李旭珂

摘 要：作為一種能耗低、設(shè)備簡單、操作方便和效率高的分離技術(shù)，膜分離技術(shù)受到廣泛的關(guān)注。本文綜述了膜分離技術(shù)在生產(chǎn)實際上的應(yīng)用發(fā)展，著重介紹了微濾、超濾、納濾和反滲透等膜分離技術(shù)的特點及其應(yīng)用展望。

關(guān)鍵詞：膜分離技術(shù)；微濾；超濾；納濾；反滲透

中圖分類號：TQ028.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170733042

引言

膜分離技術(shù)是利用具有一定選擇透過性的過濾介質(zhì)對物質(zhì)進(jìn)行分離純化的技術(shù)。它被國際上公認(rèn)為20世紀(jì)末—21世紀(jì)中期最有發(fā)展前途的重大生產(chǎn)技術(shù)。隨著物理化學(xué)、生物學(xué)等學(xué)科的深入發(fā)展，各種新型膜材料及制膜技術(shù)得到不斷開拓。現(xiàn)代工業(yè)對節(jié)能、資源再生、環(huán)境污染消除的需求日益加強(qiáng)，各種膜分離技術(shù)在水處理、石油化工、食品、醫(yī)藥、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域得到應(yīng)用。

1 膜分離技術(shù)的實質(zhì)和特點

膜分離技術(shù)的實質(zhì)是根據(jù)混合物的物理、化學(xué)性質(zhì)的不同，使其被具有不同選擇透過性的膜分離開。

膜分離技術(shù)的優(yōu)點：其分離效率高，且大多數(shù)可在較溫和的條件進(jìn)行，操作的溫度和壓強(qiáng)較低，適合生物活性物質(zhì)的分離，可最大限度地保存產(chǎn)品的生物活性；其分離過程能耗小，一般不涉及相變。此外，膜分離過程還有污染小、操作靈活、易實現(xiàn)自動化等優(yōu)點。

當(dāng)然，膜分離技術(shù)也有一定的缺陷和不足。膜易受到污染，從而使膜性能降低甚至喪失濾過能力。膜的耐藥性、耐熱性有限使其使用范圍受到限制，單獨采用膜分離技術(shù)效果有限。

2 膜分離技術(shù)的種類及其特點

微濾：膜孔徑約0.1μm，利用膜的“篩分”作用進(jìn)行分離的壓力驅(qū)動型膜過程，主要用來從氣相和液相物質(zhì)中截留微米及亞微米級的細(xì)小懸浮物、微生物、污染物等達(dá)到凈化、分離和濃縮的目的。在膜兩側(cè)靜壓差的作用下，小于膜孔的粒子能透過膜，大于膜孔的粒子被截留在膜的表面上。

超濾：膜孔徑為1nm～0.05μm，可分離相對分子質(zhì)量大于500的大分子和膠體。以壓力差為推動力，含有大、小分子溶質(zhì)的溶液流過超濾膜表面時，溶劑和小分子物質(zhì)（如無機(jī)鹽類）透過膜，作為透過液被收集起來；而大分子溶質(zhì)（如有機(jī)膠體）則被膜截留作為濃縮液被回收。

納濾：可截留相對分子質(zhì)量為200～2000、膜孔徑為1nm的溶解組分，以壓力差為推動力，大部分為荷電膜，即納濾膜的行為與其電荷性能，以及溶質(zhì)荷電狀態(tài)相互作用都有關(guān)系。

反滲透：膜孔徑為1nm，與其他壓力驅(qū)動的膜過程相比，反滲透是最精細(xì)的過程，又稱“高濾”。可截留0.1～1nm的小分子物質(zhì)。依靠膜兩側(cè)靜壓力為推動力，使溶劑通過反滲透膜而實現(xiàn)對混合物的分離。

3 膜分離技術(shù)的應(yīng)用

3.1 在海水淡化預(yù)處理中的應(yīng)用

海水中含有大量的懸浮物及膠體，其中的鐵鹽和錳鹽易被氧化生成氫氧化物沉淀。將傳統(tǒng)水技術(shù)與膜分離處理方法結(jié)合，去除大部分的懸浮顆粒、膠體和大分子物質(zhì)，再經(jīng)膜分離進(jìn)一步處理后，使出水水質(zhì)優(yōu)于海水淡化處理的進(jìn)水水質(zhì)要求。

磁強(qiáng)化混凝技術(shù)是在普通的混凝工藝中同步加入磁種，使之與海水中的污染物結(jié)合為一體，以加強(qiáng)混凝效果。磁絮凝對氮、磷的去除效果明顯好于常規(guī)絮凝工藝。投加磁種不僅降低混凝劑投加量，還因磁種經(jīng)簡單處理即可重復(fù)使用，可降低工程運輸成本，且對于濁度的去除也明顯提高。

3.2 在純生啤酒生產(chǎn)中的應(yīng)用

純生啤酒是指不經(jīng)過高溫殺菌而保質(zhì)期同樣能達(dá)到熟啤酒的標(biāo)準(zhǔn)的啤酒，與普通啤酒的區(qū)別是風(fēng)味穩(wěn)定性好、營養(yǎng)豐富。純生啤酒的釀造上突出的特點就是無菌過濾——利用硅藻土與不同孔徑的微濾膜相結(jié)合過濾的方式生產(chǎn)純生啤酒，用微濾膜去除酵母和雜菌，因不加熱而使?fàn)I養(yǎng)和風(fēng)味成分得以保持，口味更鮮美。

與一般的硅藻土過濾相比，微濾膜過程不會引入過渡態(tài)金屬離子，且截留了啤酒中的抗老化物質(zhì)多酚，使膜過濾后的遲滯時間延長。這使得啤酒中自由基生成速率升高，在老化后期抗老化水平下降。

3.3 在水產(chǎn)品、畜禽產(chǎn)品加工的應(yīng)用

膜過濾技術(shù)主要用于蛋白質(zhì)酶解物、藻類醇、多糖等的分離純化，提煉和精制生物活性物質(zhì)對水產(chǎn)品、畜禽產(chǎn)品進(jìn)行深加工。

使用截留分子質(zhì)量更小的過濾膜可以有效截留無用或不理想的成分，使產(chǎn)品口味更佳，保藏更節(jié)省成本。有學(xué)者采用截留分子質(zhì)量為30ku的中空纖維UF裝置對水產(chǎn)品調(diào)味液進(jìn)行處理，得到的透過液較傳統(tǒng)技術(shù)分離出的液體更澄清透明，且由于有效截留了腥苦味成分，其風(fēng)味比酶解原液風(fēng)味更加純正，提高了產(chǎn)品的整體品質(zhì)。

3.4 在飲用水除雜的應(yīng)用

飲用水中藥品和個護(hù)品（PPCPs）等痕量有機(jī)物污染物正在引起越來越多的關(guān)注，但傳統(tǒng)工藝很難去除此類污染物。

膜工藝去除PPCPs的主要機(jī)理包括體積排斥作用、靜電斥力作用和憎水吸附作用。膜過濾可有效去除飲用水中PPCPs，NF、RO和FO對大部分PPCPs的去除率在90%以上，但對部分PPCPs，如親水性非離子態(tài)藥品的去除效果較差，除了磺胺類藥品，UF對大部分PPCPs的去除率一般低于40%。根據(jù)實際情況選擇合適類型的膜，UF組合工藝是目前最為可行的PPCPs去除工藝。未來，NF和RO可能是去除PPCPs的主要膜工藝。

3.5 在中藥生產(chǎn)的應(yīng)用進(jìn)展

目前主要應(yīng)用在中藥提取液的除雜、分離提純濃縮、中藥口服液、注射劑等液體改良上，仍需更多的研究來完善中藥的分離生產(chǎn)。

在提取中藥有效成分過程中，膜分離技術(shù)除去大多數(shù)的大分子雜質(zhì)，提高有效物質(zhì)的純度。采用無須外加其他物質(zhì)、無污染的膜分離技術(shù)可避免傳統(tǒng)方法中分離效率低、有機(jī)溶劑破壞藥效成分，以及高溫易引起熱敏性藥物成分失效等缺點。將膜過濾技術(shù)（微濾）用于中藥口服液的制備，可顯著改善藥液澄清度、減少主成分損失率，提高口服液藥效。

4 膜分離技術(shù)的應(yīng)用展望

膜分離技術(shù)是一門新興的多學(xué)科交叉的高新技術(shù)，涉及高分子化學(xué)、無機(jī)化學(xué)、生物化學(xué)等學(xué)科。生產(chǎn)需求的增多和高新技術(shù)的發(fā)展推動了膜技術(shù)發(fā)展，各種新型膜材料的研發(fā)能降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品品質(zhì)。還要繼續(xù)提高膜材料及裝置的耐熱、耐酸、耐堿、易清洗等性能。嘗試與不同的傳統(tǒng)技術(shù)結(jié)合，可能會有更佳的方法，如膜蒸餾、膜萃取等。

對于實驗室已研發(fā)并使用的膜材料，要積極推廣到工業(yè)生產(chǎn)上，但要注意減少污染與浪費、降低成本等問題。隨著膜技術(shù)的發(fā)展，其潛在應(yīng)用領(lǐng)域?qū)粩鄶U(kuò)大，這門新興的技術(shù)將會在今后的科學(xué)技術(shù)發(fā)展中大顯身手。

參考文獻(xiàn)

[1]安樹林.膜科學(xué)技術(shù)實用教程[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[2]馮骉.膜分離的工程與應(yīng)用[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2006.

[3]韓倩倩.膜分離技術(shù)在水處理中的應(yīng)用現(xiàn)狀及展望綜述[J].應(yīng)用科學(xué)，2009（09）：113-129.

[4]黃雛菊，魏星.膜分離技術(shù)概論[M]北京：國防工業(yè)出版社，2008.

[5]徐龍泉，彭黔榮.膜分離技術(shù)在中藥生產(chǎn)及研究中的應(yīng)用進(jìn)展[J].中成藥，2013（09）：1989-1994.

[6]王捷，楊灑灑，劉文彬，等.磁絮凝超濾在反滲透法海水淡化預(yù)處理中的應(yīng)用[J].天津工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2016（06）：61-66.

[7]余乾洪，遲莉娜，周偉麗，等.正滲透膜分離技術(shù)及其在水處理中的應(yīng)用與研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2010（03）：177-122.

[8]沈瑤瑤.劉春鳳，李永仙，等.膜過濾對啤酒內(nèi)源抗老化水平的影響[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2013（03）：101-105.

[9]郭建寧，張治，田瑞之，等.膜過濾對飲用水中藥品和個人護(hù)理品去除進(jìn)展研究[J].膜科學(xué)與技術(shù)，2016（01）：122-127.