第三节 膜分离技术知识 现代食品加工概论课件.ppt

第三节 膜分离技术; 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。;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。;膜分离过程可概述为以下三种形式： ①过滤式膜分离 利用组分的大小和性质及所表现出透过膜的速率差别，达到组分的分离。属于过滤式膜分离的有超滤、微滤、反渗透等； ②渗析式膜分离 料液中的某些溶质或离子在浓度差、电位差的推动下，透过膜进入接受液中，从而被分离出去。属于渗析式膜分离的有透析和电渗析等； ③ 液膜分离 液膜与料液和接受液互不混溶，液液两相通过液膜实现渗透，类似于萃取和反萃取的组合。溶质从料液进入液膜相当于萃取，溶质再从液膜进入接受液相当于反萃取。 ;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。;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。;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。 ; 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。; 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。;1.3 膜材料;膜材料种类;种类; 目前，实用的有机高分子膜材料有：纤维素酯 类、聚砜类、聚酰胺类及其他材料。从品种来说， 已有成百种以上的膜被制备出来，其中约40多种已 被用于工业和实验室中。以日本为例，纤维素酯类 膜占53％，聚砜膜占33.3％，聚酰胺膜占11.7％，其 他材料的膜占2％，可见纤维素酯类材料在膜材料中 占主要地位。;1. 纤维素酯类膜材料 纤维素是由几千个椅式构型的葡萄糖基通过1, 4—β—甙链连接起来的天然线性高分子化合物， 其结构式为：; 从结构上看，每个葡萄糖单元上有三个羟基。 在催化剂（如硫酸、高氯酸或氧化锌）存在下，能 与冰醋酸、醋酸酐进行酯化反应，得到二醋酸纤维 素或三醋酸纤维素。 C6H7O2 + (CH3CO)2O ＝ C6H7O2(OCOCH3)2 + H2O C6H7O2 + 3(CH3CO)2O ＝ C6H7O2(OCOCH3)3 + 2 CH2COOH; 醋酸纤维素是当今最重要的膜材料之一。 醋酸纤维素性能稳定，但在高温和酸、碱存在下易发生水解。 醋酸纤维素类材料易受微生物侵蚀，pH值适应范围较窄，不耐高温和某些有机溶剂或无机溶剂。因此发展了非纤维素酯类（合成高分子类）膜。;19;醋酸纤维素膜的结构示意图;2. 非纤维素酯类膜材料 常见的有聚砜、聚酰胺、芳香杂环聚合物