效率
纳滤膜技术在 饮用水处理中 具有广泛的应 用前景如家庭 净水器、公共
供水系统等
纳滤膜技术简介:纳滤膜是一种具有选择 性分离功能的膜可以分离不同分子量的物 质。
纳滤膜在工业废水处理中的优势:纳滤 膜具有较高的分离效率和稳定性可以降 低废水处理成本提高废水处理效果。
纳滤膜技术简介:纳滤膜是一种具有选择性分离功能的膜可以分离不同分子量的物质。
纳滤膜的工作原理及特点

纳滤膜的工作原理及特点引言概述:纳滤膜作为一种重要的膜分离技术,在水处理、食品加工、制药等领域得到广泛应用。
本文将详细介绍纳滤膜的工作原理及其特点。
一、纳滤膜的工作原理1.1 孔隙截留机制纳滤膜的工作原理基于孔隙截留机制。
纳滤膜由一系列微孔组成,这些微孔的直径通常在1-100纳米之间。
当水或溶液通过纳滤膜时,溶质分子或颗粒会被截留在纳滤膜的孔隙中,而水分子则可以通过纳滤膜的微孔,从而实现溶质的分离。
1.2 分子作用力筛选机制纳滤膜的工作原理还涉及分子作用力筛选机制。
纳滤膜的孔隙大小与溶质分子的大小有关,通常情况下,只有小分子才能通过纳滤膜的微孔,而大分子则被截留在膜表面。
这是因为溶质分子与纳滤膜表面之间会发生分子作用力,大分子受到较大的分子作用力,难以通过纳滤膜的微孔。
1.3 压力驱动机制纳滤膜的工作原理还涉及压力驱动机制。
在纳滤过程中,外加压力会施加在溶液上,使溶液通过纳滤膜的微孔。
这种压力驱动机制可以提高纳滤膜的分离效率,并加快溶液的流速。
二、纳滤膜的特点2.1 高分离效率纳滤膜具有较高的分离效率,可以有效去除溶液中的微粒、胶体、有机物等。
由于纳滤膜的孔隙很小,可以实现对溶质的高效截留,从而实现高效分离。
2.2 可调控的孔隙大小纳滤膜的孔隙大小可以通过控制制备工艺来调节。
通过调节制备条件,可以获得不同孔隙大小的纳滤膜,从而实现对不同分子大小的溶质的分离。
2.3 低能耗纳滤膜的工作过程中,通常只需要施加较低的压力,就可以实现溶质的分离。
相比传统的分离方法,纳滤膜具有较低的能耗,可以降低生产成本。
三、纳滤膜的应用领域3.1 水处理纳滤膜在水处理领域得到广泛应用。
它可以去除水中的悬浮物、胶体、细菌等,提高水质,满足饮用水、工业用水等不同需求。
3.2 食品加工在食品加工中,纳滤膜可以用于浓缩果汁、分离蛋白质、去除微生物等。
它可以提高食品的品质和安全性。
3.3 制药纳滤膜在制药领域的应用也很广泛。
它可以用于分离和纯化药物、去除微生物等,提高药品的纯度和质量。
纳滤膜和反渗透膜孔径

纳滤膜和反渗透膜孔径纳滤膜和反渗透膜是两种常用的膜分离技术,它们在水处理、生物医药、食品加工等领域被广泛应用。
本文将从孔径、工作原理和应用领域等方面介绍纳滤膜和反渗透膜的特点和应用。
一、纳滤膜孔径纳滤膜是一种具有特定孔径的薄膜,能够根据溶质的分子大小和电荷选择性地分离溶液中的物质。
纳滤膜的孔径通常在1纳米到100纳米之间,可以将溶液中的大分子、胶体和悬浮物截留在膜外,而让水和小分子通过。
纳滤膜的孔径大小对其分离性能有重要影响。
孔径越小,纳滤膜的截留能力越强,可以截留更小的溶质。
常见的纳滤膜孔径有超滤膜(孔径范围为1-100纳米)和微滤膜(孔径范围为0.1-10微米)等。
二、反渗透膜孔径反渗透膜是一种通过压力驱动使溶质逆向渗透的薄膜,其孔径通常在0.1纳米到1纳米之间。
反渗透膜具有高选择性,可以有效去除水中的溶解性离子、有机物、微生物等。
反渗透膜的孔径比纳滤膜更小,因此其分离效果更好。
在反渗透过程中,水分子可以通过膜孔径,而溶质则被截留在膜外。
这使得反渗透膜在海水淡化、饮用水处理、工业废水处理等方面具有广泛应用。
三、纳滤膜和反渗透膜的工作原理纳滤膜的分离机制主要包括筛分、拦截和吸附三种方式。
当液体通过纳滤膜时,溶质分子受到膜孔径的限制,分子尺寸较大的物质被截留在膜外,分子尺寸较小的物质则通过膜孔径进入滤液。
反渗透膜的分离机制主要是通过半透膜的渗透作用实现的。
当给予反渗透膜一定的压力时,溶液中的水分子会逆向通过膜孔径流向低浓度的一侧,而溶质则被截留在膜外,从而实现对溶质的分离。
四、纳滤膜和反渗透膜的应用领域纳滤膜和反渗透膜在水处理领域具有广泛的应用。
纳滤膜可以用于海水淡化、饮用水处理、工业废水处理等。
例如,海水淡化中使用反渗透膜可以将海水中的盐分和杂质去除,得到高纯净的淡水。
饮用水处理中的纳滤膜可以去除水中的微生物、胶体等有害物质。
工业废水处理中的纳滤膜可以回收和净化水资源。
纳滤膜和反渗透膜还在生物医药、食品加工等领域得到了广泛应用。
2024年纳滤膜市场分析现状

2024年纳滤膜市场分析现状引言纳滤膜是一种重要的膜分离技术,在液体处理、水处理、食品饮料等领域有着广泛的应用。
本文旨在分析纳滤膜市场的现状,包括市场规模、市场趋势、主要应用领域等,以便为相关企业及投资者提供参考。
市场规模纳滤膜市场在过去几年呈现稳步增长的趋势,预计未来几年仍将保持较高的增长率。
根据市场分析数据,纳滤膜市场规模在2019年达到X亿美元,预计到2025年将达到X亿美元,年平均增长率为X%。
市场规模的快速增长主要得益于纳滤膜在水处理和生物医药领域的广泛应用。
市场趋势技术创新推动市场发展纳滤膜技术的不断创新推动了市场的发展。
新型纳滤膜材料的研发,如陶瓷纳滤膜、有机纳滤膜等,使纳滤膜在各个应用领域具有更广泛的适用性。
此外,纳滤膜设备的智能化和自动化程度的提高也带动了市场的增长。
水处理领域是主要应用领域水处理领域是纳滤膜的主要应用领域之一。
纳滤膜可以有效地去除水中的微生物、颗粒物和溶解性物质,被广泛应用于饮用水、工业用水等领域。
近年来,随着环境污染和水资源紧张问题的日益严重,纳滤膜在水处理领域的需求不断增加。
生物医药领域有潜力生物医药领域也是纳滤膜的重要应用领域之一。
纳滤膜可以用于生物医药领域中的细胞培养、分离纯化等过程,具有高效、可控、可重复利用等优势。
随着生物医药产业的迅速发展,纳滤膜在该领域的应用潜力将进一步释放。
市场竞争格局纳滤膜市场竞争格局较为激烈,主要厂商包括陶氏化学公司、基督教汉高公司、索莱思公司等。
这些厂商凭借着技术优势、产品品质和客户服务能力等方面的优势占据着市场的一定份额。
此外,新兴的纳滤膜企业也在市场中崭露头角,增加了市场的竞争度。
市场挑战与机遇市场挑战纳滤膜市场面临着一些挑战。
首先,纳滤膜的制造成本相对较高,限制了其在某些应用领域的推广应用。
其次,纳滤膜的污染与阻塞问题也是市场发展的不利因素。
此外,市场竞争激烈,企业需要不断提高产品品质和服务水平,以保持竞争力。
市场机遇纳滤膜市场也面临着一些机遇。
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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,其独特的性能决定了它有替代某些传统分离方法的趋势,应用前景广阔。
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,目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年代末问世的一种新型分离膜,其截留分子量介于反渗透膜和超滤膜之间,约为200-2000。
该膜存在着纳米级细孔,截留率大于95%的最小分子的直径约为1nm,所以近年来被命名为纳滤。
目前国外生产的纳滤膜已经商品化,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体阻碍模型等来描述。
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(the SpaceCharge Model)和固定电荷模型(the Fixed-Charge Model)。
空间电荷模型[1]最早由Osterle 等提出,该模型的基本方程由Poisson-Boltzmann 方程、Nernst- P1anck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[2]最早由Teorell、Meyer和Sievers提出,因而通常又被人们称为Teorell-Meyer- Sievers(TMS)模型。
固定电荷模型假设膜为一个凝胶相,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。
1.2 细孔模型道南-立体细孔模型[3](Donnan- steric Pore Model)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,假定膜是由均相同质,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[4]建立了静电排斥和立体阻碍模型(theE1ectrostatic and Steric- hindrance Mode1) 又可简称为静电位阻模型。
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Δx。
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(中性分子、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显高于单价离子。
对阴离子的截留率按下列顺序递增:NO3-,Cl-,OH-,SO42-,CO32-; 对阳离子的截留率按下列顺序递增:H+,Na+,K+,Mg2+,Ca2+,Cu2+。
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1.0 MPa,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中的多个步骤,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Ca2+、Mg2+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,另外其耐压性也比较强。
3纳滤膜的制备方法[5-8]3.1液-固相转化法使均相制膜液中的溶剂蒸发,或在制膜液中加入非溶剂,或使制膜液中的高分子热凝固,都可使制膜液由液相转为固相。
3.2转化法可调节制膜工艺,通过将膜表层疏松化或将膜表层致密化来制备纳滤膜。
3.3共混法将2种或2种以上高聚物进行液相共混,在相转化成膜时调节铸膜液中各组分的相容性差异,利用组分之间的协同效应制成具有纳米级表层孔径的合金纳滤膜。
3.4荷电化法荷电化法是制备纳滤膜的重要方法,通过荷电化不仅可以提高膜的耐压密性、耐酸碱性及抗污染性,而且可以调节膜表面的疏松程度同时利用道南效应分离不同价态的离子,提高膜的选择性及膜通量,采用荷电化法制纳滤膜的方法主要有:(1)荷电材料通过液-固相转化法直接成膜(2)含浸法(3)表面化学改性法(4)界面或就地聚合法。
其中较有效的是含浸法,该方法就是将基膜浸入含有荷电材料的溶液中,用光辐射等使其交联成膜。
3.5复合法复合法是目前使用最多,而且较有效的制备纳滤膜的方法,也是生产商品化纳滤膜品种最多、产量最大的方法。
包括微孔基膜的制备及超薄表层的制备及复合。
3.5.1基膜的制备一般用液-固相转化法,由单一高聚物形成如聚砜超滤膜;也可由2种或2种以上的高聚物经液相共混形成合金基膜。
3.5.2超薄表层的制备及复合目前,超薄表层的制备方法主要有涂敷法、浸渍法、界面聚合法、化学蒸汽沉积法、动力形成法、等离子体聚合法、水力铸膜法、旋转法等。
其中主要的方法:(1)涂敷法。
涂敷法就是将多孔基膜的上表面浸入到聚合物的稀溶液中,然后将基膜从溶液中取出阴干或将铸膜液直接刮涂到基膜上,再借外力将铸膜液轻轻压入基膜的微孔中,然后用相转化法成膜。
该方法的关键是选择和基膜相匹配的复合液,并调节工艺条件以形成纳米级孔径;(2)界面缩聚和界面缩合法。
界面聚合法是目前世界上最有效的制备纳滤膜的方法,也是工业化纳滤膜品种最多、产量最大的方法。
该方法利用P.W.Morgan的相界面聚合原理为基础,使反应物在互不相溶的两相界面处发生聚合成膜。
一般的方法是用微孔基膜吸取溶有一类单体的水相,排除过量的单体溶液,再浸入某种疏水单体的有机溶液中进行液-液界面缩聚反应。
为了提高膜性能一般还需水解荷电化、离子辐射或热处理等后处理过程以形成致密的超薄层。
该法的关键是基膜的选取和制备,以及调控两类反应物在两相中的分配系数和扩散速率,从而使膜表面的疏松程度合理化并尽量薄。
4.纳滤膜技术应用于食品工业的特点膜分离技术作为新兴的化工分离技术,在食品和饮料工业中受到高度重视,其主要特点有以下几个方面:在常温下进行,营养成分损失极少,特别适合于热敏性物质如果汁、酶等的分离、分级浓缩与富集;不发生相变化,挥发性成分如芳香物质损失较少,可保持原有的芳香,与有相变化的分离法和其他分离法相比能耗较低;分离水分时,其费用约为蒸发浓缩或冷冻浓缩的1/2~1/5;在密闭系统中进行,被分离食品无色素分解和褐变反应;不用化学试剂和添加剂,产品不会受到污染;选择性好,可在分子级内进行物质分离,具有普通滤材无法取代的卓越性能;适应性强,使用范围广,可用于分离、浓缩、纯化、澄清等工艺;处理规模可大可小,可以连续进行也可以间歇进行,膜组件可单独使用也可联合使用,工艺简单,操作简便,易于实现自动化操作。
5.纳滤膜技术在食品工业中的应用5.1低聚糖的分离和精制[9]低聚糖是两个以上单糖组成的碳水化合物, 分子量数百至几千, 主要应用于食品工业, 可改善人体内的微生态环境, 提高人体免疫功能, 降低血脂, 抗衰老、抗癌, 具有很好的保健功能, 因而得到越来越广泛的应用。
低聚糖与蔗糖的分子量相差很小, 分离很困难, 通常采用高效液相色谱法分离。
但此法不仅处理量小, 耗资大, 并且需要大量的水稀释, 因而后面浓缩需要的能耗也很高。
采用纳滤膜技术来处理可以达到高效液相分离法同样的效果, 甚至在很高的浓度区域实现三糖以上的低聚糖同葡萄糖、蔗糖的分离和精制, 而且大大降低了操作成本。
Matsubara 等[10]从大豆废水中提取低聚糖, 用超滤分离有效去除残留蛋白后, 反渗透除盐, 纳滤精制分离低聚糖。
采用分批操作, 可将废液浓度从10%浓缩到22%。
经过纳滤, 浓缩液中的总糖含量达82.7%, 再经活性炭脱色、离子交换脱盐及真空浓缩, 即可得透明状大豆低聚糖浆。
5.2氨基酸和多肽的分离利用纳滤膜的荷电性,可以分离氨基酸和多肽。
因为离子与荷电膜之间存在Donnan 效应,即相同电荷排斥而相反电荷吸引的作用[11]。
氨基酸和多肽带有离子官能团如羧基或氨基,在等电点时是中性的,当高于或低于等电点时带正电荷或负电荷。
由于一些纳滤膜带有静电官能团,基于静电相互作用,对离子有一定的截留率,可用于分离氨基酸和多肽。
纳滤膜对于处于等电点状态的氨基酸和多肽等溶质的截留率几乎为零,因为溶质是电中性的,并且其大小比所用的膜孔径要小。
而对于非等电点状态的氨基酸和多肽等溶质表现出较高的截留率,因为溶质离子与膜之间产生静电排斥,也即由于Donnan 效应而被截留。
因此,调节溶液的pH值,利用纳滤膜,可以截留离子而不截留电中性分子的特征分离氨基酸和多肽。
氨基酸和多肽的分离在食品工业中具有重要意义,如大豆蛋白质酶水解物的制备,水解过程中常产生苦味肽和带苦味的氨基酸,利用纳滤膜技术有望分离出这些苦味物质,这将为大豆蛋白水解物的应用开辟出一片新天地。
5.3果汁的浓缩果汁的浓缩传统上是用蒸馏法或冷冻法浓缩, 不仅能耗大, 且导致果汁风味和芳香成分的散失。
Nabetani[12]用反渗透膜和纳滤膜串联起来进行果汁浓缩, 以获得更高浓度的浓缩果汁。
应用这种技术进行各种果汁浓缩, 可以保证果汁的色、香、味不变, 也可节省大量能源, 提高经济效益。