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膜分离技术的研究进展及当前应用领域和前景展望

丁西

（）

江南大学食品学院，江苏无锡

摘要：介绍了膜分离技术的发展，综述了微滤、超滤、纳滤、反渗透、电渗析的分离原理，

各种膜分离过程的影响因素。并且概述了膜分离技术在当前各领域的应用，着重介绍了膜分

离技术在乳制品加工、油脂加工和葡萄酒酿造等方面的应用，并展望了膜分离技术的发展前

景。

关键词：膜分离技术；原理；应用；前景

膜分离技术是一项高新技术，虽然二百多年以前人们便已发现膜分离现象，但直到

20世纪60年代开始，由于美国埃克森公司第一张工业用膜的诞生，膜技术才进入快速发

展时期。膜技术的发展虽然不长，但因为膜技术独具优越性，目前在工业中已得到广泛的应

用，例如在环保、水处理、化工、冶金、能源、医药、食品、仿生等领域。

膜分离技术是指借助于外界能量或化学位差的推动，通过特定膜的渗透作用，实现对两

组分或多组分混合的液体或气体进行分离、分级、提纯以及浓缩富集的技术。目前常见的膜

分离过程可分为以下几种，微滤（Microfiltration，MF）、超滤（Ultrafiltration，UF）、纳滤

（Nanofiltration，UF）、反渗透（Reverseosmosis，RO）、电渗析（Electrodialysis，ED）等。

膜分离技术具有过程简单、无二次污染、分离系数大、无相变、高效、节能等优点，操

作无需特许条件，可在常温下进行，也可直接放大。对于性质相似组分的分离，该技术具有

独特优势，而且可以与常规分离方法联合应用。世界上许多国家都把它作为国家的重点发展

项目。欧、美、日等发达国家目前在该技术上已处于领先地位；我国从“六五”到973计

划也一直将其列为重点支持项目，国发展改革委员会颁布了组织实施膜技术及其应用产业化

专项公告。

1.膜分离技术的分离原理和特点

1.1微滤

微滤是发展最早、制备技术最成熟的膜形式之一，孔径在0.05～10μm之间，可以将细

菌、微粒、亚微粒、胶团等不溶物除去，滤液纯净，国际上通称为绝对过滤。微滤分离的实

质是利用膜的“筛分”作用来进行的。即：比膜孔大的颗粒的机械截留、颗粒间相互作用及

颗粒与膜表面的吸附、颗粒间的桥架作用这三种方式来实现的。

1.2超滤

超滤的截留相对分子质量在1000～100000之间。超滤过程的分离机理一般认为是压力

驱动的筛孔分离过程，是膜表面上的机械截留(筛分)、在膜孔中的停留(阻塞)、在膜表面

及膜孔内的吸附三种形式。

1.3纳滤

纳滤膜具有纳米级孔径，截留相对分子质量为200～1000，能使溶剂、有机小分子和无

机盐通过。纳滤膜的分离机理模型目前的看法主要是空间位阻－孔道模型。与超滤膜相比，

纳滤膜有一定的荷电容量；与反渗膜相比，纳滤膜又不是完全无孔的。纳滤是介于反渗透和

超滤之间的一种膜分离技术，是国内外研究的热点。

1.4反渗透

反渗透又称逆渗透，一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。因为

它和自然渗透的方向相反，故称反渗透。学界对于反渗透分离机理的解释主要流行以下理论：

溶解－扩散模型、优先吸附－毛细孔流理论、氢键理论。自从上个世纪90年代邓宇发明了

非加压吸附渗透海水淡化法以来，反渗透用于海水淡化的研究得到了极大发展。

1.5电渗析

电渗析主要是通过电驱动膜来实验的，电驱动膜也称离子交换树脂，其是对不同性质的

离子具有选择透过性。关于离子交换膜的选择透过性，通常用双电层理论或Nonnan膜平衡

理论来加以解释。但是这两种机理存在着局限性，孟洪等提出了“空穴传导－双电层”假

说，认为离子交换膜在溶液中由于反离子的迁移在膜内留下“离子空穴”，同时在膜的两侧

形成“双电层”结构，“空穴”和“双电层”共同作用的结果使溶液中与反离子同号的离

子能够通过离子交换膜，而与反离子异号的离子无法进入离子交换膜，从而使其具有选择

透过性。在此基础上，用“空穴传导－双电层”假说对离子交换膜在无电场和有电场作用

的选择透过性进行了合理的分析。

2.膜分离技术在当前各领域中的应用

2.1膜分离技术在食品领域的应用

2.1.1在乳制品加工中的应用