膜蒸馏的研究及其应用

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1、膜蒸憾的研究及其应用摘要本文综述了新型分离技术一一膜蒸憾。这是一种利用高分子膜的某些结构上的功能来达到蒸憾目的的一种过程。膜蒸憾几乎是在常压下进行，也无需把溶液加热到沸点，只要膜两侧存在适当的温度差就可以进行，这就有可能利用太阳能等廉价的能源。对膜蒸啊的历史、分类，膜蒸镭过程中的传递现象及应用研究进行了评述，提出了今后亟待研究和解决的问题。关键字膜蒸憾机理操作方式应用膜蒸憾是一种新型的分离技术，是以疏水性微孔膜两侧蒸汽压差为传质推动力的膜分离过程。膜蒸他是一种采用疏水微孔膜以膜两侧蒸汽压力差为传质驱动力的膜分离过程，例如当不同温度的水溶液被疏水微孔膜分隔开时，由于膜的疏水性，两侧的水溶液均

2、不能透过膜孔进入另一侧，但由于暖侧水溶液与膜界面的水蒸汽压高于冷侧，水蒸汽就会透过膜孔从暖侧进入冷侧而冷凝，这与常规蒸憾屮的蒸发、传质、冷凝过程十分相似，所以称其为膜蒸憎过程(MembraneDistillation,MD)。1膜蒸憾的研究历史及其特征早在20世纪60年代就开始了较系统的膜蒸镭研究，Bodell在1963年申请了膜蒸憾技术专利，在其申请屮他将膜蒸馅描述为“一种将不可饮用含水流体转化为可饮用水的装置利技术但当时由于受到技术条件的限制，他并没有给出所用膜的结构和孔的大小，说明该膜仅能被蒸汽透过而不能被水透过，未给出结果和定量分析。随后的一段时间里岀现一些专利对该技术进行改进，但

3、在20世纪60、70年代膜分离研究者致力于反渗透、超滤、微滤等膜技术来解决水处理问题，膜蒸惚一直没有引起人们的足够重视。20世纪80年代早期随着新的制膜技术的发展，膜蒸镭过程的研究高潮再次掀起。Gore最先开发了一个卷式的组件用于膜蒸饴过程；瑞典NationalDevelopment公司采用板框式组件对膜蒸憎进行了研究；Enda采用中空纤维膜组件对膜蒸憾过程进行理论性探索。另一方面,80年代以来人们对膜蒸憾过程的理论研究也逐步深入，包括：跨膜传质机理；跨膜传热过程及温度极化现彖；各种操作条件对膜蒸馆过程的影响；组件形式和结构对膜蒸憎传热、传质过程的影响等。1986年5月意大利、荷兰、日木、

4、德国和澳大利亚的膜蒸馆专家在罗马举行了膜蒸憾专题讨论会，会议对这一过程的命名及其相关的专业术语进行了讨论⑴，认为“膜蒸Y留"(MembraneDistillation)是该膜过程的最合适名称，并确认膜蒸憾过程必须具备以下特征以区别于其它膜过程：(1)所用的膜为微孔膜；(2)膜不能被所处理的液体润湿；(3)在膜孔内没有毛细管冷凝现象发生；(4)只有蒸汽能通过膜孔传质；(5)所用膜不能改变所处理液体屮所有组分的气液平衡；(6)膜至少有一面与所处理的液体接触；(7)对于任何组分该膜过程的推动力是该组分在气相中的分压差。随着高分子材料和制膜工艺方面迅速发展，膜蒸憾显示出其实用潜力，20多年来对膜蒸

5、发分离过程的研究不断深入。无论在传质、传热机理方面还是在应用方面的研究都取得了巨大的进步，一些与膜蒸憾相关的膜分离过程相也相继出现并引起人们的重视12,13,141o2膜蒸憾过程的优点和缺点2」膜蒸憎过程的优点(1)膜蒸徭过程几乎是在常压下进行，设备简单、操作方便，在技术力量较薄弱的地区也有实现的可能性。(2)在非挥发性溶质水溶液的膜蒸谓过程中，因为只有水蒸汽能透过膜孔，所以蒸馆液十分纯净，可望成为大规模、低成本制备超纯水的有效手段。(3)该过程可以处理极高浓度的水溶液，如果溶质是容易结晶的物质，可以把溶液浓缩到过饱和状态而出现膜蒸憎结晶现象，是目前唯一能从溶液中直接分离出结晶产物的膜过程

6、。(1)膜蒸他组件很容易设计成潜热回收形式，并具有以高效的小型膜组件构成大规模生产体系的灵活性。(2)在该过程中无需把溶液加热到沸点，只要膜两侧维持适当的温差，该过程就可以进行，有可能利用太阳能、地热、温泉、工厂的余热和温热的工业废水等廉价能源。2.2膜蒸谓的弱点(1)膜蒸馆是一个有相变的膜过程，汽化潜热降低了热能的利用率，所以在组件的设计上必需考虑到潜热的回收，以尽可能减少热能的损耗，与其他膜过程相比，膜蒸憾在有廉价能源可利用的情况下才更有实用意义。(2)膜蒸他与制备纯水的其他膜过程相比通量较小，所以目前尚未实现在工业生产中应用，如何提高膜蒸徭的通量也就成为一个重要的研究课题。(3)膜蒸

7、憾采用疏水微孔膜，与亲水膜相比在膜材料和制备工艺的选择方面都十分有限⑸。3膜蒸镭的分类组件和操作方式膜蒸馆组件是由疏水微孔膜分隔开的两个半池(即进料侧和透过侧)组成的，料液流经进料侧而直接与膜接触，根据扩散到膜冷凝侧蒸汽冷凝方式的不同，膜蒸镭分，透过侧可为如下不同结构和不同操作方式。川】如直接接触膜蒸憎(DCMD)、气隙幣憾(AGMD)、气扫式膜蒸憾(SGMD)、真空膜蒸憾(VMD),如图1所示。(1)直接接触式(DCM