膜分离技术研究现状与应用前景

膜分离技术研究与应用前景

膜分离技术被认为是20世纪末至21世纪中期最有发展前途,甚至会导致一次工业革命的高新技术之一,成为当今世界各国研究热点。膜分离作为一种新发展的高新分离技术,其应用领域不断扩大,广泛应用于化工、食品、水加工业、医药、环境保护、生物技术、能源工程等领域,并发挥了巨大的作用。我国对膜分离技术的研究是从20世纪60年代对离子交换膜的研究开始的。从60年代的反渗透技术到90年代的渗透汽化技术,我国的膜分离技术得到了迅速的发展。经过几十年的努力,目前我国在膜分离技术研究开发方面已成功地研制出一批具有实用价值、接近或达到国际先进水平的成果,如无机膜反应分离技术等。

1膜分离技术的原理及优点

膜分离是指用半透膜作为障碍层,借助于膜的选择渗透作用,在能量、浓度或化学位差的作用下对混合物中的不同组分进行分离提纯。由于半透膜中滤膜孔径大小不同,可以允许某些组分透过膜层,而其它组分被保留在混合物中,以达到一定的分离效果。

利用膜分离技术来进行分离具有如下优点：a.膜分离过程装置比较简单,同时操作方便、结构紧凑、维修费用低且方便、易于自动控制；b.膜分离过程一般不涉及相变,无二次污染且能耗较低;膜分离过程可以在室温或低温下操作；c.适宜热敏感物质(酶、药物)的浓缩分离；d.膜分离过程具有相当大的选择性,适用对象广泛,可以分离肉眼看得见的颗粒,也可以分离离子和气体；该过程可以在室温下连续操作,设备易于放大,可以专一配膜,选择合适的膜,从而得到较高的回收率；e.膜分离处理系统可以在密闭系统中循环进行,因而可以防止外界的污染；f.在过程中不用添加任何外来的化学物质,透过液可以循环使用,从而降低了成本,并可以减少环境污染。正是由于膜分离技术具有上述优点,是现代生物化工分离技术中一种效率较高的分离手段,完全可以取代传统的过滤、吸附、蒸发、冷凝等分离技术,所以膜分离技术在生物化工分离工程中起着很大的作用。

2膜分离技术在生物化工应用中存在的问题

在操作过程中,膜面易受污染,形成附着层,使膜的性能降低,降低膜的透水率,形成浓差极化现象。为了减少浓差极化,常采用错流流程,即过滤液主体水平流过膜面,而过滤液是垂直通过膜面。此外,在膜分离技术中容易遇到膜污染问题,即膜的透水量随运行时间延长而下降。因此需采用一定的方法对膜面或膜内的污染物进行清洗,以使透水量得到提高。常用的清洗方法是高流速水清洗和用化学清洗剂对膜进行清洗。膜分离虽然原理简单,在生物化工领域广泛应用,但由于生物化工产品种类繁多、性质各异,对膜分离会产生不同的影响,如吸附会使膜孔堵塞等,所以要想很好地利用膜分离技术,必须针对具体过程研究开发各种防止膜性能降低的装置并探讨有效的操作方法。

用膜分离技术处理炼油污水的过程中，在长时间的运行后，污水中被截留的颗粒、胶粒、乳浊液、悬浊液、大分子和盐等会在膜表面或膜孔内吸附、沉积，从而造成膜孔径变小甚至堵塞，即产生了膜污染。膜污染会使膜通量下降，影响分离效果。

目前，膜污染被认为是膜分离技术处理炼油污水过程中最重要的限制因素。大量研究表明，膜污染主要与膜材料和分离体系的性质有关。具体如下：

(1)一般来说，膜面光滑，膜孔分布窄的膜不易被污染。膜的表面性能，如亲水性、疏水性和荷电性也会影响膜的污染程度，通常认为亲水膜更耐污染。

(2)分离体系的性质，包括溶液的温度和pH等。温度升高，溶液的粘度降低，膜通量一般会增大，膜不易污染；溶液的pH则会影响待滤颗粒物的荷电性质，从而影响膜污染程度。

在实际应用中解决膜污染的途径主要有：

(1)优化操作条件，如选择最适合的膜、操作温度、溶液性质等都可以在一定程度上消除膜污染。

(2)清洗则是处理膜污染的常规方法，清洗方法主要有空气反吹冲洗、水反冲洗、空曝气清洗、化学清洗及近年来研究较多的超声波清洗，清洗需定期进行，清洗频率可根据污染物浓度和处理的效果有所不同。

3膜分离技术在工业中的应用

3.1在植物油精炼中的应用

植物毛油主要组份为甘油三酯，此外，还含有少量磷脂、色素、游离脂肪酸、蜡质、甾醇、生育酚、烃类、蛋白质及其降解物等物质。为使植物油达到食用标准要求，一般通过化学或物理精炼方法去除这些物质。传统化学精炼需经脱胶、脱酸、脱色、脱蜡和脱臭等几道工序，存在能量消耗高，中性油损耗大，需大量水和化学试剂，排放物污染严重及营养成分损失较多等缺点。物理精炼优于化学精炼主要是提高产量，省略皂脚酸化分解工序，减少排放物量;但仍存在原料油脂预处理要求严格，对一些油脂仍不适用，精炼时需要高温、高真空，同时易产生聚合物和反式异构物(反式异构酸)等缺点。而膜分离技术在油脂精炼中应用能克服上述这些缺点，其优点是操作温度温和，避免油脂氧化，同时简化工艺、减低消耗和减少废水产生。

3.2膜分离技术在乳品工业中的应用

3.2.1除菌

应用微滤去除乳制品中细菌是近几年发展起来的技术。l987年，Piot等人首次将无机膜用于全脂牛奶的过滤除菌。现在，将巴氏杀菌和无机膜过滤相结合生产浓缩的巴氏杀菌牛奶的过程已实现工业化。此过程是通过半透膜的微孔对细菌及孢子的截留，来实现乳品除菌，具有冷杀菌优势。但由于脂肪球与乳中一般所含细菌大小相似，故脂肪球与细菌会一同被截留于保留液中，为此在整个工艺过程中于微滤之前应先分离脂肪，其目的是为了减少微孔过滤时的膜堵塞，以提高蛋白质的过

滤速度，又可以获得良好的浓缩比，且不会因阻孔而形成严重的流速下降。

目前，Alfa—laval公司已将离心和MF/HTT工艺结合开发出一种称为“Bactocatch”的设备；北京三元食品股份有限公司依托国家“十五”重大科技成果与国内唯一的ESL乳生产示范线，首次将微滤技术用于牛乳的除菌，生产出ESL极致低温杀菌乳，使产品在比通常巴氏杀菌更低的温度下杀菌，就能使保质期延长至8天以上。

3.2.2浓缩

牛乳的浓缩

对牛乳进行浓缩，去除一部分水分，不仅可以减少包装、储藏和运输费用，提高其保藏性，也是作为干燥或更完全脱水所必需的预处理过程。在牛乳浓缩中应用的膜过程主要是超滤和反渗透。例如，用超滤法可除去牛乳中70％～80％的水；在脱脂乳的浓缩上，用反渗透法可去除60％以上的水分，而用超滤法则可得到蛋白质质量分数高达80％的脱脂浓缩乳。同样，用反渗透法可将原料乳浓缩到固形物质量分数达25％，再经真空蒸发，可进一步提高固形物的含量。

乳蛋白浓缩

乳蛋白浓缩物（MPC）具有优良的营养功能特性，其传统分离方法是利用蛋白质的等电点凝结、酸沉淀、热沉淀，或其它方法沉淀，但都会打乱乳蛋白的天然状态，因而影响其产品的功能特性和营养价值。由于超滤能截留原乳中几乎全部的蛋白质，且允许糖和灰分通过，所以超滤可以应用在乳蛋白的浓缩方面；由于超滤利用蛋白质与乳中其它成分不同的物理特性（分子量）分离，因此乳蛋白的原始状态不会被打乱和破坏，而且工艺参数可以有选择性地进行，尽量使其对蛋白质浓缩物所造成的损伤降至最小程度。

3.2.3乳蛋白质的标准化

标准化乳脂肪可以用离心机来进行，但蛋白质标准化在过去的技术条件下较为困难，目前可采用超滤和微滤来实现。牛乳中蛋白质含量通常为2.9％～3.6％，由于膜技术具备选择性分离特点，牛乳经过一定的浓缩后各组分的质量比例决定了牛乳的浓缩程度，可通过控制合适的浓缩比实现牛乳的标准化操作。通过对乳蛋白质的标准化，可使乳制品生产合理化，提高成品产出率，产生可观的经济效益[9]。如要求蛋白质含量为2.8%，可以用超滤中的截流液添加到原乳中以提高蛋白质含量。相反，对蛋白质含量高于2.8%的原乳，则可以用超滤中的透析液降低蛋白质含量，多余的蛋白质用以生产其它产品，节约补充蛋白质的成本。

目前采用超滤和微滤技术来对干酪用乳进行蛋白质标准化已很普遍，它可以在脂肪含量标准化的同一条生产线上利用超滤来进行蛋白质的标准化，以实现脂肪、蛋白质的同时标准化，使整个加工过程更易于控制。由于超滤可以截留几乎全部的乳清蛋白，因而提高了干酪的产率；而且蛋白质含量恒定，凝乳酶的添加量以及凝固和搅拌时间也都是一个恒定的参数，使得干酪产品质量稳定，并减少一部分凝乳酶用量。

3.2.4乳清产品

乳清蛋白的回收

乳清作为干酪生产的副产物，含有原乳几乎全部的乳糖，20%乳蛋白及大多数的维生素与矿物质。传统将乳清加热干燥制成全干乳清（W P C）或乳清蛋白粉回收蛋白质的方法，只能除去水分而使这种乳清粉中的乳糖含量高达7 3%，矿物质达1 2%，而蛋白质只有12%左右，造成乳清粉中营养搭配比例极不协调，限制了它在食品中的应用。采用超滤和反渗透技术，可以在浓缩乳清蛋白的同时，从膜的透过液中除掉乳糖和灰分等，这样就大大扩大了乳清的应用范围。

乳清脱盐

生产Cheddar干酪和其它硬干酪所产生的咸乳清（盐含量极高），必须先脱盐然后才能回收、蒸发、干燥。应用纳滤处理这种乳清时，其中单价金属离子和氯离子可以透过，而二价离子及大多数其它组分都有一定程度的截留，蛋白质全部被截留。可将被截留的乳清进行循环纳滤直到乳清中含盐量降到要求。用纳滤能有效地除去杂味和盐味，并且不破坏牛奶的风味和营养价值。在美国和欧洲已经有效地使用纳滤对乳清除盐，以取代电渗析。该方法可减少设备投资，节省能耗和运行费用。

乳蛋白质分离分级

乳蛋白质的分离分级包括乳清蛋白的分级分离和酪蛋白的分级分离。目前国外正在研究将各种膜分离技术和色谱方法及化学处理、酶处理结合起来，将乳蛋白中各种组分分开。在低pH值、适度热处理（55℃，30min）条件下，β-乳白蛋白会可逆地聚合并与除β-乳球蛋白之外的大部分其它乳清蛋白结合，从而可以用微滤（微孔0.2μm）或离心分离的方法分离出β-乳球蛋白。此β-乳球蛋白可以用超滤结合电渗析进一步提纯。微滤膜同样可将乳清中α-乳清蛋白和β-乳球蛋白分开。在乳清蛋白分级分离时应注意的是残存脂肪的不利影响，因而残留脂肪的预先分离就成为乳清蛋白分级分离过程的第一步。在酪蛋白分离分级过程中，利用微滤（膜孔0.2μm）处理脱脂乳可以在保留液中获得酪蛋白胶束，再经超滤、微滤、色谱分离或电泳即可得κ-酪蛋白。同样，利用微滤膜（膜孔0.2μm）可以分离β-酪蛋白。此外，脱脂的乳清采用超滤手段还可以制备纯的免疫球蛋白，但从经济上考虑不如以初乳为原料更有利。

3.2.6其它方面的应用

应用超滤技术制备乳铁蛋白

由于超滤法提供了不加热或不发生相变进行大分子质量组分的浓缩、分离的方法，所以它非常适合热敏性的功能性组分的分离。

超滤法分离牛初乳中免疫球蛋白IgG

免疫球蛋白Ig是机体免疫系统的一个重要组成部分，是人类及高等动物受抗原刺激后体内产生的能与抗原特异性相互作用的一类蛋白质，又称为抗体。I g一般分为I g G、IgA、IgD、IgE、IgM五大类，牛初乳中IgG含量占Ig总量的80％以上，又因其特定的生理功能而受到广泛关注。研究表明，通过超滤可将乳清中IgG含量提高1倍左右；超滤压力增加，IgG含量相应增加，IgG活性基本不变。当压力为0.08MPa时，IgG含量为45.98mg/mL，活性未变，超滤温度增加，初乳中的IgG含量先有较小增加然后减少，IgG活性则下降。在超滤温度为4 0℃时，IgG含量最高，达到46.85 mg/mL，活性未变。

3.3膜分离技术在酿酒产业中的应用

3.3.1膜分离技术在蒸馏酒上的应用

目前,白酒降度生产低度酒是大势所趋,但随之会带来由于酒体中醇溶性高分子物质因酒度降低析出而造成的酒体浑浊问题。去除这些高分子物质目前常用的方法有:冷冻过滤法、吸附剂吸附法、添加助滤剂等，这些方法在应用上存在各种问题。应用国内新研制的活性炭复合微滤膜有效滤除了白酒因降度而产生的白色浑浊物,还能有效去除或减少酒的苦味、辛辣味及杂味,使口感醇和；不同孔径膜过滤比较试验，结果发现低度白酒采用孔径为0.22μm的膜过滤,高度白酒采用孔径为0.45μm的膜过滤,可以增强酒样的抗冷冻性和自然稳定性,并且微量成分损失较少。

3.3.2膜分离技术在黄酒上的应用

黄酒是一种多成分的复杂的胶体体系,其稳定性具有一定的相对性。引起黄酒不稳定性的因素一

般可分为生物因素(微生物污染引起)和非生物因素(蛋白质、多酚、戊聚糖、铁离子等引起)两个方面。传统黄酒生产中,对于由生物因素引起的黄酒不稳定性,一般采用巴氏杀菌法对黄酒进行杀菌,但此法存在能耗高、风味损失严重等缺点，随着微滤和超滤等膜分离技术被引入酿酒行业，利用外压管式超滤装置对生黄酒进行除浊除菌试验,用切割分子量为5万的有机膜,在0.30 MPa、40℃条件下超滤,黄酒平均透液量可达到75 kg/m2左右,杂菌去除98%以上,不仅保持了黄酒的自然风味,还明显延长了黄酒的贮存期。

对于由非生物因素引起的黄酒不稳定性,通常采用煎酒来去除其中的酶和蛋白质等，以达到提高稳定性的目的,但同时酒液会产生较重的老酒味,新鲜感较差。而纯生黄酒则是在发酵成酒后不经过任何加热,根据这一特点，引入超滤技术后,酒液中淀粉酶、糖化酶和蛋白酶都能达到去除的要求,蛋白质、多酚、铁离子、戊聚糖等物质的含量均呈减少的趋势,对纯生黄酒的非生物稳定性起到了一定的提高或改善作用。

3.4膜分离技术在啤酒上的应用

膜分离高科技以其高效率、无相变、低消耗、无三废、投资少、易自动化等特点,可应用于啤酒工业中的无菌过滤、无醇啤酒生产、啤酒酿造用水以及废水处理等方面。

3.4.1膜分离技术在啤酒无菌过滤中的应用

啤酒的无菌过滤是啤酒生产过程中提高产品质量的重要环节,它直接关系着啤酒品质的稳定性、外观及口感。采用膜错流过滤和新型的无菌灌装系统的消毒灭菌方法对无菌生啤酒的生产工艺进行设计,使整个生产工艺系统高效、优化运行,同时加强生产操作及卫生的管理,生产出色泽、品质优良、保质期长的无菌鲜啤酒。

3.4.2膜分离技术在无醇啤酒中的应用

无醇啤酒是指酒精含量低于0.5%(体积)的啤酒。无醇啤酒越来越受到消费者的欢迎。目前已有的低度啤酒大多是通过控制发酵过程或通过从“正常”啤酒产品中以热处理法去除酒精等方法得到的,总的来说,这种产品的风味不尽如意。应用膜分离方法能使啤酒达到除醇的目的,还能明显提高啤酒质量,主要有反渗透脱醇法和渗析脱醇法。

3.4.3膜分离技术在啤酒酿造用水中的应用

啤酒品质的好坏与酿造用水的质量有直接的关系。啤酒酿造水的性质主要取决于水中溶解盐类的种类和含量、水的生物学纯净度及气味。应用微滤、反渗透或电渗析等对酿造用水进行预处理,可以除去水中的细菌、病毒、残留农药、有害金属离子以及其他有机污染物,获得高质量的酿造用水。用硅藻土梯度陶瓷微滤膜对自来水进行净化处理。平均孔径为0.15 m的梯度陶瓷膜,可完全滤除水中的大肠杆菌、沙门氏菌、金葡萄球菌和霉菌等致病病菌以及铁锈和各种悬浮微粒。

3.4.4膜分离技术在啤酒废水处理中的应用

目前,国内大多采用普通活性污泥法处理啤酒废水,存在占地面积大、基建费用高、固液分离效果较差、易出现污泥膨胀、剩余污泥产量大等弊端，无机膜-生物反应器(IMBR)组合工艺由于用膜分离技术代替了传统的二沉池而受到关注，具有污染物去除效率高、出水水质稳定、装置容积负荷大、设备占地面积小、传氧效率高、污泥产量低、操作运行简便等优点。膜出水水质好且稳定,明显优于建设部用水水质标准C J 25.1-1989,可回用于城市园林绿化、洒水车用水等。

4陶瓷膜分离技术研究现状与应用前景

陶瓷膜分离技术是一种“错流过滤”形式的液体分离过程,原料液在膜管内高速流动,在压力驱动下含小分子组分的澄清渗透液沿与之垂直方向向外透过膜,含大分子组分的混浊浓缩液被膜截留,从而使流体达到分离、浓缩、纯化的目的。陶瓷膜具有化学稳定性好,耐酸、耐碱、耐有机溶剂,机械强

度大等特点,其不足表现在价格昂贵、制造过程复杂等方面。目前已商品化的多孔陶瓷膜的构形主要有平板、管式和多通道3种。

4.1在水处理中的应用

微孔陶瓷膜分离技术在给水处理中的应用始于20世纪80年代初期,其优点是能够保证更好和更可靠的水质,不用化学物质,特别适合于高附加值产品。无机陶瓷膜在废水处理中的应用主要包括处理含油废水、纺织废水、化工废水、对放射性废水、含重金属废水、城市生活污水和造纸废水等。

4.2食品的除菌过滤

陶瓷膜用于牛奶、果酒、果汁、饮料、白酒、啤酒、饮用水等的除菌过滤,效果十分显著,其特别之处在于可以采用蒸汽对整个设备进行消毒,使产品质量得到保证。陶瓷微滤膜和陶瓷超滤膜处理地表水制备饮用水己在欧洲应用多年,陶瓷膜与吸附集成净水技术在我国己应用8年,以陶瓷膜为核心的集团式净水器和家用净水器可以采用加热的方法进行消毒处理,具有广阔的发展前景。

4.3其他方面的应用

陶瓷膜的应用领域还包括:气体分离、渗透气化、催化反应、生物化工等。陶瓷膜渗透气化工艺具有高通量、高稳定性等优点,有着极强的竞争力和巨大的市场需求;陶瓷膜在生物化工领域的应用研究是近期的热点之一,涉及领域包括细胞脱除、无菌水生产以及低分子有机物的澄清和生物膜反应器等。

4.4陶瓷膜技术研究进展

目前陶瓷膜技术的发展方向主要有以下几个方面:

1)新型陶瓷膜制备工艺的开发。从发展趋势来看,目前陶瓷膜制备技术的主要发展方向为:①在多孔膜研究方面,需进一步完善已商品化的无机超滤膜和微滤膜,发展具有分子筛功能的纳滤膜、气体分离膜和渗透气化膜;②在致密膜研究中,超薄金属及其合金膜和具有离子电子混合传导能力的固体电解质膜是研究的热点。

2)陶瓷膜的改性研究。首先是提高膜的热稳定性,其次是提高膜的抗污染性,由于膜污染问题成本较高,一直限制了它的应用,因此应开发出抗污染的膜。

3)复合陶瓷膜的制备。有机膜和无机膜具有各自的优点和缺点,应该研究出一种复合材料的膜,使其兼具两者的优点,如在无机膜中掺加一些有机组分,使其增加孔隙率,提高渗透通量。这是今后发展的主要方向。

4)开发新材料。目前,已经商品化的陶瓷膜材质主要有Al2O3膜、TiO2膜、SiO2膜等。它们的不足之处主要是成本高，有必要开发一种新型材料,在保证一定的机械强度和膜通量的前提下,能够大大减化制备陶瓷膜的工艺步骤和减少成本。

5)集成处理技术的开发。在某些场合采用的单一的无机膜技术处理废水很难达到满意的结果,而将无机膜与其他技术的集成,则可以达到降低成本,提高处理效率的目的。无机膜与其他技术的集成处理技术将是今后的重要发展方向。

5纳滤在制药及食品中的应用进展

纳滤(Nanofiltration,NF)是在反渗透基础上发展的一种以压力为驱动的液体膜分离过程,是膜分离技术的一个新兴领域。纳滤膜(Nanofiltration membrane)是20世纪80年代末期问世的一种分离膜,其截留的分子量约为100~1 000,推测该膜可能有1 nm左右的微孔结构,故称之为“纳滤”。

5.1纳滤在制药及食品提取纯化中的应用

纳滤分离过程无化学反应,无相变,不破坏生物活性,适用于分子量1000以下的活性物质的浓缩纯化。如纳滤可代替传统的薄膜蒸发等方法,缩短浓缩时间,有较高的回收率,且成本较低。因而纳滤在制药工业中应用正日益广泛,如中药提取物、生物制品、化学药物等的浓缩和纯化;在食品中主要是功能性低聚糖的分离,其他还有乳品加工、果汁浓缩等。

制药工业中的溶液大多成分复杂,不易分离、浓缩和净化。近年来膜分离技术已广泛应用于生物制药领域,如血透、肾析、药品浓缩、发酵液与培养液的澄清等领域。

5.1.1中药提取物的分离纯化

中药中许多有效成分受热易发生氧化、水解等结构改变,可能影响药效。传统的浓缩溶液易产生沉淀,影响药物稳定性。纳滤在常温下操作,有利于保留中药或复方中的有效成分,提高药物的稳定性。此外,纳滤还具有节能、环保等特点,具有工业化应用的可行性。

银杏叶提取物的浓缩

银杏叶提取物是从银杏科植物银杏叶中提取得到的活性物质,主要含有银杏黄酮苷类和萜烯酯类,具有捕获自由基、抗脂质过氧化、拮抗血小板活化因子等多种药理活性。

七叶参皂苷的提取

超滤膜能有效去除色素等大分子物质,选择适当的截留分子量的纳滤膜可制得纯度为42%以上的七叶参皂苷。

制备麻黄碱

麻黄是我国的传统中药,可治疗风寒感冒、水肿及哮喘等疾病,其中麻黄碱为活性成分。姚仕仲等

采用超滤-纳滤-反渗透膜组合工艺改造了麻黄碱生产工艺。在该工艺中超滤作为二级预处理,主要去除一级预处理尚未完全除去的色素、液体和杂质蛋白,特别是麻黄油。纳滤主要去除无机盐,特别是高价离子。反渗透主要是麻黄碱浓缩。采用该膜组合工艺麻黄碱的收率可达到96%,而传统的苯提法只有80%。

提取栀子黄色素

以栀子黄色素萃取液为原料,微滤和纳滤联用能够在常温下纯化和浓缩栀子黄色素液,藏花素损失率较低,避免了有机溶剂的使用,是栀子黄色素工业化生产较为理想的工艺。

类甜菜碱的分离

类甜菜碱是从植物中提取的一种分子结构类似于甜菜碱的天然药物。采用过滤除杂、电渗析除盐、纳滤浓缩的集成工艺提取类甜菜碱。其中纳滤过程的操作压力、运行时间和浓缩倍数明显影响类甜菜碱的分离效果,该结果可应用于类甜菜碱的工业生产。

甘草酸的提取

甘草酸是甘草甜味的主要成分,可用于防治病毒性肝炎、高脂血症和癌症等疾病。其传统提取工艺采用碱溶酸沉法,收率低，且酸沉时耗酸量大,产生大量酸性废液,对环境造成污染。采用微滤膜除杂,纳滤膜浓缩后再除杂酸沉,可得到60%的甘草酸产品,且收率较高。

凉茶中草药提取液的浓缩

凉茶是由金银花、夏枯草、甘草、仙草等组成,其中许多有效成分对热不稳定。根据凉茶中的有机物组成及分子量,选用纳滤膜,在28℃,压力3. 3MPa的操作条件下,水提取液经纳滤浓缩,提取液可溶性固形物从1. 5% ~2%达到了15%,加水稀释复原后风味、色泽、有效成分含量基本没有变化,优

化了工艺,提高了产品的收率和质量,降低了成本。

5.2生物制品的分离纯化

由于纳滤分离过程具有防止细菌污染和热敏性物质失活等特点,在生化生产流程中的作用正日益增大。

多肽的纯化与浓缩

多肽是由蛋白质水解或氨基酸合成制得的。生产中通常采用色谱柱从有机溶液或水溶液中纯化多肽和多肽化合物,然后进行蒸发浓缩。采用纳滤膜技术代替蒸发,优点是浓缩和纯化可一步完成,并可低温操作,效率高,操作简便。

氨基酸的分离纯化

纳滤分离氨基酸主要靠电荷效应起作用。纳滤膜对于处于等电点状态的氨基酸的截留率几乎为零。调整溶液的pH值,使不同的氨基酸在不同的pH值时带上不同的电荷,利用膜的电荷效应分离和纯化分子量接近的氨基酸。

蛋白质的分离纯化

核苷酸的浓缩

采用纳滤有效地将经超滤和离子交换后的核苷酸原液进行浓缩。这种方法工艺成熟、设备可靠、操作简便,可满足药液生产的要求。

5.3化学药物制剂的分离纯化

目前纳滤在化学药物制剂中应用主要是抗生素的浓缩纯化以及少许的其他药物的提取等。纳滤浓缩抗生素发酵液工艺已成功用于青霉素、克拉维酸、头孢霉素和螺旋霉素等多种抗生素的浓缩和纯化过程中。

5.4功能性低聚糖的分离和精制

5.4.1大豆低聚糖的浓缩

先用超滤从大豆乳清中去除蛋白质等大分子物质,透过液再用纳滤或反渗透浓缩,可使低聚糖的浓度由1%提高到12%。但不论在透过通量上,还是在后续处理中对于盐的去除效果上以及操作成本上,纳滤都要优于反渗透,采用纳滤更为经济。

5.4.2分离纯化异麦芽低聚糖

异麦芽低聚糖是由葡萄糖、麦芽糖、异麦芽低聚糖组合成的混合糖浆或粉末。其中具有生理功能的成分主要集中在二糖和三糖,四糖以上组分功能活性相对较弱。采用纳滤技术可提高产品中的二糖和三糖的含量。

5.4.3低聚木糖的分离纯化

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%左右的氯化钠,采用传统的离子交换脱盐及真空浓缩,需耗费大量的酸、碱和再生树脂。而采用纳滤四级串联方式则可脱除大量的氯化钠,使低聚木糖的含量达到20%以上,且降低了能耗和污染。

5.4.4其他低聚糖的分离纯化

5.5纳滤膜分离技术在水处理中应用

5.5.1纳滤膜在生活污水处理中的应用

生活污水一般用生物降解和化学氧化法相结合处理，氧化剂的浪费很大，且残留物多。因此可以在它们之间加纳滤环节，被微生物降解的小分子透过(M w<100)纳滤膜，而截留住不能生物降解的大分子(Mw>100)，再进化学氧化器后再去生物降解，这样就可充分利用生物降解作用，节约氧化剂或活性炭用量，降低最终残留物含量。其处理流程如图1。

5.5.2纳滤膜在饮用水净化中的应用

饮用水的污染问题愈来愈受到人们的关注，欧、美、日等发达国家都有改善水质的计划，如日本的M A C-2 1和新MAC-21计划，将膜技术作为水净化的最有效的手段。欧、美等国也支持了许多膜法（纳滤）水净化实验，效果明显。地下水或地表中的污染物主要是分子质量为几百的杀虫剂、除草剂以及因消毒而造成的过量有机卤化物，这些物质都是有毒甚至致癌的。纳滤膜分离法可以去除消毒过程中产生的副产物、痕量除草剂、杀虫剂、重金属、天然有机物、硫酸盐及硝酸盐等．同时能保留大多数人体必须的无机离子，出水水效率高，符合饮用水的要求。因而是一个技术和经济可行，有望代替传统活性炭吸附分离法的有效方法。

5.5.3纳滤膜在工业水处理中的应用

纳滤膜可以处理来自铀矿加工厂的含有放射性元素如镭、铀等的弱辐射性洗涤废水；NF膜对

纺织厂废水中的疏水性染料和亲水性染料都有很好的分离效果，对高价离子和微污染物质等都有很高的去除率；NF膜也可以处理填埋垃圾沥出液，处理后其COD值低于环境排放标准。

5.5.4纳滤在农业水处理中的应用

目前去除水中农药的传统方法是活性炭吸附过滤和臭氧或过氧化氢氧化，但活性炭失效很快，需要频繁再生和更换，处理费用偏高，且在水中由于竞争吸附会使农药的吸附效率下降；而氧化法将农药大分子氧化成小分子后会促进水中细菌的繁衍。纳滤膜则因其对低分子量中性溶质分子的筛分作用，对水中的农药残留物具有良好的截留效果,处理农药污染废水更为经济可行。

纳滤膜技术对San Joaquin谷的重度污染水可以截留95％以上的硒和90％以上的其他多价阴离子。纳滤膜法为处理含硒废水提供了突破性的方法。

纳滤膜分离技术作为一种新型膜分离技术和分离手段，在新型的膜分离过程中具有很高的潜在应用价值，如含催化剂的溶剂中催化剂回收的应用、对糖脱色树脂再生液进行再处理以及过程中水的回用、废液中回收酸碱、从含重金属离子的盐水中回收溴、电厂冷却水的处理、纳滤膜膜生物反应器、有机化工废液处理等。伴随新的低分子质量中性及电解质溶质分离体系的出现，NF有望作为重要的膜分离技术应用于水资源的净化、生化工程，下游产品的分离精制等领域,进而带来巨大的经济效益和社会效益。