膜分离技术的后起之秀-纳滤净水 安乐战场被删片段_中华水网
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膜分离技术的后起之秀-纳滤净水

来 源:中华水网   发布时间:2011-05-05 移动版

         纳滤是介于超滤与反渗透之间的一种膜分离技术,其截留分子量在200~1000的范围内,孔径为几纳米,因此称为纳滤。由于纳滤膜表面有一层均匀的超薄脱盐层,它比反渗透膜要疏松得多,且其操作压力比反渗透低,因此纳滤又称为疏松型反渗透或低压反渗透。基于纳滤分离技术一系列优越的特性,其在制药、生物化工、食品工业等诸多领域显示出广阔的应用前景。

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  以往对分子量在几百的不同分子的分离,采用反渗透和超滤都难以实施,而纳滤就可从蔗糖(分子量342)与葡萄糖(分子量180)的混合液中分离出葡萄糖。纳滤的另一个特点是它能截留小分子有机物并可同时透析盐,即集浓缩与透析为一体。纳滤的第三个特点是膜表面的荷电性,因此纳滤有离子电荷密度上的选择性。例如在溶液中含有一价离子的Na盐和二价离子的Ca盐时,膜优先截留二价离子的Ca,一价离子的截留率随着二价离子浓度的增加而减少。纳滤的第四个特点是操作压力低,因为无机盐能通过纳滤膜透析,使得纳滤的渗透压远比反渗透低,可节省能耗。
    由于纳滤的这些特性,因此在制药、生物化工、食品加工、水处理等诸多领域有着广阔的应用前景。
    水处理众所周知,用反渗透可生产出纯净水,但反渗透的能耗高,产水量低(相对纳滤来讲),且去掉了几乎所有对人体有益的盐和微量元素。而纳滤则只脱除掉绝大多数形成水硬度的Ca、Mg离子,而保留了部分盐类和微量元素。此外,纳滤还可以脱除掉绝大部分因农药、化肥、清洗剂等化工产品对源水或自来水所形成的小分子有机物的污染。有些小分子有机物直接对人体有危害,而有些小分子有机物会与自来水消毒时所用的氯发生取代反应,生成多种对人体具有三致(致畸、致癌、致突变)作用的卤代烃(THM)物质,如三氯甲烷、四氯化碳等,从而对人的健康产生危害。美国的佛罗里达州和日本的宫城县等地已有效地采用纳滤脱除掉了水中87%~98%的THM的前驱物。
  浓缩乳清及牛奶日本最早将纳滤用于乳清和牛奶的浓缩,前者可使乳糖和乳清蛋白浓缩的同时脱盐。由于脱盐,物系的渗透压降低,使浓缩比得到提高,并且还降低了后序脱盐的负荷。纳滤对牛奶的浓缩,不但可脱除牛奶中的盐分,而且可脱除一些小分子的杂味物质,使得这种浓缩奶制成的冰淇淋和奶粉有较好的口感。
  调味液脱色日本还将纳滤用于调味液的脱色。HAP(动物水解蛋白)和HVP(植物水解蛋白)在用超滤脱除掉未分解完全的蛋白后还需进行脱色,通常使用离子交换树脂、离子交换膜和活性炭处理,但会影响HPA和HVP的香气。这些小分子的香气成分会随着色素一起被树脂和活性炭所吸附,且树脂和活性炭的使用也使产品成本加大。而纳滤只截留分子量较大的色素,使HPA和HVP中的氨基酸和香气成分较好地保留。纳滤还可以脱除焦糖色素中的亚铵盐和不愉快的气味。
  分离单糖、双糖目前具有功能性甜味剂———低聚糖的发展速度非常快,但作为双歧杆菌增殖因子的这种非消化性糖,主要由3糖~7糖组成,但在实际产品中还夹杂着为数不少的单糖和双糖。而纳滤就可以有效地对单糖、双糖进行分离,从而提高低聚糖的纯度。

  回收大豆低聚糖在用酸碱法生产大豆分离蛋白的过程中,会产生大量的乳清废液,其主要成分为小分子蛋白、大豆低聚糖和由酸碱中和后产生的盐类,用超滤回收蛋白后再用纳滤来回收大豆低聚糖是处理乳清废液十分有效的途径。其纳滤的透过液经反渗透后的水为纯净水,大大提高了水的利用率并减少了污染排放。
  浓缩果蔬汁反渗透浓缩果蔬汁浓度一般仅能达到25~30°Bx,因此只能把反渗透作为果蔬汁预浓缩的方法,极大地限制了膜法浓缩果蔬汁的工业化进程。自纳滤技术诞生后,采用反渗透为第一级浓缩,纳滤为第二级浓缩的方法,可把果蔬汁的浓度提高到40°Bx,从而使膜法高度浓缩果蔬汁成为现实。这种膜法浓缩果汁几乎完全保留了鲜果汁的风味芳香成分。
  分离氨基酸利用纳滤的荷电性可对分子量相差无几的氨基酸进行分离,天门冬氨酸(133)、异白氨酸(131)、鸟氨酸(132)的分子量几乎相同,但等电点分别为pH2.8、5.9、9.7,相差较大。氨基酸在水溶液中达到等电点时,碱侧为负电荷,酸侧为正电荷,在改变pH值时,就可以对氨基酸进行分离。
  调节酿酒发酵液组分为了提高低糖度葡萄汁酿酒时的发酵效果,可用反渗透浓缩葡萄汁,但反渗透把汁中所有的成分都浓缩了,高酸度将影响葡萄酒质量,特别是苹果酸,用纳滤就可调节各种组分的含量,提高葡萄酒质量。
  脱除低聚木糖中的NaCl在酶法生产低聚木糖的过程中,低聚木糖含量低(小于2%)且含有3%左右的NaCl,采用传统的离子交换脱盐及真空浓缩,需耗费大量的酸、碱、再生树脂,造成环境污染及耗费大量的蒸汽。而采用纳滤加洗滤的方法则可脱除95%以上的NaCl,使低聚木糖的含量达到80%以上,且大大降低了能耗和污染排放。
  纳滤技术在食品工业中的应用不胜枚举,希望食品界的科技工作者能够根据纳滤的特性,并结合自己所从事的研究或生产工作使纳滤技术得到更广泛的应用和推广。

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