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膜技术的原理分析及分类介绍


文章出处:超滤膜产品作者:北京超滤膜公司发表时间:2013-04-08 15:04:30

  膜技术是用天然或人工合成的高分子薄膜,以外界能量或化学位差为推动力,对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法。膜分离是一种分子级分离,主要的膜系统按膜孔的紧密程度由密到疏分为:反渗透(RO),纳米过滤(NF),超滤(UF),微滤(MF)。膜分离技术最突出的特点是高效节能,它可在常温下实现对各组分的分离、提纯、浓缩,因此尤其适合在食品加工业中应用。

  1.微滤(Micro Filtration,MF)

  微滤以静压差为推动力,利用膜的“筛分”作用进行分离的膜技术。微滤膜具有比较整齐、均匀的多孔结构,在静压差的作用下,小于膜孔的粒子通过滤膜,比膜孔大的粒子则被阻拦在滤膜表面,从而实现不同组分的分离。微滤膜是均匀的多孔薄膜,厚度在90~150μm左右,过滤粒径0.025~10μm之间,操作压力在0.01~0.2MPa之间。

  其分离原理有以下几种:(1)机械截留作用:膜截留了比它孔径大或相当的粒子;(2)物理作用:吸附和电性能;(3)架桥作用:微粒因为架桥作用被截留;(4)膜的内部截留作用:微粒截留在膜的内部。

  在食品工业中,MF广泛代替离心用于分离,代替热处理用于杀菌。主要是除去悬浮固体颗粒、脂肪、大分子蛋白质[6]。

  2.超滤(Ultra Filtration,UF)

  超滤RO膜在一定压力下,含有小分子物质两类溶质的溶液流过被支撑的膜表面时,溶剂和小分子溶质透过膜,大分子被截留作为浓缩液被回收。超滤膜的过滤粒径为5~10nm之间,操作压力在0.1~0.25MPa之间。

  3.反渗透(Reverse Osmosis,RO)

  反渗透,又称高滤,是渗透的逆过程,通过在待分离液一侧加上比渗透压高的压力,使原溶液中的溶剂压到半透膜的另一边。反渗透膜的过滤粒径为0.2~1.0nm之间,操作压力在1~10MPa之间。

  其分离原理有以下几种:(1)毛细管流机理:针对醋酸纤维素膜提出,水进入醋酸纤维素膜的非结晶部分后,由于和羧基的氧原子发生氢键作用而构成结合水,孔径越小,结合越牢。结合水把孔占满,不与醋酸纤维素膜氢键结合的溶质就不能扩散通过,能与膜结合的离子和分子就通过了膜;(2)溶解?蛳 扩散模型:把半透膜看作完全致密的中性界面,水和溶质被吸附到膜表面,然后在膜中扩散通过;(3)孔隙开闭原理:聚合物在压力下,改变无序的布朗运动,产生振动,使聚合物链之间的距离减小,使离子难以通过,从而与水分离。

  4.纳滤(Nanofiltration,NF)

  纳滤是在反渗透基础上发展的膜分离技术。纳滤膜的截留粒径为0.1~1nm,操作压力0.5~1MPa,截留分子量为200~1000,所以对水中的分子量为数百的有机小分子成分具有分离性能,能浓缩二价盐、细菌、蛋白质等大于1000道尔顿的物质,它填补了反渗透和超滤之间的空白[1]。

  5.透析(Dialysis,D)

  透析,在浓度差的推动下,借助膜的扩散,分离不同的溶质。

  6. 电渗析(Electro Dialysis,ED)

  电透析,在直流电场作用下,以电位差为推动力,利用离子交换膜的透过性,把电解质从溶液中分离出来,实现溶液的淡化、浓缩和纯化。



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