一、微濾超濾納濾反滲透等膜分離技術(shù)發(fā)展史

微濾超濾納濾反滲透等膜分離是在20世紀(jì)初出現(xiàn)，20世紀(jì)60年代后迅速崛起的一門分離新技術(shù)。膜分離技術(shù)由于兼有分離、濃縮、純化和精制的功能，又有高效、節(jié)能、環(huán)保、分子***過濾及過濾過程簡(jiǎn)單、易于控制等***征，因此，目前已廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、生物、環(huán)保、化工、冶金、能源、石油、水處理、電子、仿生等***域，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，已成為當(dāng)今分離科學(xué)中***重要的手段之一。

膜可以是固相、液相、甚至是氣相的。用各種天然或人工材料制造出來的膜品種繁多，在物理、化學(xué)、生物性質(zhì)上呈現(xiàn)出各種各樣的***性。一直以來，膜的概念都沒有明確的定義，從事不同***域研究的專家們對(duì)于膜的定義理解并不完全相同，不過表達(dá)的基本意思是一樣的。1984年，Lakshminarayanaiah把膜廣義地定義為“起柵欄作用，阻止塊體移動(dòng)而允許一個(gè)或幾個(gè)物類有序通過的相”。膜從廣義上可定義為兩相之間的一個(gè)不連續(xù)區(qū)間。這個(gè)區(qū)間的三維量度中的一度和其余兩度相比要小的多。

大多數(shù)人會(huì)認(rèn)為，膜離我們的生活非常遙遠(yuǎn)。其實(shí)不然，膜分離技術(shù)非常貼近我們的日常生活。如水、果汁、牛奶、保健品、中藥、茶食品、飲料、調(diào)味品等我們隨時(shí)可能接觸到的，都會(huì)用到膜分離技術(shù)。

隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，膜分離技術(shù)的應(yīng)用***域不但會(huì)越來越廣泛，而且其會(huì)被越來越多的人認(rèn)識(shí)和接受。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，目前，全世界膜技術(shù)年產(chǎn)值已突破300億美元，并且正以年均30%的速度高速增長。而中國膜工業(yè)協(xié)會(huì)根據(jù)近幾年膜工業(yè)發(fā)展速度和經(jīng)濟(jì)建設(shè)需求分析預(yù)測(cè)，2005年，我國膜市場(chǎng)需求將達(dá)50億元人民幣以上，2015年，膜市場(chǎng)需求可望超過200億元人民幣，將占到世界總量的10%至15%，而且每年還在以10%~20%的幅度遞增，顯示出這一新興產(chǎn)業(yè)的廣闊前景。

二、微濾超濾納濾反滲透等膜分離原理

膜分離過程是以選擇性透過膜為分離介質(zhì)，當(dāng)膜兩側(cè)存在某種推動(dòng)力(如壓力差、濃度差、電位差、溫度差等)時(shí)，原料側(cè)組分選擇性地透過膜，以達(dá)到分離、提純的目的。不同的膜過程使用不同的膜，推動(dòng)力也不同。目前已經(jīng)工業(yè)化應(yīng)用的膜分離過程有微濾(MF)、超濾(UF)、反滲透(RO)、滲析(D)、電滲析(ED)、氣體分離(GS)、滲透汽化(PV)、乳化液膜(ELM)等。

三、微濾超濾納濾反滲透等分離技術(shù)

反滲透、超濾、微濾、電滲析這四大過程在技術(shù)上已經(jīng)相當(dāng)成熟，已有大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用，形成了相當(dāng)規(guī)模的產(chǎn)業(yè)，有許多商品化的產(chǎn)品可供不同用途使用。這里主要以反滲透膜和超濾膜為代表介紹一下。

3.1反滲透膜(RO)

反滲透膜使用的材料，***初是醋酸纖維素(CA)，1966年開發(fā)出聚酰胺膜，后來又開發(fā)出各種各樣的合成復(fù)合膜。CA膜耐氯性強(qiáng)，但抗菌性較差。合成復(fù)合膜具有較高的透水性和有機(jī)物截留性能，但對(duì)次氯酸等酸性物質(zhì)抗性較弱。這兩種材料耐熱性較差，***高溫度約是60℃左右，這使其在食品加工***域的應(yīng)用中受到限制。

3.2超濾膜(UF)

超濾膜***初也是使用CA做材料，后來各種合成高分子材料得以廣泛應(yīng)用。其材料多種多樣，共同***點(diǎn)是具有耐熱、耐酸堿、耐生物腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。

目前使用***多的UF膜材料是聚芳砜和異丙基聚芳砜。這兩種材料的***大優(yōu)點(diǎn)是耐熱性非常強(qiáng)。聚芳砜的機(jī)械性能好，有優(yōu)良的耐氧化性能，通常使用時(shí)耐熱溫度可達(dá)8O℃，熱殺菌時(shí)耐熱溫度可達(dá)90℃，異丙基聚芳砜耐氧化性能更好，較高溫度下能夠保持良好的機(jī)械性能，耐熱溫度可達(dá)90℃，熱殺菌時(shí)可達(dá)98℃。進(jìn)行熱殺菌時(shí)，高溫水急速通過膜裝置，因膜裝置材料的熱膨脹系數(shù)不同，有時(shí)膜會(huì)發(fā)生泄漏。現(xiàn)在，通過對(duì)環(huán)氧系粘合劑的組成、硬化條件的研究，已能夠制造耐50℃溫差的急速加熱冷卻的膜裝置。

四、分離膜的優(yōu)缺點(diǎn)

分離膜共同的優(yōu)點(diǎn)是：

①節(jié)約能源；

②在常溫下進(jìn)行，***別適用于熱敏性物質(zhì)的處理，能夠防止食品質(zhì)量的惡化和營養(yǎng)成分及香味物質(zhì)的損失；

③食品的色澤變化小，能保持食品的自然狀態(tài)；

④設(shè)備體積小且構(gòu)造簡(jiǎn)單，費(fèi)用較低，效率較高；

⑤適用范圍廣，有機(jī)物和無機(jī)物都可濃縮，可用于分離、濃縮、純化、澄清等工藝。

分離膜的缺點(diǎn)是：

①產(chǎn)品被濃縮的程度有限；

②有時(shí)其適用范圍受到限制，因加工溫度、食品成分、pH、膜的耐藥性、膜的耐溶劑性等的不同，有時(shí)不能使用分離膜；

③規(guī)模經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢(shì)較低，一般需與其它工藝相結(jié)合。

膜分離技術(shù)在食品工業(yè)中還廣泛用于制取純凈水和生產(chǎn)廢水的處理。如近年來絕大多數(shù)礦泉水生產(chǎn)廠家均采用超濾或微濾技術(shù)除菌、除膠體、除絮凝物質(zhì)和顆粒等。廣東太陽神集團(tuán)、海南杏仁露飲料公司、天津武清飲料廠、及各啤酒廠等都應(yīng)用反滲透或電滲析制備純水配兌飲料，大大改善了產(chǎn)品質(zhì)量。I.K1oyuncu等人分別采用低壓納濾及二***反滲透系統(tǒng)對(duì)牛奶工業(yè)廢水進(jìn)行處理。納濾的COD去除率達(dá)98%，電導(dǎo)率可削減98%以上，Cr、Pb、Ni、Cd等有毒重金屬離子的去除率均達(dá)***；而二***反滲透系統(tǒng)對(duì)COD、電導(dǎo)率和懸浮固體的去除率均在99%以上，成功實(shí)現(xiàn)了廢水的再生與回用。另外膜技術(shù)在原料液中除氣、棄液中產(chǎn)品回收方面均有應(yīng)用價(jià)值。

五、膜分離技術(shù)的前景

綜上所述，膜分離技術(shù)在食品加工***域中的應(yīng)用日益廣泛，利用膜技術(shù)生產(chǎn)的食品有其明顯的優(yōu)勢(shì)。但需要改進(jìn)的地方還很多，其中***主要的是膜性能和膜裝置的改進(jìn)。膜性能的改善包括以下四個(gè)方面：

①開發(fā)透過率高、選擇性強(qiáng)的膜；

②開發(fā)不易發(fā)生污染的膜；

③開發(fā)用簡(jiǎn)單的清洗方法即可清除污染的膜和膜裝置以及具有全自動(dòng)反沖洗裝置的膜分離系統(tǒng)；

④開發(fā)用簡(jiǎn)單的熱蒸汽殺菌即可殺菌的膜和膜裝置；

⑤膜清洗和保護(hù)技術(shù)；

⑥開發(fā)新的超薄膜，甚至是單分子膜，以實(shí)現(xiàn)低壓下的高透過率。新型的膜分離技術(shù)目前大部分處于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模，各國對(duì)膜技術(shù)的研究和開發(fā)投入了大量的人力物力，研究開發(fā)所用經(jīng)費(fèi)高達(dá)產(chǎn)值的6%～9%，1990年全世界制膜工業(yè)銷售總額已達(dá)到40億美元。膜技術(shù)是當(dāng)代國際上公認(rèn)的***具有經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的高新技術(shù)之一，雖然分離膜存在一些缺點(diǎn)，但其優(yōu)勢(shì)非常明顯。為了提高產(chǎn)品附加值及開發(fā)新產(chǎn)品而采用膜分離技術(shù)是食品加工的發(fā)展方向之一，膜分離技術(shù)現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用，因此也引起工業(yè)生產(chǎn)的重大革新。