液膜分离技术的产品应用
1 膜分离技术简介
1.1 膜的定义
膜是一种进行分子水平分离和过滤的介质。当溶液或混合气体与膜接触时，在压力、或在电场作用下，或在温差作用下，一些物质可以通过膜，而另一些物质则被有选择地截留，从而将溶液中的不同组分或混合气体中的不同组分分离。这种分离是在分子水平上的。
1.2 膜的类型
分离膜包括：反渗透膜（0.0001～0.005μm）、纳滤膜（0.001～0.005μm）、超滤膜（0.001～0.1μm）、微滤膜（0.1～1μm）、电渗析膜、渗透汽化膜、液相膜、气体分离膜、电极膜等。它们对应不同的分离机理、不同的设备，有不同的应用对象。膜本身可以由聚合物，或无机材料，或液体制成，其结构可以是均质或非均质、多孔或无孔、固体或液体、带电或中性。膜的厚度最薄可至100μm，最厚可至数毫米。不同的膜具有不同的微结构和功能，需采用不同的方法来制备。膜的制备方法一直是膜领域的核心研究课题，也是各公司严格保密的核心技术。
1.3 膜分离技术定义
将上述膜制成适合工业用途的结构，与驱动设备（压力泵、或电场、或加热器、或真空泵）、阀门、仪表和管道等连接起来，就组成了设备，在一定的工艺条件下，用于分离水溶液或混合气体，透过膜的组分称为渗透物组分，这种分离技术称为膜分离技术。
2 膜技术的应用领域
2.1 供水
2.1.1 高品质饮用水供应
随着水体的污染和人民生活水平的提高，人们对高品质饮用水的期盼越来越强烈，采用活性炭吸附过滤与超滤相结合的方法制取高品质饮用水，设备投资少，制水成本低，是一种经济有效的制备高品质饮用水的方法，具有广阔的市场前景。
2.1.2 工业供水
自来水和地下水的水质不能满足许多化工、电子、纺织等行业的要求，需要经过净化处理后才能使用。超滤膜技术是净化工业用水的重要技术之一。
2.1.3 医疗用水
医用注射用水经多级蒸馏制备，工艺复杂，能耗高，且质量往往得不到保证，采用超滤膜技术去除注射剂和终端用水的热源，取得了很好的效果。
2.2 工艺水处理（分离、浓缩、分类和净化）
在各种工业生产过程中，经常需要对某种水溶液进行分离、浓缩、分级和净化处理，传统方法有沉淀、过滤、加热、冷冻、蒸馏、萃取和结晶等，这些方法存在流程长、能耗高、物料损失大、设备庞大、效率低、操作复杂等缺点。用超滤膜技术替代某些传统技术，可以取得显著的经济效益。
2.2.1膜技术在制药工业中的应用
膜技术在生物制剂和药品生产中的分离、浓缩与纯化方面有着广泛的应用。如血液制剂的分离、抗生素和干扰素的纯化、蛋白质的分类纯化、中药材的除菌澄清等。发酵是生物制药的主流技术，从发酵液中提取药物的传统工艺是溶剂萃取或加热浓缩，反复使用有机溶剂和酸碱溶液，消耗大、流程长，废水处理任务重。特别是很多药物对热敏感度高，限制了传统工艺的实用性。国际先进的药品生产线均采用膜分离技术代替传统的分离、浓缩和纯化工艺。如用膜设备对抗生素进行浓缩纯化，对中药汤剂和注射剂进行澄清等。
2.2.2膜技术在食品工业中的应用
采用超滤膜技术将发酵液中的产品与菌体分离，再用其他方法精制而成。其优点是：提高生产效率和产品质量；简化工艺流程；菌体蛋白不含外来杂质，利用价值高，可实现资源综合利用。膜技术在酱油、醋的澄清、果汁的澄清浓缩、乳品生产、制糖工业等方面都有应用。
2.2.3膜技术在各类工业生产中的应用
任何涉及分子级浓缩分离的工艺过程都有机会应用膜技术。汽车电泳漆在线净化采用超滤膜去除杂质，持续保证油漆质量；燃油行业电泳超滤膜技术对中间体进行分离浓缩。
2.3 在环境保护和水资源利用方面的应用
膜技术在废水处理、污染防治及水资源综合利用等领域有着广泛的应用，很多时候它不仅处理废水，还能回收有用物质和能量。
2.3.1 各类含油废水、废油的处理
①采油回注水处理：采用膜法可以去除水中乳化溶解油，提高注入水水质。
②含油废水处理：许多工业生产和交通运输行业都会产生大量的含油废水，采用膜过滤技术是实现达标排放最有效的方法。
③废润滑油净化：采用常规技术，采用膜分离，可以得到非常纯净的润滑油，适用于汽车等废机油的处理。
④机床切削油的净化与回收：采用膜法可以去除废切削油中的细菌和杂质，处理后再利用。
⑤废弃食用油净化技术：食用油在持续高温下会产生致癌物质，可用膜法去除。
⑥食用菜籽油净化：菜籽油中含芥酸15%～48%，含碳量较高，可用膜法去除，达到标准（芥酸2.3.2废水处理及回用
①膜生物反应器处理生活污水，并将中水回用，占地面积小，设备投资低，处理水质好。
②利用膜技术实现印刷显影废水的处理及回用，达到排放标准，并可循环使用。
③采用膜技术处理电镀废水，水可回用，污染物可返回池内利用。
④印染废水采用膜分离技术，去除有色染料，并将所得水进行回用。牛仔布印染废水可用于回收靛蓝燃料。
⑤用于造纸废水的膜，可分离废水中的木质素、色素等，净化后的水可排放或回用。
2.3.3 海水淡化技术
①海水淡化技术：采用最新膜蒸馏技术，最适合与船舶发动机热交换器配合使用，利用废热生产淡水，适合中、小型渔船远距离捕捞使用。
②海水淡化技术：利用膜技术将天然咸水淡化，达到适用的水质标准。
2.4 气体分离浓缩技术及应用
①氧化浓缩：膜装置可制成安全简便的医疗、理疗设备，也可用于炼钢吹氧或助燃等工业生产，富氧浓度为35%～80%。
②氮气浓缩：氮气可用于食品保鲜、汽车储存、飞机加油、防爆、化学工业等，膜设备可将氮气浓缩至90%～98%。
③二氧化碳、二氧化硫和氢气的分离：当二氧化碳、二氧化硫和氢气与其他气体混合时，可用膜将其分离，以满足工业需要。
④ 氢气的分离与浓缩：化工产品生产过程中，常有大量氢气排出，可用膜法分离氢气。
2.5 其他
①薄膜保鲜剂：在水果、鸡蛋等外面涂一层薄膜，可达到保鲜的目的，保鲜后贮藏期长，外观色泽好。
②生产维生素E的膜分离技术：利用膜从大豆油中提取VE混合物，提取剂可循环使用。
液膜分离技术是一种新型的高效分离技术，具有常温操作、营养成分损失少、设备简单、操作容易、无相变、无化学变化、选择性强、分离效率高、节约能源等优点。根据膜孔径的大小，膜分离技术又可细分为微滤、超滤、纳滤、反渗透技术等。目前，膜技术在食品工业中的应用主要有功能食品的过滤、浓缩、除菌以及功能成分的分离提取等。该技术在食品工业中得到了广泛的应用，现简述如下：
果蔬汁生产
在果蔬汁生产中，澄清过滤采用GE微滤、GE超滤技术；浓缩采用纳滤、反渗透技术。果汁经超滤澄清后，细菌会连同滤渣一起被膜截留，无需加热即可去除果汁中混入的细菌。利用反渗透技术浓缩果蔬汁，可提高果汁成分的稳定性，减少运输体积，并可去除不良物质，改善果蔬汁的风味。例如：果蔬汁中的芳香成分在蒸发浓缩过程中几乎全部损失，冷冻脱水法只能保留8%左右，而反渗透技术可保留30-60%。
对于乳制品行业
反渗透和超滤技术主要用于乳清蛋白的回收和牛奶的浓缩，目前超滤已被各国广泛作为乳清蛋白回收的标准技术。
与其他方法相比，利用膜分离技术加工乳制品可以降低能耗，提高产品质量。利用反渗透技术浓缩稀牛奶，可以生产出质量满意的奶酪和甜酸奶。利用反渗透技术去除奶牛血清中的微量青霉素，大大延长了乳制品的保质期。用超滤浓缩乳清蛋白时，乳糖、灰分等也可同时除去。
酒精饮料生产
超滤技术可用于除去葡萄酒及酒精饮料中残存的酵母、细菌及胶体，提高葡萄酒的澄清度，延长保质期，使原酒具有成熟的口感，缩短陈酿期。经超滤处理后的葡萄酒风味得到改善，变得清爽可口，醇香绵长。目前，美国、意大利、日本等国家已应用超滤法精制葡萄酒及酒精饮料。此法还可避免葡萄酒加热灭菌易产生的浑浊成分沉淀，简化过滤设备。处理的葡萄酒包括葡萄酒、威士忌、烧酒、清酒、米酒等。
生啤酒口感虽然优于熟啤酒，但不能长期保存，给运输、销售带来一定的困难。利用超滤技术对啤酒进行精滤、无菌过滤，可使生啤酒不经低温加热灭菌而长期保存。
豆制品行业
膜技术在豆制品行业的主要应用是分离回收蛋白质。豆浆生产过程中产生的大豆乳清，用常规方法只能提取60%的蛋白质，采用超滤浓缩残留蛋白质，可使豆腐出品率提高20-30%。超滤法在浓缩蛋白质的同时，还可以除去产生豆腥味、影响豆浆稳定性的低分子物质，从而提高豆浆的品质。
大豆制品行业乳清处理对防止水污染具有重要意义，大豆乳清中含有多种低分子蛋白质、多糖、多肽、寡糖等物质，利用超滤技术可从大豆乳清中回收浓缩大豆蛋白，满足人类和畜牧业的需求，此外还可获得β-淀粉酶产品。
膜技术还可用于获取大豆异黄酮、大豆低聚糖、大豆分离蛋白、寡肽、免疫球蛋白、竹叶黄酮等功能性食品的功能性成分。