《现代食品加工概论》第1章第3节膜分离技术.pptxVIP

第3节膜分离技术

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1.1基本概念§1膜技术概述

1.膜(Membrane)

所谓的膜，是指在一种流体相内或是在两种流体

相之间有一层薄的凝聚相，它把流体相分隔为互不相通的两部分，并能使这两部分之间产生传质作用。

膜的特性：

◆两个界面分别与两侧的流体相接触

膜传质有选择性，它可以使流体相中的一种或几种物质透过，而不允许其它物质透过。

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选择性透膜

2.膜分离技术(膜技术):

以天然或人工合成的选择性薄膜为分离介质，以外界能量或化学位差(如浓度差、压力差或电位差等)为推动力，对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离(分级、提纯、富集浓缩)的技术。是一种分子水平

的分离技术。3

膜分离技术的特点：

①成本低、能耗少、效率高、无污染并可回收有用物质，

特别适合于性质相似组分、同分异构体组分、热敏性组分、生物物质组分等混合物的分离，在某些应用中能代替蒸馏、萃取、蒸发、吸附等单元操作。并且膜技术还可以和常规的分离方法结合起来使用，使技术投资更为经济。

②膜分离过程(除渗透蒸发膜外)没有相的变化，常温下即可操作；由于避免了高温操作，所浓缩和富集物质的性质不容易发生变化，因此在食品、医药等行业使用具有独特的优点。

③膜分离装置简单、操作容易，对无机物、有机物及生物制品均可适用，并且不产生二次污染。

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1.2膜分离技术发展简史

高分子膜的分离功能很早就已发现。1748年，耐克特(A.Nelkt)发现水能自动地扩散到装有酒精的猪膀胱内，开创了膜渗透的研究。

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1861年，施密特(A.Schmidt)首先提出了超过

滤的概念。他提出，用比滤纸孔径更小的棉胶膜或赛璐酚膜过滤时，若在溶液侧施加压力，使膜的两侧产生压力差，即可分离溶液中的细菌、蛋白质、胶体等微小粒子，其精度比滤纸高得多。这种过滤可称为超过滤。按现代观点看，这种过滤应称为微孔过滤。

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然而，真正意义上的分离膜出现在20世纪60年代。

1961年，米切利斯(A.S.Michealis)等人用各种比例的酸性和碱性的高分子电介质混合物以水—丙酮—溴化钠为溶剂，制成了可截留不同分子量的膜，这种膜是真正的超过滤膜。美国Amicon公司首先将这种膜商品化。

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50年代初，为从海水或苦咸水中获取淡水，开始

了反渗透膜的研究。

1967年，DuPont公司研制成功了以尼龙为主要组分的中空纤维反渗透膜组件。同一时期，丹麦

DDS公司研制成功平板式反渗透膜组件。反渗透膜开始工业化。

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自上世纪60年代中期以来，膜分离技术真正实

现了工业化。首先出现的分离膜是超过滤膜(简称

UF膜)、微孔过滤膜(简称MF膜)和反渗透膜

(简称RO膜)。以后又开发了许多其它类型的分离膜。

在此期间，除上述三大膜外，其他类型的膜也获得很大的发展。80年代气体分离膜的研制成功，

使功能膜的地位又得到了进—步提高。

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具有分离选择性的人造液膜是马丁(Martin)在

60年代初研究反渗透时发现的，这种液膜是覆盖在固体膜之上的，为支撑液膜。

60年代中期，美籍华人黎念之博士发现含有表面活性剂的水和油能形成界面膜，从而发明了不带有固体膜支撑的新型液膜，并于1968年获得纯粹液膜的第一项专利。

70年代初，卡斯勒(Cussler)又研制成功含流动载体的液膜，使液膜分离技术具有更高的选择性。11

1.3膜材料

用作分离膜的材料包括广泛的天然材料和人工合成的有机高分子材料和无机材料。

原则上讲，凡能成膜的高分子有机材料和无机材料均可用于制备分离膜。

但实际上，真正成为工业化膜的膜材料并不多。这主要决定于膜的一些特定要求，如分离效率、分离速度等。此外，也取决于膜的制备技术。

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纤维素衍生物类

聚砜类

聚酰胺类

聚酰亚胺类

聚酯类

聚烯烃类具体分类

乙烯类聚合物

含硅聚合物

含氟聚合物

甲壳素类

Pd膜及Pd合金膜

致密的”液体充实固体化“动态原位形成的致密膜

多孔金属膜，多孔不锈钢膜

多孔Ni膜，多孔Ag膜，多孔Pd膜，多孔Ti膜

多孔陶瓷膜，包括Al₂O₃膜，SiO₂膜，ZrO₂膜，TiO₂膜

氧化锆膜

复合固体氧化膜多孔负载膜

(多孔玻璃膜，分子筛膜，包括碳分子筛)13

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多孔膜

膜材料种类

致密的固体电解质膜

lAg膜及Ag合金膜

高分子

有机膜

致密的金属膜

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种类