面向应用的膜蒸馏过程再探讨
第31卷 第3期膜 科 学 与 技 术V o l.31 N o.3 2011年6月M EM BR AN E SCI EN CE A ND T ECH N OL OG Y Jun.2011
面向应用的膜蒸馏过程再探讨
吕晓龙
(中空纤维膜材料与膜过程国家重点实验室培育基地,
天津工业大学生物化工研究所,天津300160)
摘 要:讨论了膜蒸馏涉及的膜材料特性和应用中面临的问题.膜蒸馏过程实质属于传热控
制过程,研究膜蒸馏过程的重点在于研究膜蒸馏过程中热量的传递与回收.吸收膜蒸馏传质过
程无相变热损失,疏水膜兼具有传质与导热双重作用.采用曝气膜蒸馏工艺对反渗透浓水进行
了连续高倍率浓缩,膜组件没有发生亲水化和膜污染问题,说明曝气膜蒸馏工艺在高盐度、易
结垢的废水深度浓缩方面具有较好的应用潜力.水膜阻力本质是气体穿过多孔膜表面的气/液
两相界面所需克服的界面张力,除了与膜材料本体特性、膜表面结构等因数有关外,还与气体
传输方向有关.与传统中空纤维膜相比,设计的异形中空纤维多孔膜,断裂强力有很大的提高.
将热泵技术与减压膜蒸馏过程耦合,热泵制热系数COP与蒸发器流速、冷凝器流速和膜蒸馏
通量之间存在显著相关性.
关键词:膜蒸馏;疏水膜结构;汽化热回收;疏水膜干燥
中图分类号:T Q028.8 文献标识码:A 文章编号:1007-8924(2011)03-0096-05
由于疏水膜材料与膜蒸馏工艺技术的进步,膜蒸馏技术日益显示出其在水处理领域高度浓缩方面的应用潜力.目前膜蒸馏技术还未能大规模工业化应用,主要是因为在疏水膜材料的亲水化渗漏、膜组件结构设计与干燥方法、膜蒸馏工艺流程优化与系统集成、蒸汽相变热回收、加热与废热利用方式等一系列膜蒸馏环节上均有待于提高.结合本课题组在膜蒸馏方面已开展的研究工作,本文在前文[1]的基础上,就膜蒸馏过程在应用中面临的一些问题进一步进行探讨.
1 关于膜蒸馏过程
1.1 吸收膜蒸馏
按照疏水膜透过侧蒸汽的不同收集方式,常见的有4种膜蒸馏工艺过程:直接接触膜蒸馏(DC-M D)、空气隙膜蒸馏(AGMD)、减压膜蒸馏(VMD)和气扫膜蒸馏(SGM D).该4种过程均存在气化潜热丧失问题,致使能耗高.近年来,又提出了渗透膜蒸馏(Osmotic distillation,简称OM D),主要用于果汁、红酒等物料的浓缩操作[2-5].在一定的温度下,当疏水性分离膜两侧温度相同时,在疏水性分离膜两侧形成了水分子液态 气态 液态的两相平衡,不会发生水分子在疏水性分离膜两侧的传递.但当疏水性分离膜另一侧为对水分子有高度吸收作用的某种吸收剂时,由于化学位差的作用,气态水分子则被吸收进入吸收剂中,完成水分子的传质过程.对于传热过程而言,水分子在膜的料液侧吸热汽化,扩散通过疏水性分离膜的膜孔后,在膜的吸收液侧液化,在膜的另一表面释放出相变热,通过分离膜的热能传导回输作用,保持热能平衡.传质驱动力为水分子在疏水性分离膜两侧不同液体表面的蒸汽分压差,传质速度与膜面温度和吸收液的吸收能力(水合能
收稿日期:2010-12-10
基金项目: 863 课题工业循环冷却水膜集成净化过程研究(2008A A06Z303);天津市重点基金课题废水浓缩减排与淡化再利用技术研究(09JCZD JC26300)
作者简介:吕晓龙(1964-),男,山西省忻州市人,博士,博士生导师,从事中空纤维分离膜制备与膜分离过程研究.
lux iaolong@https://www.360docs.net/doc/694193636.html,
第3期吕晓龙:面向应用的膜蒸馏过程再探讨 97
力,浓度)有关,该方法也可称为吸收膜蒸馏.对总的传质过程而言,无相变热流失,这一点与前述常见的
4种膜蒸馏过程明显不同.在分离过程中,疏水膜具有传质与导热双重作用,膜孔传质,膜材料传热.
吸收液吸取水分子后,再通过加热气化、降温分相、化学反应分相等方式,将吸收液与水分离,获得淡水.关于所用的疏水性多孔膜材料,厚度应薄,具有较好的导热性.分离过程适宜的温度范围为50~90 ,可以利用低温废热.与反渗透海水淡化方法相比,具有超低分离压力、高脱盐率、低污染、低预处理要求等优点.
本课题组按2份质量的葡萄糖(分析纯)与1份质量的纯水,配制质量分数66.7%的葡萄糖水溶液作为吸收剂,葡萄糖吸收剂的初始电导率为5.5 S/cm,盐水为天津近海海水,T DS 为3.3%.吸收剂体积为3L,海水体积为1000mL,膜组件材料为疏水性聚偏氟乙烯中空纤维膜,膜面积为0.053m 2.如图1,先通过水浴槽,将海水与葡萄糖吸收剂加热至75 ,然后将海水泵入中空纤维膜组件的管程,待系统稳定后,再将葡萄糖吸收剂泵入中空纤维膜组件的壳程,同时,开始计时
.
1.海水;
2.吸收剂;
3.加热水浴;4,5.循环磁力泵; 6.温度计;7.膜组件图1 吸收膜蒸馏海水淡化实验装置工艺示意图
Fig.1 T he pro cess sketch of o smo sis
membrane dist illatio n
当吸收剂进入膜组件后,如图2,随着过程的进行,海水体积逐步减少.在实验过程中,海水与吸收剂处于同一水浴槽中,温度均为75 ,说明水分子的汽化与吸收发生在疏水膜的两表面,相变热通过疏水膜材料内部传递.在接触吸收初期,随着膜组件被吸收剂逐步加热升温,传质速度相应增大.随着海水被逐步浓缩,浓海水的水蒸气分压下降,使纯水传质速度相应减小.如图2,随着吸收剂被透过膜的纯
水所稀释,在过程中向吸收剂中连续补加葡萄糖粉末,使吸收剂浓度维持不变.当海水TDS 从3.3%浓缩11.8倍至29.7%,膜通量从初始的1.46kg/(m 2 h)逐渐降低至0.11kg/(m 2 h),海水产水率达到了
92%.
图2 吸收膜蒸馏海水浓缩过程
Fig.2 T he pro cess of seawat er desalination w ith OM D
1.2 曝气膜蒸馏
前文[1]
提出了曝气膜蒸馏,本课题组采用海藻型PVDF 膜组件,对某钢厂的反渗透浓水进行曝气膜蒸馏法浓缩处理.结果表明,温度及曝气量对膜通量的影响较大,空气加湿距离对膜通量的影响不显著;气液分离距离对产水电导的影响较大,空气加湿距离、膜组件面积、温度、曝气量、浓缩倍数等对产水电导率的影响不显著.
如图3,对反渗透浓水连续浓缩225h(22倍),膜通量没有衰减,产水电导率小于300 S/cm.这是由于在曝气膜蒸馏过程中,膜孔内部随时处于被空气吹扫状态,因而解决了膜蒸馏过程中疏水膜的亲水化润湿渗漏问题和膜污染问题,在高盐度、易结垢的反渗透浓水的深度浓缩方面具有较好的应用潜
力
.
图3 膜通量随浓缩倍数的变化F ig.3 T he flux w ith seawat er concentr ation
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2 关于膜蒸馏材料制备
2.1 水膜阻力
前文
[1]
提出水膜阻力与膜材料本体特性、膜表
面物理结构与化学组成、膜孔道结构等因数有关,进
一步研究表明,水膜阻力本质是气体穿过多孔膜表面的气/液两相界面所需克服的界面张力,还与气体传输方向有关.可分为两种:一是 GL ,气体先通过疏水膜孔,再突破膜/水气液两相界面,作为自由气泡进入水相;二是 LG ,水相中的气泡(尺寸通常大于膜孔径)透过气液相界面,进入膜孔中.实验结果表明,
LG 远大于 GL ,本课题组由溶液相转移法制得的PVDF 疏水膜的水膜阻力 GL 值为0.040M Pa,水膜
阻力 LG 值为0.220M Pa.经过表面超疏水化处理后,水膜压力 GL 值可以降低至0.002M Pa.2.2 膜材料形态结构控制
前文[1]已提出,对于减压膜蒸馏VM D 过程,在保证足够的中空纤维膜自支撑强度情况下,膜的壁厚应尽量薄为好,断面结构应选择相对致密、导热性好的海绵体结构,减少膜断面中大的空洞.本课题组采用一种新的制膜方法 低温热致相分离法(L-TIPS),通过在聚合物与添加剂构成的混合物中加入溶剂,使成膜混合物在低于聚合物熔点的温度下,成为均匀的铸膜液,相转化成膜时,控制铸膜液温度低于聚合物熔点、高于铸膜液的浊点温度,同时,凝固浴温度显著低于铸膜液浊点温度.这样,当铸膜液进入凝固浴中时,就会同时发生热致相分离机理和非溶剂致相分离机理.通过干-湿法纺丝工艺制备了聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维多孔膜,考察了非溶剂致相分离法(NIPS)和热致相分离法(T IPS)两种成膜机理的竞争关系对膜形态结构和性能的影响.结果表明:低温热致相分离法在制备PVDF 中空纤维膜的过程中同时发生了非溶剂致相分离机理和热
致相分离机理,与单纯非溶剂致相分离机理成膜相比,膜断面未出现大的空穴,仅有少量指状孔,中部为球状结构,内外表面均有皮层;铸膜液浊点温度与凝固浴温差越大,壁厚越厚,热致相分离作用越明显,非溶剂致相分离作用相对减弱.
2.3 提高中空纤维膜断裂强力
分离膜按膜的形状主要分为:中空纤维膜、平板膜和管状膜,其中中空纤维膜由于具有装填密度大、通量高等优点被广泛应用.但是现已商业化的中空纤维膜大多由溶液相转移法制备,强度不高,易断裂,使其在应用中受到很大的限制.多芯中空纤维膜是由多根单芯中空纤维膜融合而成,有望在不改变中空纤维膜原有的孔径、通量等基本性能条件下,显著提高膜的断裂强力.本课题组采用非溶剂相分离法,通过特殊结构的纺丝喷头,研制了异形PVDF 中空纤维膜,并且系统研究了纺丝入水距离、异形膜形状对膜形态结构与性能的影响.
图4为两芯、品字形三芯和一字形三芯中空纤维多孔膜的SEM 照片,表1为异形中空纤维膜形状与性能的关系.在其他工艺条件不变的情况下,随纺丝入水距离的增大,纺丝制膜液融合程度逐渐增大,异形PVDF 中空纤维膜的外表面积逐渐减小,超滤水通量、透气系数、膜蒸馏通量、抗压密系数、断裂强力及破裂压力减小.异形膜形状对PVDF 中空纤维膜形态结构和性能有很大的影响.两芯、品字形三芯和一字形三芯中空纤维膜的断面结构中都含有空穴,而单芯中空纤维膜主要是指状孔和海绵体;异形膜中品字形三芯中空纤维膜的超滤水通量、透气系数及膜蒸馏通量较单芯中空纤维膜略小,但是断裂强力较单芯中空纤维膜有很大的提高,破裂压力和抗压密系数在异形膜中最大,膜的纺丝稳定性最佳.与单芯中空纤维膜性能相比,异形PVDF 中空纤维膜的断裂强力有很大的提高
.
图4 不同形状P V DF 中空纤维膜扫描电镜照片
Fig.4 SEM micro gr aphs of P VD F hollo w fiber membr ane w ith abno rmit y mor pho log y
第3期吕晓龙:面向应用的膜蒸馏过程再探讨 99
表1 异形膜形状对PVDF中空纤维膜性能的影响
T able1 Effect of the shape of P VD F hollow fiber o n the pro per ties of membrane 异形膜形状J/(L m-2 h-1) /(mL m-2 s-1 Pa-1)N/(L m-2 h-1)F/cN /%p/M Pa 单 芯2650.3017.21011400.23两 芯2600.299.2193103-品字形三芯2340.2111.92891270.21一字形三芯2720.3112.4305113-
3 关于膜蒸馏与热泵能量回收
膜蒸馏是有相变的膜分离过程,降低运行成本的关键为膜蒸馏系统的热量回收.热泵是一种把热量从低温端送向高温端的专用设备,由蒸发器、空气压缩机、冷凝器等部分组成,本课题组尝试将热泵技术与减压膜蒸馏过程耦合,构建了如图5的系统,以便收集蒸汽潜热.
将压缩式热泵、中空纤维疏水PVDF微孔膜、PVDF中空纤维换热器应用于VM D过程,VMD过程与压缩式热泵能较好的耦合工作.热泵可以回收VMD过程的相变热,经压缩机提高其能量品位后,能将热量有效的传递给VM D系统的原料液,实现能量的循环利用,降低工作能耗.如图6中的(1)~ (5),热泵功率与膜蒸馏的膜面积、料液流速存在最佳匹配值,热泵制热系数COP与蒸发器流速、冷凝器流速和膜蒸馏通量之间存在显著相关性.在热泵与膜蒸馏耦合工作的最佳工艺条件下运行,热泵的COP可以达到 3.08,膜蒸馏通量为17.8 kg/(m2 h),产水电导率小于10 S/
cm.
图5 热泵与减压膜蒸馏过程耦合工艺示意图
F ig.5 T he pr ocess sketch o f membr ane distillation
coupling heat pump
图6 不同工况参数下热泵与减压膜蒸馏过程耦合工艺参数变化
F ig.6 T he pr ocess par amet er of membrane dist illatio n co upling heat pump
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膜科学与技术 创刊30周年专刊第31卷
4 关于疏水膜干燥问题
目前,膜蒸馏技术在实际应用中面临的最大难点,是疏水膜的干燥问题.
疏水膜的亲水化渗漏原因,一是水蒸气在膜孔内冷凝,导致疏水膜亲水化,二是由于料液中的污染物在疏水膜材料表面的吸附与沉积,使疏水膜表面和孔道壁面形成亲水化涂层,诱使液态水进入疏水膜的孔道中.虽然通过化学清洗可以除去膜孔道中的污染物,但膜孔道中的液态水难以除去.目前的干燥方法实质都属于加热干燥,最常用的方法有真空干燥和热风吹扫干燥,虽然在实验室条件下,容易实施,但对于大规模工业型应用,需要专用设备,且能耗高.由于分离膜膜孔道弯曲、孔径变化,水滴被封在膜孔道直径较大处.空气吹扫时,由于部分膜孔先干燥,易透气,使膜两侧气压低,水分不易被吹出.热风吹扫干燥的方法,功效低、且干燥程度不均匀,不能适用于大尺寸膜组件.如将膜组件置于特制真空烘箱中,加热干燥,难以作为工程化实施方法.采用微波加热的方法,虽然加热均匀,但需要大型微波箱体,也难以工程化应用.
本课题组尝试用低沸点丙酮、无水乙醇处理疏水膜,然后进行鼓风干燥,结果表明,对于大尺寸膜组件,仍难以均匀干燥.总之,膜蒸馏技术欲实现大规模工业化应用,还必须解决疏水膜的干燥问题.
5 结语
本文讨论了膜蒸馏涉及的膜材料特性和应用中面临的问题.
通过控制吸收膜蒸馏过程,使传质过程无相变热损失,疏水膜兼具有传质与导热双重作用,膜孔传质,膜材料传热.采用曝气膜蒸馏工艺,对反渗透浓水进行了连续高倍率浓缩(22倍),膜通量没有衰减,产水电导率小于300 S/cm,膜组件没有发生亲水化和膜污染问题,说明曝气膜蒸馏工艺在高盐度、易结垢的废水深度浓缩方面具有较好的应用潜力.
水膜阻力本质是气体穿过多孔膜表面的气/液两相界面所需克服的界面张力,除了与膜材料本体特性、膜表面物理结构与化学组成、膜孔道结构等因数有关外,还与气体传输方向有关.
采用低温热致相分离法(L-T IPS)制膜工艺,控制铸膜液温度低于聚合物熔点、高于铸膜液的浊点温度,同时,凝固浴温度显著低于铸膜液浊点温度,这样,当铸膜液进入凝固浴中时,就会同时发生热致相分离机理和非溶剂致相分离机理.与单纯非溶剂致相分离机理成膜相比,可减少膜断面大的空穴的产生.本课题组采用非溶剂相分离法,通过特殊结构的纺丝喷头,研制了异形PVDF中空纤维膜,与单芯中空纤维膜性能相比,异形PVDF中空纤维膜的断裂强力有很大的提高.
将热泵技术与减压膜蒸馏过程耦合,回收VMD 过程的相变热,热泵功率与膜蒸馏的膜面积、料液流速存在最佳匹配值,热泵制热系数COP与蒸发器流速、冷凝器流速和膜蒸馏通量之间存在显著相关性.
迄今为止,膜蒸馏技术在实际应用中面临的最大难点,是疏水膜的干燥问题.
参考文献
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关于 膜科学与技术 编辑部启用稿件采编系统的通知自2011年1月1日起,本编辑部已启用稿件采编系统处理稿件,该采编系统是集稿件(含会议论文投稿)在线处理、期刊发行订阅、行业信息报道、广告宣传等多功能为一体的综合性网站.网址为http://w ww. mkxy https://www.360docs.net/doc/694193636.html,.请投稿者采用稿件采编系统投稿.凡是在2010年12月31日以前已投稿的作者,请采用mkxy js@https://www.360docs.net/doc/694193636.html,或m kx x@bluestar.chem https://www.360docs.net/doc/694193636.html,电子邮箱进行稿件的查询.本刊编辑部
第3期陈欢林等:新型反渗透膜的研究进展 109
Advancement on the preparation of novel reverse osmosis membrane
CH EN H uanlin1,Q U X iny ing1,ZH A N G L in1,GA O Cong j ie2
(1.Departm ent of Chemical&Bio logical Engineering;2.M OE Engineering Resear ch Center o f
M em brane and Water T reatm ent T echnolo gy,Zhejiang University,H ang zhou310027,China)
Abstract:The development of w ater treatment technolo gy w as propelled by the advancement of r everse os-m osis m em brane,and the bottleneck per io d of reverse o sm osis membrane w as started since the poly am ide membrane w as used.T he adv ancement o f reverse osmosis membrane on ino rganic membrane,hybrid mem-brane and novel o rganic m em br ane w as presented in this paper.T he separ ation perfo rmance,the applica-tion status and problem w as also summarized,and the guide for the development o f r everse osm osis mem-brane w as provided.
Key words:rev er se osmosis membrane;inorg anic membrane;hybrid membrane;nov el org anic membrane
(上接第100页)
Discuss about membrane distillation for application
L X iaolong
(State Key Labor ator y o f H ollow Fiber M em br ane M aterials and M em brane Pro cess,Institute o f Biolog ical and Chemical Eng ineer ing,T ianjin Po lytechnic University,T ianjin300160,China) Abstract:In this paper,the characteristics of hydropho bic membranes used in m em br ane distillation(M D) and so me realistic pro blems ex ist in M D process w ere discussed.MD pro cess is a heat transfer controlled pro cess.T he r esearch in heat tr ansfer and reclamation in M D is o f great importance for prom oting the technique into real applicatio n.T here's no phase inversion heat loss in osm otic membrane distillation and the m icro-po res is the channels for m ass transfer and the matrix of hydro phobic m em branes w orked as heat transfer medium.A novel bubbling membrane distillation(BMD)process w as designed and used in the continuo us concentration ex periment of r ev erse osm osis drained wastew ater.No flux declination w as observed during the concentration ex periment ev en w hen the0.6ton w astew ater w as co ncentrated to near saturation by the membrane mo dule of0.5m2,and no obvious m em brane fouling and scaling w as found in SEM pictures of the membranes used in BM D.Water film resistance(WFR),the resistance for g as to tr ansfer the hydr ophobic m em br ane/so lution interfacial tensio n,w as discov er ed in our w ork.Sy stemic re-search show ed that,effects including the m em brane material char acteristic,the surface mo rpholo gy and gas transfer orientation could thr oug h light on WFR.T he specially desig ned abno rmity hy dro phobic tube membranes illustrated excellent mechanical streng th com paring to traditional hollow fiber o nes.Vacuum membrane distillation(VMD)w as coupled w ith a heat pump system,fo r the reclamation and reuse of the phase inversion heat of the vapor produced in VM D process.The coefficient of perfo rmance of the heat pump is relativ e to the velocities of the solutions in the ev aporator and condenser and the pro duct flux of VMD process.
Key words:m em brane distillatio n;hydrophobic membrane structure;reclamation of vaporization heat;des-iccation of hydropho bic membrane
膜蒸馏的现状及发展前景综述
膜蒸馏的现状及发展前景综述 刘凡10991306 环境科学 摘要 近年来，随着膜分离技术的快速发展，越来越多的膜运用到了实际生活和生产之中。膜蒸馏是在上个世纪八十年代初新发展起来的一种新型分离技术。是膜分离技术与传统蒸发过程相结合的新型膜分离过程它与常规蒸馏一样都以汽液平衡为基础,依靠蒸发潜热来实现相变。真空膜蒸馏是膜蒸馏四种操作方式中的一种具有膜通量大、分离系数高、设备简单、易于操作和实现等特点[1],能够被广泛应用于易挥发组分的脱除和海水、苦咸水淡化等方面。在国家提倡建设和谐社会的今天研发和利用膜蒸馏技术来实现海水淡化、节能减排和废水的综合利用具有重要的意义。其主要运用在冶金工业，有机废水，和海水淡化方面。本篇综述将就膜蒸馏的现状及前景进行整理和总结。 关键词：膜蒸馏废水处理海水淡化 Summarize of present situation and d evel opment prospects of membrane distillation Fanliu 10991306 Environmental science ABSTRACT In recent years, with the rapid development of membrane separation technology, more and more film applied to real life and production. Membrane distillation is a new type of separation technology that developed in the 1980s. It is the new type that combination of membrane separation technology and traditional evaporation procession. Like conventional distillation, membrane separation process is basis on the vapor liquid equilibrium, and depending on the implementation phase change latent heat of evaporation. Vacuum membrane distillation is one of the four kinds of membrane distillation operation mode with large flux, high separation factor, simple equipment, easy to operate and implement etc. that can be widely used in the removal of volatile components and seawater, brackish water desalination, etc. The state advocates the construction of a harmonious society today, develop and use the membrane distillation technology for desalination has the vital significance to achieve energy conservation, emission reduction and comprehensive utilization of wastewater. It’s mainly used in metallurgy industry, organic wastewater, and seawater desalination. This review will present situation and prospects of membrane distillation for sorting and summary. Key words: Membrane distillation Waste water treatment Seawater desalination 1膜蒸馏技术简介 膜蒸馏是在上个世纪八十年代初发展起来的一种新型分离技术，是膜分离技术与传统蒸发过程相结合的新型膜分离过程。它与常规蒸馏一样都以汽液平衡为基础，依靠蒸发潜热来实现相变。它以膜两侧的温差所引起的传递组分的蒸汽压力差为传质驱动力，以不被待处理的溶液润湿的疏水性微孔膜为传递介质。在传递过程中，膜的唯一作用是作为两相间的屏障，不直接参与分离作用。分离选择性完全由气——液平衡决定。膜蒸馏过程是热量和质量同时传递的过程。膜的一侧与热的待处理的溶液直接接触称为热侧，另一侧直接或间接地与冷的液体接触 称为冷侧。由于膜的疏水性，水溶液不会从膜孔中通过，但膜两侧由于挥发组分蒸气压差的存在，而使挥发蒸气通过膜孔从高蒸气压侧传递到低蒸气压侧，而其它组分则被
膜蒸馏技术的研究进展
膜蒸馏技术的研究进展 摘要：膜蒸馏是一种热驱动新型分离技术，自上世纪80年代才引起人们的重视。本文主要对膜蒸馏技术的过程机理、膜材料的选择、常见问题、以及应用进行了评述，并对以后膜蒸馏的发展做出了展望。 关键词：膜蒸馏；膜；应用；质量传递；热量传递 膜蒸馏是一种新型的非等温物理分离技术，以疏水性多孔膜两侧的蒸汽压差为推动力，使热侧蒸汽分子穿过膜孔后在冷侧冷凝富集，可看作是膜过程与蒸馏过程的集合。膜蒸馏过程区别于其他膜分离过程有如下的特点：膜是微孔膜；不能被所处理的液体浸润；只有蒸汽通过膜孔介质；膜孔内没有毛细冷凝现象发生。该分离技术不是膜过程与蒸馏过程的简单结合，它自身有许多优点。如，良好的化学稳定性；截留率高；较低的操作温度和压力，能有效利用地热工业余热等廉价能源；可与其他分离过程整合；可处理热敏性物质和高浓度废水等。因此，自膜蒸馏技术首次提出以来，一直受到了学者的广泛关注。 本文对进近几年来的膜蒸馏的最新研究进展，尤其是针对膜蒸馏理论的应用研究进行了概述。 1.膜蒸馏的分类 根据扩散到膜冷凝侧蒸汽冷凝方式的不同，膜蒸馏分为多种类型，如直接接触膜蒸馏(DCMD)、气隙膜蒸馏（AGMD）、气扫式膜蒸馏（SGMD）、真空膜蒸馏（VMD）。 （1）直接接触式膜蒸馏（DCMD）这种装置相对简单，两侧的液体直接与多孔膜的表面接触，蒸汽的扩散路径仅仅局限于膜的厚度。它是出现最早也是研究最广泛的膜蒸馏过程，但其热损耗也最大。由于有较大的渗透量，颇受研究者重视，较适用于主原料是水的情况，如海水或苦咸水脱盐或水溶液的浓缩，也有人用其浓缩水果汁、血液及废水处理等。 （2）气隙式膜蒸馏（AGMD）在冷凝面与膜表面之间有一停滞的空气隙存在，蒸汽穿过气隙后在冷凝面上冷凝。与前者相比，由于气隙的存在，减小了过程的热耗损，但是渗透通量低，结构复杂，且不适用于中空纤维膜，限制了商业推广。 （3）气扫式膜蒸馏（SGMD）结果与直接接触式膜蒸馏相似，不同之处在于，惰性气体将透过侧的蒸汽吹出，并在外部进行冷凝。这样可以减少热量损耗，加快传质。刘乾亮[1]等采用气扫式膜蒸馏法处理高浓度氨氮废水，重点考察了料液初始pH值、料液流量和吹扫气体流量等因素对处理效果的影响。结果表明：增大吹扫气体流量可促进氨氮的去除,有利于氨氮的传质和分离过程。 （4）真空膜蒸馏（VMD）的膜两侧气体压力差比其他膜蒸馏的膜两侧气体压力差大，因而比其他形式的膜蒸馏具有更大的蒸馏通量。宜于脱除水溶液中的挥发性溶质。唐娜[2]等采用PVDF中空纤维膜及PTFE微孔平板膜组件对反渗透海水淡化浓盐水的真空膜蒸馏过程进行了研究。连续运行的结果表明：温度是影响海水淡化浓盐水膜蒸馏过程的关键因素，对膜通量影响较大。 2.膜蒸馏组件
膜蒸馏过程探讨_吕晓龙
第30卷第3期膜科学与技术V o l.30N o.3 2010年6月M EM BR AN E SCI EN CE A ND T ECH N OL OG Y Jun.2010 专家论坛 膜蒸馏过程探讨 吕晓龙 (天津市中空纤维膜材料与膜过程重点实验室-省部共建国家重点实验室培育基地, 天津工业大学生物化工研究所,天津300160) 摘要:讨论了膜蒸馏涉及的膜材料特性.提出水膜阻力概念,认为疏水膜材料结构的优化与 膜蒸馏工艺有关.提出鼓泡膜蒸馏方法,在热流体中鼓入空气气泡,由气液两相流效应来强化 热流体的扰动.提出透气膜蒸馏方法,通过气体的吹扫夹带作用,使膜孔内水蒸气的传质由低 效的扩散转为高效的对流机理.提出曝气膜蒸发方法,利用不同温度的空气吸湿原理进行膜曝 气.将膜蒸馏过程与化学除硬度、超滤耦合,可除去结垢性钙镁离子;将膜蒸馏过程与气浮絮凝 过程耦合,可除去有机污染物,实现高倍率浓缩.提出多效膜蒸馏方法,膜组件兼有蒸发与换热 功能,使膜蒸馏过程中的水蒸气冷凝与原水加热过程耦合,可以实现低成本的膜蒸馏过程. 关键词:膜蒸馏;疏水膜;超疏水性;水膜阻力;膜过程;工艺耦合 中图分类号:T Q028.8文献标识码:A文章编号:1007-8924(2010)03-0001-10 在高收率海水淡化、工业循环冷却水和反渗透浓水的零排放、高效节能化工浓缩等领域,都涉及高盐度水的深度浓缩问题,尤其是高盐度难处理工业废水的排放问题日益被关注,其零液体排放是未来深度水处理技术的发展方向.膜蒸馏(membrane distillation,MD)是传统蒸馏工艺与膜分离技术相结合的一种液体分离技术,膜蒸馏过程是热侧液体的水分子蒸发汽化,穿过疏水膜的微孔,水相中非挥发性的离子和分子等溶质则不能透过疏水膜,从而实现溶液分离、浓缩或提纯的目的.膜蒸馏是有相变的膜过程,同时发生热量和质量的传递,传质的推动力为疏水膜两侧透过组分的蒸汽分压压差. 膜蒸馏过程的特征[1]:使用疏水性微孔膜,分离膜至少有一个表面与所处理的液体接触,且不能被所处理的液体润湿,传质推动力是液体中可汽化组分在膜两侧气相中的分压差.相对于其它的分离过程,膜蒸馏的优点主要有:(1)对液体中的离子、大分子、胶体等非挥发性溶质能达到100%的截留; (2)操作温度比传统的蒸(精)馏低;(3)操作压力远低于反渗透过程;(4)与传统的蒸馏设备相比,无蒸发器腐蚀问题,设备体积小,造价低.由于疏水膜材料与膜蒸馏工艺技术的进步,膜蒸馏技术日益显示出其在水处理领域高度浓缩方面的应用潜力,成为了膜领域中最被研究关注的热点方向之一,近年来有多篇综述性文章发表[2-5],在疏水膜材料[6-11]、膜蒸馏工艺[12-21]方面开展了深入研究,并且在水中有用物的回收浓缩[22-27]方面开展了膜蒸馏技术的实际应用研究,本课题组近年来也开展了一些相关研究工作[28-34]. 由于膜蒸馏是一个有相变的膜分离过程,在膜蒸馏的工艺设计上,必须考虑系统的保温与热能回收,否则运行费用较高.目前膜蒸馏技术还未能大规模工业化应用,主要是因为在疏水膜材料的亲水化渗漏、膜组件结构设计与干燥方法、膜蒸馏工艺流程优化与系统集成、蒸汽相变热回收、加热与废热利用方式等一系列膜蒸馏环节上均有待于提高.结合本课题组在膜蒸馏方面已开展的研究工作,本文就膜蒸馏过程的一些问题进行探讨. 收稿日期:2010-01-06 基金项目:863课题工业循环冷却水膜集成净化过程研究(2008AA06Z303);天津市重点基金课题废水浓缩减排与淡化再利用技术研究(09JCZDJC26300) 作者简介:吕晓龙(1964-),男,山西省忻州市人,博士,博士生导师,从事中空纤维分离膜制备与膜分离过程研究, E-mail:luxiao lo ng@https://www.360docs.net/doc/694193636.html,
膜蒸馏法浓缩反渗透浓水的试验研究
膜蒸馏法浓缩反渗透浓水的试验研究 孙项城1 ，王 军1，侯得印1，王宝强2，栾兆坤 1（1．中国科学院生态环境研究中心，北京100085；2．中国矿业大学化学与环境工程 学院，北京100083）摘 要： 采用直接接触式膜蒸馏法浓缩处理反渗透浓水，系统研究了未经预处理、酸化预处 理和阻垢预处理后的反渗透浓水在膜蒸馏浓缩过程中产水电导率、产水通量和膜污染的变化规律。 试验结果表明，在三种膜蒸馏试验中，膜蒸馏的脱盐率均稳定。未经预处理的反渗透浓水在膜蒸馏过程中产水通量下降迅速，膜表面CaCO 3污染是其主要原因。酸化预处理在一定程度上延缓了膜蒸馏浓缩过程产水通量的衰减，但随着浓缩过程的进行，仍然有沉积物在膜表面形成，导致通量下降。经阻垢预处理后膜蒸馏浓缩过程的膜通量比较稳定。这是因为阻垢预处理在一定程度上预防了难溶盐在膜表面的沉积，减缓了膜污染。对经阻垢预处理后的反渗透浓水保持浓缩倍数为3，在112h 的长周期运行中产水电导率稳定在5μS /cm 以下，且产水通量下降缓慢，至试验结束时产水 通量为13．9kg /（m 2 ·h ），较初始通量只下降了10．9%。 关键词：膜蒸馏；反渗透浓水；膜污染；阻垢；浓缩中图分类号：X703文献标识码：A 文章编号：1000－4602（2011）17－0022－05 基金项目：国家高技术研究发展计划（863）项目（2009AA063901）；国家自然科学基金资助项目（20907066） Study on Concentration of Reverse Osmosis Concentrate by Membrane Distillation SUN Xiang-cheng 1，WANG Jun 1，HOU De-yin 1，WANG Bao-qiang 2，LUAN Zhao-kun 1 （1．Research Center for Eco-Environmental Sciences ，Chinese Academy of Sciences ，Beijing 100085，China ；2．School of Chemical and Environmental Engineering ，China University of Mining and Technology ，Beijing 100083，China ） Abstract ： Direct contact membrane distillation （MD ）was applied in concentration of reverse os-mosis （RO ）concentrate．RO concentrates without pretreatment ，with acidification pretreatment and anti-scalant pretreatment were employed as the feed of MD concentration process to investigate the differences in permeate conductivity ，permeate flux and membrane fouling．The results show that in all the MD processes ，the salt rejection rate is stable．When reverse osmosis concentrate is used directly as feed ，the permeate flux is diminished rapidly ，and CaCO 3scaling is the major reason of permeate flux decline．A-cidification pretreatment prevents permeate flux decline to some extent．However ，with increasing of con-centration factor ，the flux declines seriously ，this is also caused by scaling in MD process．Antiscalant pretreatment can relieve permeate flux decline by reducing deposition of insoluble salts on membrane sur-face．A 112h continuous MD desalination experiment of RO concentrate with antiscalant pretreatment was carried out with concentration factor at constant 3，the permeate conductivity is less than 5μS /cm ， 第27卷第17期2011年9月 中国给水排水 CHINA WATER ＆WASTEWATER Vol．27No．17Sep．2011
膜蒸馏技术
膜蒸馏的研究现状及进展 李小然，尚小琴 (广州大学化学化工学院，广东广州510006) 摘要：膜蒸馏是20世纪八十年代才引起人们重视的新型膜分离技术。是一种以蒸汽压差为推动力的新型分离技术。本文主要对膜蒸馏的机理、用膜、传热机理、影响因素、过程优化、进行了讨论，同时介绍了膜蒸馏在海水淡化、超纯水的制备、水溶液的浓缩与提纯、共沸混合物的分离、废水处理治理等中的应用，并在此基础上提出了膜蒸馏的发展方向。 关键词：膜蒸馏；分离技术；机理；应用；发展 Research status and progress of membrane distillation LiXiaoRan,Shang XiaoQin (School of Chemistry and Chemical Engineering, Guangzhou University, Guangzhou 510006) Abstract：Membrane distillation is a new type of membrane separation technology in the eighty's of twentieth Century.Is a kind of new separation technology with the steam pressure difference as the driving force.In this paper, the mechanism of membrane distillation、membrane、heat transfer mechanism、influencing factors、process optimizationis discussed,At the same time, it introduces the membrane distillation in seawater desalination, preparation of ultra - pure water, water solution concentration and purification, total of azeotropic mixture separation, waste water treatment, etc. in the application, and based on this, proposed the development direction of the membrane distillation. Key words：membrane distillation;isolation technique;mechanism;application;development 1膜蒸馏技术的原理 膜蒸馏是膜技术与蒸馏过程相结合的分离过程。膜的一侧与热的待处理溶液直接接触(称为热侧)，另一侧直接或间接地与冷的水溶液接触(称为冷侧)，热侧溶液中易挥发的组分在膜面处汽化通过膜进入冷侧并被冷凝成液相，其他组分则被疏水膜阻挡在热侧，从而实现混合物分离或提纯的目的[1]。膜蒸馏过程必须具备以下特征以区别于其它膜过程[2]：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中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。 2膜蒸馏的分类 根据扩散到膜冷凝侧蒸汽冷凝方式的不同，膜蒸馏分为多种类型，如直接接触膜蒸馏(DCMD)、气隙膜蒸馏（AGMD）、气扫式膜蒸馏（SGMD）、真空膜蒸馏(VMD)，如图1所示。DCMD结构简单，渗透量较大，颇受研究者重视，较适用于主原料是水的情况，如海水或苦咸水脱盐或水溶液的浓缩，也有人用其浓缩水果汁、血液及废水处理等[3-6]。AGMD具有热效率高及从水溶液中脱除挥发
膜蒸馏分离技术研究进展
膜蒸馏分离技术研究进展 吴国斌3 戚俊清 吴山东 (郑州轻工业学院材料与化工学院) 摘 要 综述了膜蒸馏技术的基本原理与膜蒸馏形式、研究历史与现状、传质机理与模型以及最新应用情况,并对其存在的问题和应用前景作了分析。 关键词 膜蒸馏 分离 研究进展 理想膜 应用前景 1 引言 膜分离是近20年迅速发展的重要的化工操作单元,其应用已从早期的脱盐发展到化工、食品、医药、电子等工业的废水处理、产品分离和生产高纯水等。膜蒸馏(M D)提出于1967年,20世纪80年代开始发展,至今已在不少领域取得可喜的研究成果,尤其在水溶液的分离中更具有优越性,特别是近些年来适合膜蒸馏用的疏水膜的研制成功,使膜蒸馏过程的开发和应用得到了进一步的发展。 111 膜蒸馏基本原理及形式 膜蒸馏是膜技术与蒸发过程相结合的膜分离过程,其所用的膜为不被待处理的溶液润湿的疏水微孔膜。膜的一侧与热的待处理的溶液直接接触(称为热侧),另一侧直接或间接地与冷的水溶液接触(称为冷侧)。热侧溶液中易挥发的组分在膜面处汽化,通过膜进入冷侧并被冷凝成液相,其他组分则被疏水膜阻挡在热侧,从而实现混合物分离或提纯的目的。膜蒸馏是热量和质量同时传递的过程,传质的推动力为膜两侧透过组分的蒸汽压差。因此,实现膜蒸馏必须有两个条件:(1)膜蒸馏必须是疏水微孔膜;(2)膜两侧要有一定的温度差存在,以提供传质所需的推动力。 根据膜下游侧冷凝方式的不同,膜蒸馏可分为四种形式[1]:直接接触膜蒸馏(DC M D)、气隙式膜蒸馏(A G M D)、吹扫气膜蒸馏(SG M D)和真空膜蒸馏(VM D)。 112 膜蒸馏技术的研究历史及现状 早在20世纪60年代就开始了较系统的膜蒸馏研究。美国的Bodell[2]于1963年申请了膜蒸馏技术专利,专利中他将膜蒸馏描述为“一种将不可饮用含水流体转化为可饮用水的装置和技术”;同时,他还指出可用抽真空的方式将渗透蒸汽从装置中移走来提高效率,但受到当时技术条件的限制,他并没有给出所用膜的结构和孔径的大小,只说该膜仅能被蒸汽透过而不能被水透过,并未给出结果和定量分析。 1964年,美国的W eyl[3]发现采用空气填充的多孔疏水膜可在蒸汽压系统内从含盐水中回收去离子水,这种可提高脱盐效率的发现于1967年被授予美国专利。W eyl建议,将热的溶液与冷的渗透物与膜直接接触以消除气隙,采用厚312mm、孔径9Λm、孔隙率42%的PT FE膜,W eyl当时获得了1kg (m2?h)的通量,但距当时的反渗透5175kg (m2?h)的通量有较大的差距,因此60年代后期人们对膜蒸馏的兴趣逐渐减弱。 1971年F indley[4]第一个将膜蒸馏的研究成果公开发表,尽管F indley的实验装置和步骤相当粗糙,但还是定性地确定了膜空隙中空气的存在、膜的厚度、导热热损失和孔隙率对膜蒸馏的影响,并且预言若能找到低价位、耐高温、长寿命的理想膜,不但可以用来处理海水,而且这种膜蒸馏也一定是一种非常经济的蒸发方法。此外,科学家们在过程及组件设计方法上也一直在做着研究并且努力使其商业化[5],但由于膜材料、水通量等方面的原因还不能保证它占据诸多应用领域,因而一直难以商业化。由于其商业化的最大阻碍 3吴国斌,男,1981年3月生,硕士研究生。郑州市,450002。
面向应用的膜蒸馏过程再探讨_吕晓龙
第31卷 第3期膜 科 学 与 技 术V o l.31 N o.3 2011年6月M EM BRAN E SCI EN CE A ND T EC HN O LOG Y Jun.2011 面向应用的膜蒸馏过程再探讨 吕晓龙 (中空纤维膜材料与膜过程国家重点实验室培育基地, 天津工业大学生物化工研究所,天津300160) 摘 要:讨论了膜蒸馏涉及的膜材料特性和应用中面临的问题.膜蒸馏过程实质属于传热控 制过程,研究膜蒸馏过程的重点在于研究膜蒸馏过程中热量的传递与回收.吸收膜蒸馏传质过 程无相变热损失,疏水膜兼具有传质与导热双重作用.采用曝气膜蒸馏工艺对反渗透浓水进行 了连续高倍率浓缩,膜组件没有发生亲水化和膜污染问题,说明曝气膜蒸馏工艺在高盐度、易 结垢的废水深度浓缩方面具有较好的应用潜力.水膜阻力本质是气体穿过多孔膜表面的气/液 两相界面所需克服的界面张力,除了与膜材料本体特性、膜表面结构等因数有关外,还与气体 传输方向有关.与传统中空纤维膜相比,设计的异形中空纤维多孔膜,断裂强力有很大的提高. 将热泵技术与减压膜蒸馏过程耦合,热泵制热系数COP与蒸发器流速、冷凝器流速和膜蒸馏 通量之间存在显著相关性. 关键词:膜蒸馏;疏水膜结构;汽化热回收;疏水膜干燥 中图分类号:TQ028.8 文献标识码:A 文章编号:1007-8924(2011)03-0096-05 由于疏水膜材料与膜蒸馏工艺技术的进步,膜蒸馏技术日益显示出其在水处理领域高度浓缩方面的应用潜力.目前膜蒸馏技术还未能大规模工业化应用,主要是因为在疏水膜材料的亲水化渗漏、膜组件结构设计与干燥方法、膜蒸馏工艺流程优化与系统集成、蒸汽相变热回收、加热与废热利用方式等一系列膜蒸馏环节上均有待于提高.结合本课题组在膜蒸馏方面已开展的研究工作,本文在前文[1]的基础上,就膜蒸馏过程在应用中面临的一些问题进一步进行探讨. 1 关于膜蒸馏过程 1.1 吸收膜蒸馏 按照疏水膜透过侧蒸汽的不同收集方式,常见的有4种膜蒸馏工艺过程:直接接触膜蒸馏(DC-M D)、空气隙膜蒸馏(AGMD)、减压膜蒸馏(VMD)和气扫膜蒸馏(SGM D).该4种过程均存在气化潜热丧失问题,致使能耗高.近年来,又提出了渗透膜蒸馏(Osmotic distillation,简称OM D),主要用于果汁、红酒等物料的浓缩操作[2-5].在一定的温度下,当疏水性分离膜两侧温度相同时,在疏水性分离膜两侧形成了水分子液态—气态—液态的两相平衡,不会发生水分子在疏水性分离膜两侧的传递.但当疏水性分离膜另一侧为对水分子有高度吸收作用的某种吸收剂时,由于化学位差的作用,气态水分子则被吸收进入吸收剂中,完成水分子的传质过程.对于传热过程而言,水分子在膜的料液侧吸热汽化,扩散通过疏水性分离膜的膜孔后,在膜的吸收液侧液化,在膜的另一表面释放出相变热,通过分离膜的热能传导回输作用,保持热能平衡.传质驱动力为水分子在疏水性分离膜两侧不同液体表面的蒸汽分压差,传质速度与膜面温度和吸收液的吸收能力(水合能 收稿日期:2010-12-10 基金项目:“863”课题工业循环冷却水膜集成净化过程研究(2008A A06Z303);天津市重点基金课题废水浓缩减排与淡化再利用技术研究(09JCZD JC26300) 作者简介:吕晓龙(1964-),男,山西省忻州市人,博士,博士生导师,从事中空纤维分离膜制备与膜分离过程研究. 〈luxiaolong@https://www.360docs.net/doc/694193636.html,〉
膜蒸馏
膜蒸馏技术 在海水淡化中的应用
引言 据国家海洋局发布的《2014年全国海水利用报告》指出，2014年全国海水淡化共实现增加值14亿元，比上年增长12.2%；海水淡化国际合作取得新进展，亚太脱盐协会秘书处落户我国。全国已建成海水淡化工程总体规模不断增长，截至2014年底，全国已建成海水淡化工程112个，产水规模达到日产92.69万t，最大海水淡化工程规模为日产20万t。在已建成的海水淡化工程中，淡化海水用作工业用水的工程规模为每天58.73万t，占总工程规模的63.35%[1]。随着海水淡化技术在全国范围内的推广，我国水资源短缺问题将得到很好的解决。作为海水淡化的潜在技术之一，近年来膜蒸馏（Membrane distillation，MD）技术得到了学术研究者和工业界的广泛重视，在膜蒸馏工艺、膜蒸馏材料等方面取得了显著的进展[2]。 传统意义上的膜蒸馏过程，是利用疏水膜两侧可透过组分的蒸汽分压差，使热侧料液的水分子蒸发汽化，透过疏水膜孔以实现传质，液体则在界面张力的作用下不能透过疏水膜，从而实现料液的分离与浓缩目的。膜蒸馏过程存在有热相变的过程，膜蒸馏分离过程中会同时存在传热过程和传质过程，膜通量的主要控制因素则是热传导过程。根据冷侧挥发组分蒸汽冷凝方法或排除方法不同, 可分为: 直接接触膜蒸馏(DCMD) 、空气隙膜蒸馏(AGMD) 、吹扫气膜蒸馏( SGMD) 和真空膜蒸馏(VMD) 。最早用于膜蒸馏的膜材料有纸、胶合板、玻璃纤维、赛璐玢、尼龙和硅藻土等, 其中大部分用硅树脂、特氟龙或防水剂处理以得到所需要的疏水性。随着膜蒸馏分离技术的不断发展及新型膜制造技术的不断涌现, 用于膜蒸馏的膜材料也推陈出新, 上世纪80 年代早期制备的空隙率高达80%、厚度为50μm 的膜材料, 比起Findley 在20 世纪60 年代用的膜, 渗透率提高了100倍。从膜的理化性质和商业化来考虑, 现在膜材料用得较多的有聚四氟乙烯( PTFE) 、聚
膜蒸馏_结晶技术的研究现状和发展前景
第7卷第3期环境污染治理技术与设备 Vol.7,No.32006年3月Techniques and Equi pment for Envir on mental Polluti on Contr ol Mar.2006 膜蒸馏2结晶技术的研究现状和发展前景 郭宇杰1 栾兆坤1 陈 静2 范 彬 13 (11中国科学院生态环境研究中心,北京100085;21中国矿业大学化学与环境工程学院,北京100083) 摘 要 膜蒸馏2结晶工艺是一种新的回收纯物质方法,尤其从废水中分离出晶体。对于膜蒸馏2结晶技术进行了综 述,介绍了膜蒸馏2结晶技术的优点,以及工艺控制的关键技术。概述了膜蒸馏2结晶的起源和国内外研究现状,指出了膜蒸馏2结晶在高浓度无机盐废水中应用的优势,预测其在该方向上很好的发展前景。 关键词 膜蒸馏2结晶 膜蒸馏 高浓度无机盐废水 结晶 中图分类号 X506 文献标识码 A 文章编号 100829241(2006)0320019206 The presen t situa ti on and prospects of m em brane d istill a ti on 2cryst a lli za ti on techn i que Guo Yujie 1 Luan Zhaokun 1 Chen J ing 2 Fan B in 1 (11Research Center f or Eco 2Envir onmental Sciences,Chinese Acade my of Sciences,Beijing 100085; 21School of Che m ical and Envir onmental Engineering,China University of M ining and Technol ogy,Beijing 100083) Abstract Me mbrane distillati on 2crystallizati on is a new method of recovering materials es pecially fr om waste water .The technique of me mbrane distillati on 2crystallizati on is intr oduced in this paper .The advantages and the sticking points in operati on are als o described .The origin and the p resent situati on of me mbrane distil 2lati on 2crystallizati on are su mmarized fr om full and accurate literatures .It is pointed that app licati on of this tech 2nique in high concentrati on inorganic salt waste water has p r om ising p r os pect . Key words me mbrane distillati on 2crystallizati on;me mbrane distillati on;high concentrati on inorganic salt waste water;crystallizati on 资助项目:国家“863”高技术研究发展计划资助项目(2002AA601310)收稿日期:2004-12-25;修订日期:2005-09-22 作者简介:郭宇杰(1973～),女,博士研究生,主要从事膜分离技术 研究工作。 3通讯联系人,E 2mail:fanbin@rcees .ac .cn 1 膜蒸馏 1.1 膜蒸馏的起源及优点膜蒸馏是一种用疏水性微孔膜将2种不同温度的溶液分开,利用膜孔两侧气相中的组分的分压差为传质驱动力,从而完成传质的一种膜分离技术。20世纪60年代Findley 首先在其专利中描述了这种分离技术,但由于没有合适的膜材料,70年代陷入低潮。80年代之后,随着膜材料工业的发展,膜的开孔率达到80%,厚度仅为50μm ,膜的通量提高 了100倍,膜蒸馏又开始引起人们的重视[1,2] 。随后科研人员在膜材料的制作[3～5] 、膜组件的优化 [6,7] 、传质传热的机理及数学模型的建立 [8～10] 等 进行了详细深入的研究,取得了较大的进展。与传统的分离过程相比,膜蒸馏具有如下优势[2,3,11]:(1)膜蒸馏在常压下操作,比其他压力驱动的膜分离过程对设备和膜的机械性能要求低;(2)操作温度远低于溶液的正常沸点,相对于常规 的蒸馏过程,可以采用非金属设备,既节约能耗,也降低了设备成本,减小了腐蚀;(3)所采用的疏水性 微孔膜一般为聚丙烯(PP )、聚四氟乙烯(PTFE )和 聚偏氟乙烯(P VDF )等,具有极好的化学稳定性,耐 酸碱、 抗氧化,很难溶胀或溶解;(4)疏水性微孔膜的完好的疏水性可以很好地抵抗亲水性物质的污染,而且易于清洗;(5)能够完全截留溶液中非挥发 性物质,理论上可以达到100%的截留率。 1.2 膜蒸馏的主要应用范围膜蒸馏的基本过程为在料液侧得到非挥发性物质的浓缩液,同时在馏出液侧得到高纯度的挥发性 物质。在最初阶段,开发膜蒸馏的主要目的是用于海
膜蒸馏
膜蒸馏过程的工艺流程综述 化工81 王改成学号：07038018 摘要：通过查阅近年来发表的有关文献，较全面地综述了新型分离技术——膜蒸馏过程的基本概念、特征、优缺点，并从传质机理、传热机理等方面，对膜蒸馏技术的研究现状进行归纳总结．在此基础上，总结了目前膜蒸馏技术主要应用的几个方面，最后对膜蒸馏技术进行了总结。 关键词：膜蒸馏；传质机理；传热机理；膜通量 前言:膜蒸馏技术早在20世纪60年代中期就由M E Findley提出，并在国际上开始了较系统的研究，但由于受到当时技术条件的限制，膜蒸馏的效率不高。在随后的一段时间里出现一些专利对该技术进行改进，但在20世纪60、70年代膜分离研究者致力于采用反渗透、超滤、微滤等膜技术来解决水处理问题，膜蒸馏一直没有引起人们的足够重视，直到20世纪80年代初由于高分子材料和制膜丁艺技术的迅速发展，膜蒸馏才显示出其实用潜力。20多年来对膜蒸馏这一新型膜分离过程的研究不断深入，虽然至今还未见大规模工业生产应用的报道，但无论在传质、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，一些与膜蒸馏相关的膜过程相继出现并同样引起人们的重视。本文第一部分介绍膜蒸馏的特征、优点和缺点，第二部分介绍最新研究进展和应用研究情况，第三部分介绍膜蒸馏研究和发展方向。 1.膜蒸馏的特征、优点和缺点 1.1膜蒸馏的特征 膜蒸馏是一种新型的分离技术，是一种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，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
膜蒸馏的研究进展
《进展与综述》 膜蒸馏 *** （********,****,*****,******） 摘要：膜蒸馏是一种热驱动的新型分离技术，可使蒸汽分子在膜两侧的压力梯度作用下通过膜孔迁移至膜外侧并冷凝下来。它是一种以蒸汽压差为推动力,与传统蒸馏方法和其他膜分离技术相比,具有运行压力低、运行温度低、分离效率高等优点,可充分利用太阳能、废热和余热等热源。本文简要介绍了膜蒸馏的发展背景，膜蒸馏的原理和膜蒸馏所用的材料以及直接接触式、气隙式、气扫式、真空式等几种主要膜蒸馏装置的特点，综述分析了膜蒸馏的相关研究进展以及膜蒸馏技术的一些应用。最后，对膜蒸馏技术未来发展的展望。 关键词：膜蒸馏; 膜; 分离; 脱盐 Membrane distillation *** (************,***, *****, *****) abstract:Membrane distillation is a new type of thermal drive technology that allows vapor molecules to migrate through the membrane pores to the outside of the membrane and condense them under the pressure gradient on both sides of the membrane. It is a kind of steam pressure difference as the driving force, compared with the traditional distillation method and other membrane separation technology, with low operating pressure, low operating temperature, high separation efficiency advantages, can make full use of solar energy, waste heat and waste heat and other heat sources. In this paper, the development background of membrane distillation, the principle of membrane distillation and the materials used in membrane distillation and the characteristics of several kinds of main membrane distillation devices such as direct contact, air gap, air sweep and vacuum are briefly introduced. Related research progress and some applications of membrane distillation technology. Finally, the future development of membrane distillation technology outlook. Key words:membrane distillation; membranes; separation; desalination 1.引言 20世纪60年代前，膜蒸馏技术就已经在国际上开始了较系统的研究，但由于受到技术条件的限制，膜蒸馏的效率不高。20世纪60、70年代，膜分离研究者致力于采用反渗透、超滤、微滤等膜技术来解决水处理问题，膜蒸馏一直没有引起人们的足够重视。20世纪80年代初由于高分子材料和制膜工艺技术的迅速发展，膜蒸馏才显示出其实用潜力。近几十年来对这一新型膜分离过程的研究不断深入，虽然至今还未见大规模工业生产应用的报道，但无论在传质、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，一些与膜蒸馏相关的膜过程相继出现并同样引起人们的重视。 2.膜蒸馏技术简介 膜蒸馏（MD）技术是一种非等温的物理分离技术，以疏水性多孔膜两侧的蒸汽压差为推动力，使热侧蒸汽分子穿过膜孔后在冷侧冷凝富集，可看作是膜过程与蒸馏过程的集合。作为一种新型的高效分离技术，与传统的蒸馏以及反渗透过程相比，具
膜蒸馏过程中的膜污染研究
文章编号：!""#$%&’(（’""!）")$""’!$") 膜蒸馏过程中的膜污染研究 阎建民! 延滨’马润宇’! （!*中科院化学研究所，北京!"""%"；’*北京化工大学化工学院，北京!"""’&）摘 要：考察了膜蒸馏用于脱盐时膜的污染情况，分析了不同无机盐对疏水膜的具体影响+未 处理的苦咸水含有难溶无机盐，膜蒸馏过程中膜表面会出现沉积物+沉积物会破坏膜的疏水性影响渗透液的质量，同时影响膜蒸馏传递过程，降低渗透通量+在无机盐浓度较低时，通过料液预处理剔除不溶物可以有效防止沉积物的出现+关键词：膜蒸馏；膜污染；脱盐中图分类号：,-"’%*% 文献标识码：. 膜的污染问题普遍存在于各类膜过程，是制约 膜技术工业应用的主要原因之一［!］+ 对于不同的膜过程，膜污染的表现和影响程度不尽相同+ 膜蒸馏实际运行中，膜的性能会随时间发生变化，一种典型的行为就是渗透通量随时间的变 化［’］+ 造成通量衰减的原因有很多，如浓差极化、吸附、膜表面凝胶层的形成等，所有这些原因对料液侧的传递过程形成新的阻力+同时膜蒸馏只能在膜孔道不被润湿的情况下才能进行，可以说，膜孔润湿（/0123$4566786 ）是膜蒸馏过程中最严重的膜污染+材料疏水性取决于膜表面单位面积的自由能+但平均的表面能并不能满意地描述一个真实的表面，若在分子尺度上一部分一部分地检验固体的表 面，局部的表面能可以变化很大［)］+ 即不能排除疏水膜的表面有疏水性差，甚至亲水的局部点，这些点有可能成为膜疏水性遭到破坏的内因+料液组份的沉积会降低膜的疏水性，并逐渐使料液充入膜孔+ 有表面活性的有机物会影响膜的疏水性能，这 已是不争的事实+9308:28［(］对有关情况做了深入的研究，;<3178［=］提出了料液预处理工艺，以剔除表面活性物质+而盐类沉积物对膜疏水性的影响不明显，不易造成膜的润湿，因此膜蒸馏常用于脱盐［>］及制备热敏性晶体产品［#］+ 但由于浓差极化及料液的加热，膜表面的盐浓度会长时间处于过饱和状态，考察 无机类污染物对膜性能的影响是很有必要的+ 苦咸水含有难溶无机盐，膜蒸馏过程中膜表面会出现沉积物+沉积物会破坏膜的疏水性，基于以上考虑，本文考察了膜蒸馏用于脱盐时膜的污染情况，分析了不同无机盐对疏水膜的具体影响+ !实验部分 通过实验研究了不（微）溶无机物对疏水膜的影响+需考察的操作参数有无机物类型、饱和度、有无固体悬浮物+通过测试渗透液的电导率确定膜疏水性被破坏的情况+由于不溶物容易堵塞中空纤维膜的管内流道，实验采用了平面膜组件+为便于监测渗透液质量，采用气隙式膜组件+ 膜蒸馏实验流程如图!所示+ 图!膜蒸馏实验装置流程图 !*制冷机；’*冷却液储槽；)*流量计；(*压力表； =*温度计；>*泵；#*调节阀；%*恒温加热水浴；&*放空阀 收稿日期：’"""$"%$!(；修改稿收到日期：’"""$!"$’" 基金项目：中澳机构合作项目（.>!） ，男，博士+!通讯联系人+第’!卷第)期膜科学与技术 E 5!+’! F 5+) ’""!年>月 """""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""G H G I J .F HK ;A H F ;H.F L,H ;M F N B N O P Q <8+’""! 万方数据