纳滤法分离糖和盐的水溶液

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。

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。

纳滤膜分离机理、应用及发展趋势摘要：综述了纳滤膜的分离机理及其应用研究现状和进展。

纳滤膜分离过程是一个不可逆过程,其分离机理可以运用电荷模型和细孔模型,以及近年才提出的静电排斥和立体阻碍模型等来描述。

纳滤膜应用研究现状的介绍。

关键词：纳滤；分离机理；应用；发展1 纳滤膜的概述纳滤是一种介于超滤和反渗透之间的一种膜分离技术，截留分子量大约在200～1000范围，孔径约为几纳米，分离对象的粒径约为1 nm。

纳滤具有膜技术共同的高效节能的特点，是近来世界各国优先发展的膜技术之一。

目前纳滤已在生活用水，工业给水和废水的处理，食品，生化制药等领域得到广泛的应用。

纳滤膜的孔径在纳米级内，其中有些膜对不同价阴离子的Donnan电位有较大差别，其中截留分子量为数百级，对不同价的阴离子有显著的截留差异，可以让进料中部分或绝大部分无机盐通过，并且操作压力低，透过通量较大。

这些特点使纳滤在水的软化、有机低分子的分级、有机物的除盐净化等方面，有独特的优点和明显的节能效果。

2 纳滤膜的分离机理2.1 纳滤膜过程的不可逆过程分析纳滤膜分离过程与微滤、超滤、反渗透等膜分离过程一样,是一个不可逆过程,膜内传递现象通常用非平衡热力学模型[1]来表征。

该模型把膜当作一个“黑匣子”,以压力差为驱动力,产生流体及离子流动。

推动力和流动之间的关系可用现象论方程式表示,方程式中的系数被称之为膜的特征参数,包括膜的反射系数、溶质透过系数及纯水透过系数等。

其中膜的反射系数相当于溶剂透过通量无限大时的最大截留率。

2.2 电荷模型电荷模型又可根据对膜内电荷及电势分布情形的不同假设分为空间电荷模型(the Space Charge Model)[1~4]和固定电荷模型(the Fixed-Charge Model)[1,5,6]。

空间电荷模型最早由Osterle等提出,假设膜由孔径均一而且其壁面上电荷均匀分布的微孔组成,微孔内的离子浓度和电场电势分布、离子传递和流体流动分别由Poisson-Boltzmann方程、Nernst-Planck方程和Navier-Stokes方程等来描述。

139工艺技术准出版社, 2010.[11] 中华人民共和国卫生部. GB 5009.5—2010 食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定[S]. 北京: 中国标准出版社, 2010.[12] 中华人民共和国卫生部. GB 5413.39—2010 食品安全国家标准 乳和乳制品中非脂乳固体的测定[S]. 北京: 中国标准出版社, 2010.纳滤法在色谱残液中单糖去除工艺中的应用研究崔强1，王一1, 2，李秋红1*，孙学谦1, 21. 西王集团技术中心（滨州 256209）；2. 山东省淀粉糖加工与应用技术重点实验室（滨州 256209）摘要旨在研究操作压力、料液浓度和温度对葡萄糖去除率的影响, 以及水料比值对单糖去除率和低聚异麦芽糖糖分组成的影响。

结果表明, 纳滤法去除葡萄糖的最佳工艺条件: 温度25 ℃~30 ℃, 操作压力为0.7 MPa, 料液起始质量分数为10%, 水料比值为2。

在此条件下低聚异麦芽糖中葡萄糖的去除率可以达到92%, IMO总量达到52%, 完全符合国家标准规定。

关键词葡萄糖; 低聚异麦芽糖; 纳滤法Study on Removing of Glucose from Chromatographic Raffinateby Nanofiltration ProcessCui Qiang 1, Wang Yi 1, 2, Li Qiu-hong 1*, Sun Xue-qian 1, 21. Xiwang Group R & D Center (Binzhou 256209);2. Shandong Provincial Key Laboratory of Processing and Applied Technology for Starch Sugar (Binzhou 256209)Abstract The effects of operating pressure, concentration of slurry and temperature on removal rate of glucose was studied. In this experiment, the in fl uence of different ration of water and material to removal rate of glucose and isomaltooligosaccharide of sugar was studied also. The experimental results showed that: temperature was 25 ℃~30 ℃, operating pressure was 0.7 MPa, initial concentration of slurry was 10%, and liquid to solid ratio was 2. Under these conditions, the removal rate of glucose could reach up to 92%, the IMO gross could reach up to 52%, and it could meet the national standard completely.Keywords glucose; isomaltooligosaccharide; nano filtration process 低聚异麦芽糖被称为益生菌，因其对肠道内的有益菌具有增生功能，能改善人体消化系统功效，已经被广泛添加于食品、保健品等方面，市场潜力很大[1-3]。

高浓度有机废水处理技术随着全球工业化进程加快，水环境受到有机污染已成为全球性环保议题之一。

有机污染物主要来自大规模高浓度有机废水的排放，主要来自焦化、制药、造纸、印染、石化以及食品加工等领域。

高浓度有机废水主要是指COD和BOD5达到或超过几千甚至几万毫克每升的废水。

该类废水直接排放会对水环境造成严重破坏，可危害人体健康，引起急慢性中毒和致畸、致癌等远期危害。

在淡水资源和能源日益短缺的今天，探索高浓度有机废水处理以及资源化利用技术已成为最热门的环保议题之一。

1、高浓度有机废水处理难点和现状高浓度有机废水难于处理的原因是由其特性决定的，该类废水主要有几种特点：有机物浓度较高;含较多生物难降解物质;含盐量较高;废水出水水质不稳定等。

目前，处理高浓度有机废水，大多采用传统的生物处理法。

该类方法本身存在较大问题，以广泛应用的AA/O法为例，根据实际运行状况，存在反应池容积较大、能耗较高、污泥回流量大、脱氮效果有限等缺点。

因此，本文主要介绍了包括传统的生物法和物理化学法的创新和改进，新型的膜分离法以及以上方法的组合工艺。

2、高浓度有机废水处理技术传统生物处理法存在缺陷，本文主要介绍改进的生物法和物理化学法，重点介绍了膜分离法的应用。

各方法优缺点并存，在实际工程运作中，需要仔细分析废水水质，合理选择和设计技术方案。

2.1 生物法生物法技术成熟，处理效果稳定，主要分为利用好氧微生物的好氧处理法与利用厌氧微生物的厌氧处理法。

微生物在酶的催化作用下，以高浓度有机废水中大量有机以及少量无机物质为新陈代谢的底物，净化了水质同时合成了自身。

目前，研究热点主要集中于新型生物处理工艺的开发以及传统生物法与其他处理技术的组合应用。

好氧生物处理工艺的开发应用起步较早，经过一百多年的发展和改进，广泛应用于各高浓度有机废水处理领域。

单一好氧工艺处理效果有限，与其它工艺组合使用是其发展趋势。

Marcelino等采用好氧生物降解和臭氧氧化相结合的工艺，针对某药企高浓度制药废水进行处理研究，结果表明：废水中COD去除率达到98%，超过99%的抗生素得到去除。

纳滤膜元件应用介绍纳滤膜是允许溶剂分子或某些低分子量溶质或低价离子透过的一种功能性的半透膜。

它是一种特殊而又很有前途的分离膜品种，它因能截留物质的大小约为纳米而得名，孔径在1nm以上，一般1-2nm,它截留有机物的分子量大约为150－500左右，截留溶解性盐的能力为２－９８％之间，对单价阴离子盐溶液的脱盐低于高价阴离子盐溶液。

被用于去除地表水的有机物和色度，脱除地下水的硬度，部分去除溶解性盐，浓缩果汁以及分离药品中的有用物质等。

一、纳滤膜元件特点1.纳滤膜元件脱盐效果好纳滤膜对盐的截留性能主要是由膜的电荷效应决定的，纳滤膜对中性不带电荷的物质(如，乳糖、葡萄糖、麦芽糖)的截留则是由膜的筛分效应决定的。

盐离子的电荷强度不同，膜对离子的截留率也有所不同。

对于含有不同价态离子的多元体系，由于膜对各种离子的选择性有异，根据道南效应(Donaneffect)不同离子透过膜的比例不同。

例如，溶液中含有Na2SO4和NaCl，膜对SO4-2的截留优先于Cl-。

如果增大Na2SO4的浓度，则膜对Cl-的截留率降低，为了维持电中性，透过膜的钠离子也将增加。

当多价离子浓度达到一定值，单价离子的截留率甚至出现负值，即透过液中单价离子浓度大于料液浓度。

2.操作压力低在纳滤过程中操作压力一般低于1.0兆帕，故也称为低压渗透。

操作压力降低则意味着对系统动力设备要求的降低，这对于降低整个分离系统的设备投资是有利的。

二、纳滤膜元件应用范围1.纳滤膜在软化水中的应用介绍膜软化水主要是利用纳滤膜对不同价态离子的选择透过特性而实现对水的软化。

膜软化在去硬度的同时，还可以去除其中的浊度、色度和有机物，其出水水质明显优于其他软化工艺。

而且膜软化具有无须再生、无污染产生、操作简单、占地面积省等优点，具有明显的社会效益和经济效益。

膜软化在美国已很普遍，佛罗里达州近10多年来新的软化水厂都采用膜法软化，代替常规的石灰软化和离子交换过程。

近几年来，随着纳滤性能的不断提高，纳滤膜组件的价格不断下降，膜软化法在投资、操作、维护等方面已优于或接近于常规法。