新膜及膜过程的研究现状及发展动向
陶瓷膜的开发现状及其发展前景
即在一个 圆截面上分 布着多 个通道 。一般 通道数 为 ７ １ ２ ０ 、９ ０ １年 １ ２月我 国有 关 方面 根 据市 场需 求 组织 研 发 陶瓷 用 一级 品工业 氧化铝 。 入一 氧 加 定量 的矿 化剂 充分 混匀 后 ．最于 高温 炉 中高 温煅烧 相转
作， 连接 密封 材料 必 须使用 铂 等稀 贵金 属 。 以 ， 所 电池成 本随之 大大增 加 。
目前中 国科 技大学 无机膜 研究 所 已经研制成 功 的新
型 中温 陶瓷 膜燃 料 电池 （Ｍ Ｃ ， Ｃ Ｆ ） 是一 种 以陶瓷 膜 作 为电
了 阐述 。
关健词 陶 瓷 膜 。 用 前 景 ， 取 技 术 应 制
ｉ 国际陶瓷膜 的发展 状况
陶瓷 膜 的研 究 始于 ２ ０世纪 ４ ０年代 ，其发 展 可分 为
银及 其合金膜 、 钙钛 矿 型混合 导体 膜 等 ． 高 温气体 分离 在 和膜反应 等领域有 着广 阔的应用前 景 。 在 发展液 体分 离膜 的 同时 ，无机 膜 因其优 异 的材料
好 的机械性 能。
２ 我 国 陶 瓷膜 的开 发 现 状
“ 五” 间 ， 国家重 点 科 技攻 关 项 目、 九 期 在 国家 “ ６ ” ８ ３
计划 、 国家 自然科学基 金 等项 目的大力 支持 下 ． 南京 工业 大学 已成 功 开发 出陶瓷 微 滤 和超 滤 膜 规模 生 产技 术 ． 陶 瓷膜 产 品 已在 化 工 、 品工 业 、 食 医药 工业 、 环保 等 领 域推 广应 用 ． 目前 单 台陶 瓷膜设 备 的膜 面积 已达 到 ２ ０ 。初 ２ｍ 。
经过这 三个 阶段 的发展 ，无机 陶瓷 膜分 离技 术已初 步产业化 ，０世纪 ８ ２ ０年代初 期成功 地在法 国的奶 业和饮 料业（ 葡萄 酒 、 啤酒 、 果酒 ） 苹 推广 应用 后 ． 技术 和 产业 其 地 位逐 步确 立 ， 应用 也 已拓 展 至食 品工业 、 物 工程 、 生 环 境 工程 、 学工业 、 化 石油化 工 、 冶金 工业 等领域 。 为苛刻 成 条 件下精密过滤分 离的重要 新技术 镀 陶瓷 膜 由 Ｐ Ｔ １ ） Ｅ （２ 和陶 瓷 （ｉ 组 成 ， Ｓ Ｏ） 对这 种膜 的要求主要 是具有 良好 的透 明度 、 佳 的阻 隔性 、 良的 极 优 耐 蒸煮性 、 较好 的可透微 波性 、 良好 的环境 保 护性 以及 良
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 prospectsof membrane distillationFanliu 10991306 Environmental scienceABSTRACTIn 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 desalination1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。
生物膜法的应用现状及发展前景分析
生物膜法的应用现状及发展前景分析生物膜法的应用现状及发展前景分析引言生物膜法是一种利用微生物在固体载体上形成的生物膜来处理废水、废气和固体废弃物的技术。
生物膜法已经被广泛应用于废水处理、土壤修复、气体净化等领域。
本文将对生物膜法的应用现状进行分析，并展望其未来的发展前景。
一、生物膜法的应用现状1. 废水处理生物膜法在废水处理领域具有广泛应用。
其中最典型的例子就是生物滤池。
生物滤池利用生物膜附着在滤料上，通过微生物降解废水中的有机物和氨氮，从而达到净化水质的目的。
生物滤池在废水处理领域具有体积小、效率高、操作简单等优点，已被广泛应用于城市污水处理、工业废水处理等方面。
2. 土壤修复生物膜法在土壤修复领域也有重要的应用。
例如，生物土壤冶金法利用生物膜诱导土壤中的微生物降解、转化重金属污染物，可以有效修复受到重金属污染的土壤。
此外，生物土壤防护墙是一种利用生物膜形成的防护层保护土壤不受侵蚀和污染，已被广泛应用于农田保护、土地修复等方面。
3. 气体净化生物膜法在气体净化方面也有应用。
例如，生物滴滤塔利用生物膜固定在填料表面，通过气液交换和微生物降解的作用来去除废气中的有机物和臭味物质。
生物滴滤塔在城市垃圾处理厂、食品加工厂等废气处理中起着重要的作用，它既可以净化废气，又可以回收有价值的物质。
二、生物膜法的发展前景1. 提高治理效率目前，生物膜法在废水处理、土壤修复等领域取得了显著的成果，但仍存在着效率不高的问题。
今后，通过提高生物膜附着微生物的降解活性，优化膜材料和工艺流程，可以进一步提高生物膜法的治理效率。
2. 开发新型生物膜材料传统的生物膜法主要利用自然界存在的生物膜形成附着微生物的载体。
未来，可以借鉴纳米技术和材料科学的成果，开发出新型的生物膜材料，例如纳米纤维、离子液体等，以提高生物膜法的应用效果。
3. 结合其他技术生物膜法和其他技术的结合，可以提高废水处理、土壤修复等过程的效果。
例如，生物膜法可以与电化学技术结合，形成电子传递通路，加速有害物质的降解。
膜与膜过程_第一章_序论_2011年讲解
膜分离过程依据的物性差别
依分子大小的差别：如微滤（MF），超滤 （UF），反渗透（RO）， 气体分离（GS） 等
依电荷的差别：如电渗析（ED），膜燃料电 池，膜电解，双极膜过程 ，纳滤（NF）等
依与膜的亲和性或溶解性的差别， 如MF，部 分UF， RO， 液膜过程， GS， 以渗透气化 （PV）等
孔膜（无机膜 ，聚合物膜）两类。 液膜（乳化液膜、支撑液膜）
均相微孔膜
对称膜 无孔致密膜
荷电膜
非对称膜
支撑液膜
卷式膜元件
中空纤维膜元件
管式膜及装置
膜的分类（续）
按用途分：气相系统、气液系统、液液系统、 气固系统、液固系统、固固系统
按膜的作用机理分：
吸附性膜（多孔膜，反应膜） 扩散性膜（聚合物膜，金属膜，玻璃膜） 离子交换膜（阳离子交换树脂膜，阴离子交换树脂
膜） 选择渗透膜（渗透膜，反渗透膜，电渗析膜） 非选择性膜（加热处理的微孔玻璃，过滤型的微孔
膜。
1.4 膜过程及应用
1.4.1 膜过程
1 膜分离过程 特点：（1）两主体相不直接接触 （2）膜两侧形成两个相界面 （3）两主体相可互溶也可不互溶
2 膜接触过程 特点： （1）使用微孔或大孔膜 （2）膜主要起着固定两种互不相溶的主体 液相界面的作用 （3）这两种主体液相在膜孔内或在膜/主体 相边界处直接接触。
膜； 1968，N.N.Li（黎念之）发明液膜 1980，Cadotte发明界面聚合复合膜....
1.3 膜的分类
按材料分：
天然膜（生物膜、天然物质改性或再生而制成的膜） 合成膜（无机膜，高分子膜）
按膜结构分：
固膜分为对称膜和非对称膜两大类， 固膜也可分为多孔膜（微孔介质，大孔膜）和非多
膜生物学中的研究现状及未来发展趋势
膜生物学中的研究现状及未来发展趋势膜生物学是一门涉及细胞膜的生物学领域。
细胞膜是细胞内部与外部之间的重要界面。
细胞膜中包含着许多与生命过程密切相关的蛋白质、糖类和脂质等生物分子。
在膜生物学的研究中，科学家们利用多种手段来研究细胞膜的结构和功能。
本文将介绍膜生物学中的研究现状及未来发展趋势。
第一部分：膜生物学的历史细胞膜的发现可以追溯到19世纪50年代，当时科学家们发现细胞具有一层薄膜来包裹整个细胞。
在20世纪初期，生物学家们开始研究这层细胞膜的化学性质，发现细胞膜主要由脂质分子组成。
随着时间的推移，人们对细胞膜的了解越来越深入，膜生物学这门学科也逐渐形成。
随着科技的进步，膜生物学的研究范围不断扩大。
科学家们开始研究细胞膜中的蛋白质和糖类等分子。
他们利用多种技术手段，如光谱学、X射线衍射和电子显微镜等，来研究这些分子在膜中的分布和作用。
第二部分：膜生物学中的主要研究方向1. 膜蛋白的研究膜蛋白是细胞膜中最重要的成分之一。
膜蛋白具有丰富的生物学功能，可以在细胞膜上分子分子识别、信号转导和物质转运等方面发挥重要作用。
在膜生物学的研究中，科学家们利用多种技术手段，如晶体学和NMR等，来研究膜蛋白的三维结构和功能。
2. 细胞膜的脂质组成和结构膜生物学的另一个重要研究方向是研究细胞膜的脂质组成和结构。
细胞膜中的脂质主要有磷脂、鞘磷脂、甘油磷脂和胆固醇等。
这些脂质分子在细胞膜中起着重要的基础性质作用。
近年来，科学家们发现细胞膜中还存在许多非磷脂调节物质，如脂环素和色素等。
这些物质对细胞膜的结构和功能具有重要作用。
3. 细胞膜的信号转导细胞膜对外界刺激的反应是通过信号转导来实现的。
在膜生物学的研究中，科学家们关注细胞膜上的重要信号转导分子，如G蛋白、酪氨酸激酶和丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶等。
科学家们使用多种手段，如免疫印迹和免疫共沉淀等，来研究这些分子的功能和相互作用。
第三部分：膜生物学的未来发展趋势1. 多向度结构研究未来膜生物学的主要发展方向之一是多向度结构研究。
塑料薄膜的现状及未来五至十年发展前景
塑料薄膜的现状及未来五至十年发展前景塑料薄膜作为一种广泛应用于包装、农业、建筑等行业的材料，其原料的现状以及未来五至十年的发展前景备受关注。
本文将围绕这一主题展开，从原料的现状、技术创新以及市场需求等方面进行分析。
首先，我们来看一下塑料薄膜原料的现状。
目前市场上常见的塑料薄膜原料主要包括聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）等。
其中，聚乙烯是最常用的塑料薄膜原料之一，具有良好的透明性、耐寒性和抗撕裂性等特点，广泛应用于食品包装和农业覆盖膜等领域。
聚丙烯在塑料薄膜中也有重要地位，其优点在于具有较好的抗冲击性和耐高温性能，常用于电子产品包装和医疗器械包装等领域。
而聚氯乙烯则主要用于建筑行业的隔热膜和防水膜等。
然而，传统的塑料薄膜原料也面临一些问题，如可降解性差、环境污染等。
因此，未来五至十年，塑料薄膜原料的发展方向将主要集中在技术创新和环保可持续性上。
首先，技术创新方面将是塑料薄膜原料的关键发展方向之一。
在原料制备过程中，采用新的合成方法、催化剂和添加剂等，可以提高塑料薄膜的性能和品质。
例如，聚乙烯的主链结构可以通过控制反应条件和催化剂的选择来改变，从而调整其熔融指数和耐熔融性能。
此外，也可以综合利用生物质资源，研发新型可降解的塑料薄膜原料，以解决传统塑料薄膜的可持续性问题。
其次，环保可持续性是塑料薄膜原料发展的重要方向之一。
在当前环保意识日益提高的背景下，人们对传统的塑料薄膜原料产生了质疑。
因此，未来的发展将更加注重减少对环境的影响。
一方面，可以通过回收再利用塑料薄膜废弃物，减少资源浪费和环境污染。
另一方面，也可以开发新型可降解的塑料薄膜原料，提高产品的可持续性和环保性能。
例如，一些研究人员正在开发基于生物质的聚乳酸（PLA）和聚己内酯（PCL）等可降解材料，用于替代传统的聚乙烯和聚丙烯等塑料薄膜原料。
最后，市场需求也是塑料薄膜原料发展的重要驱动力。
包装行业的快速发展使得塑料薄膜原料需求不断增加，尤其是食品包装和电子产品包装等领域。
超滤膜技术的进展和应用前景
超滤膜技术的进展和应用前景一、引言随着工业化和城市化的加速发展，资源的消耗和生产的废水排放，给环境带来了很大的压力。
然而，随着科技的不断发展，新型的水处理技术如超滤技术不断出现，无疑成为了水资源可持续利用的一大利器。
超滤技术以其卓越的过滤效果和结构紧凑、易于维护等优势，越来越被广泛运用在水处理，食品和饮料，生物制药和生命科学等领域。
在这篇文章中，我们将探讨超滤技术的进展和应用前景，以及其面临的挑战和解决方案，最后预测超滤技术的市场前景和展望。
二、超滤技术的进展1. 超滤技术的发展历程和现状超滤技术最早出现于20世纪50年代，当时只是一种实验室级的技术。
其随后得到了快速的发展，特别是在30年代末期的医疗领域，广泛应用于治疗患有尿毒症等疾病的肾脏衰竭患者。
如今的超滤技术已广泛应用于各个领域，特别是水处理领域。
除此之外，超滤技术还被应用于农业、食品、能源和环境等领域。
2. 超滤膜材料的改进和性能提升超滤膜材料的改进和性能提升是超滤技术进展的重要方面。
常见的超滤材料包括聚丙烯，聚酰胺，聚醚砜等。
超滤膜材料的改进主要是为了增强其抗污染，高通量和低能耗等特性。
在超滤膜材料的选择和设计方面，最近的研究表示，设计多层结构的超滤膜可以提高膜的性能。
此外，还有部分研究试图利用纳米材料和复合材料的纤维制造技术来设计和制造高性能的超滤膜。
3. 超滤系统的集成化和自动化趋势随着超滤技术进一步发展，超滤系统的集成化和自动化趋势也变得越来越重要。
在集成化方面，将预处理和辅助设备与超滤系统集成在一起，可以将系统的占地面积降至最小，并提高整个系统的工作效率。
自动化则主要是通过自动化控制系统，对超滤过程进行精细化操作，提高生产效率，并降低管理和运营成本。
三、超滤技术的应用前景1. 水处理行业中的超滤技术应用超滤技术在水资源的处理和保护方面具有重要意义。
应用于水处理领域，不仅可以减少污染物的浓度和提高水质，而且在水源的去除和回收方面也有较好的表现。
cvd法制备金刚石薄膜的国内外发展现状及趋势
cvd法制备金刚石薄膜的国内外发展现状及趋势
金刚石薄膜是一种具有极高硬度、抗磨损和耐腐蚀性能的表面涂层材料。
CVD法是制备金刚石薄膜的主要方法之一，其基本原理是在高温高压下，使气相中的碳源分解生成自由基，通过化学反应在基底表面沉积金刚石晶粒。
随着科技的不断发展，金刚石薄膜在多个领域得到了广泛应用，如制造光学透镜、太阳能电池、微机电系统等。
目前，国内外对CVD法制备金刚石薄膜的研究已取得了一定的进展。
国外主要研究机构有美国阿肯色大学、德国马克斯普朗克研究所等；国内则有清华大学、中科院物理研究所等。
在金刚石薄膜的研究方向上，国内外存在一些差异。
国外研究主要集中在提高金刚石薄膜的光学透过率、制备大面积金刚石膜、开发低成本制备方法等方面；而国内则主要关注提高金刚石膜的附着力、制备超薄金刚石膜、研究金刚石膜的力学性能等方面。
未来，CVD法制备金刚石薄膜的研究方向将更加多元化，如在金刚石膜的应用领域上，将会涉及到电子学、生物医学等领域；在制备方法上，将会研究更加高效、环保的制备方式。
同时，随着材料科学和纳米技术的不断发展，人们对于金刚石薄膜的研究也将更加深入。
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①新膜及膜过程的研究现状及发展动向陈翠仙 余立新 戴猷元(清华大学化工系,北京,100084)摘 要 本文综述了双极性膜及其电渗析、膜蒸馏、膜萃取、无机膜等新膜及膜过程,简要说明其研究状况,应用前景和发展动向。
关键词:综述,双极膜,电渗析,膜蒸镏,膜萃取,无机膜1 双极性膜及其电渗析技术双极性膜是由具有两种相反电荷的离子交换层紧密相邻或结合而成的新型离子交换膜,是真正意义上的反应膜。
在直流电场作用下,双极性膜可以将水离解,在膜两侧分别得到氢离子和氢氧根离子。
利用这一特点,将双极性膜与其它阴、阳离子交换膜组合成的双极性膜电渗析系统,能够在不引入新组分的情况下,将水溶液中的盐转化生成相应的酸和碱,这种方法称为双极性膜电渗析法,它是一种新型的膜过程。
该过程的突出优点是,过程简单,能效率高,废物排放少。
它为物质资源的再生和回收,为某些酸和碱的分离和制备提供了清洁、高效、节能的新方法。
1.1 国外双极性膜的研究及应用在性能方面,优质双极性膜应具有低电阻、高选择性、高强度、化学稳定性好和长寿命等性能。
在结构方面,双极性膜可以直接由阴离子交换层和阳离子交换层构成两层结构,也可以在两层之间加入第三层物质以促进水的离解。
双极性膜材料的开发和成膜技术的改进,都致力于完善上述几方面的性能,研究的重点是寻求合适的制膜技术以实现双极性膜的特殊结构。
1.1.1 膜的研究及发展状况:自50年代中期出现双极性膜的研究报道以来,双极性膜的制备技术经过了50年代中期至80年代初的缓慢发展过程。
80年代中期,美国双极性膜在性能和应用上取得重大突破,国外双极性膜的研制工作取得了迅速发展,尤其是随着对双极性膜工作过程机理的深入研究,从膜结构、膜材料和制备过程上进行了重大改进,使制得的双极性膜在性能上有较大提高,其中主要是对阴膜与阳膜接触面的改进。
从最初简单的“层压型”结构到80年代初开始出现的“单片型”结构,随后又出现带有中间“界面层”的复杂结构,膜电压得到了逐步降低。
目前,国外已经有商品双极性膜出售。
在此领域内研究较深入的国家和地区有美国、日本、法国、前苏联和德国。
但商品化膜仍为数很少,且价格十分昂贵。
美国出售的双极性膜售价达2000U SD c m 2。
1.1.2 膜材料:双极性膜中的阴、阳离子交换层,既要能高效地把中间层的H +、OH -迁移到膜外溶液中,第22卷 第6期1996年12月 水处理技术 T ECHNOLO GY O F WA T ER TR EA TM EN T V o l .22N o.6D ec .,1996①收稿日期:96-08-26又必须能及时将溶液中的水分传递到中间层。
目前,研究的材料包括聚砜、聚苯乙烯、异戍乙烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物及含氟聚合物。
中间“界面层”的界面电阻与界面层厚度及其水的离解速率有关。
界面层厚度应尽可能薄,一般为几纳米。
界面层水的离解速率则与中间层组成密切相关。
目前所采用的中间层材料包括:聚乙烯基吡啶,聚丙烯酸、磷酸锆、阴、阳离子交换树脂等。
这些材料可单独或同时按不同比例混合使用。
1.1.3 双极性膜电渗析过程的应用:酸碱制备:双极性膜与阳膜和(或)阴膜配合使用可以实现离子交换反应,用于酸碱制备。
例如,用双极性膜和阳膜搭配形成的二室模型可以实现有机酸盐(葡萄糖酸钠,古龙酸钠等)向有机酸(葡萄糖酸、古龙酸等)的转化,同时得到碱液(N aOH)。
处于实验研究阶段,未见工业化报道。
环保方面的应用:用双极性膜和阳膜还可以实现N aH SO3向N a2SO3的转化,转化成的N a2SO3可以重新用于烟道气中SO2的吸收,又变成N aH SO3。
洗钢废酸液N aNO3和N aF的混合液可用双极性膜电渗析法转化为HNO3和H F,重新用于洗钢。
美国已经建立中试工厂。
用于电解领域:单独使用双极性膜可以进行电解反应。
比如,用双极性膜电解法生产亚硝基嘧啶会比传统的加硫酸电解法更加简便高效。
实验室研究阶段。
其他应用:双极性膜还有一些特殊的应用。
如将双极性膜反着使用,可以把氢离子和氢氧根离子反应成水的能量变为电能。
在电场下,双极性膜还可以起到分子筛作用,用于气体分离。
实验室研究阶段。
1.2 国内的研究状况国内双极性膜电渗析的研究开展较晚。
1992年清华大学化工系开展了双极性膜的研究;用双极性膜电渗析法进行制备有机酸,如葡萄糖酸、古龙酸的实验;对脱除烟气中SO2的废液N a2H SO3的再生进行了研究;开发了在V c生产中应用的新工艺。
研究表明,利用该技术将有机酸盐直接转化制备有机酸,可以克服传统方法中大量耗酸、过程复杂、能耗高、大量废液排放所造成的环境污染等问题。
华东理工大学、上海化工厂、江苏南通合成材料试验厂等单位也进行了双极性膜的制备工作。
但总的还处于实验研究阶段,膜的性能与国外相比还有较大差距。
表1所示是我国双极性膜与美国双极性膜的性能比较。
表1 不同双极性膜性能比较膜来源膜类型膜厚(Λm)主要性能指标电流密度(mA c m2)下对应的膜电压(V)数据来源美国双极性膜均相220100015自制均相25050115上海化工厂产非均相200010510清华大学化工系实测实验表明,美国双极性膜电阻小,膜电压低,离解水的能力强,因此转化所需的电耗就低,且膜性能稳定,可以实际应用。
而国产和自制双极性膜电耗高,最大电流密度远低于美国膜,且膜不耐久,不能在实际生产上应用。
803水处理技术第22卷 第6期 1.3 研究动向继续开发高性能的双极性膜,改进膜的制备工艺,降低膜的成本。
深入开展机理研究,研究膜中离子迁移及水传递的机理,指导膜材料的选择及膜的制备。
拓宽应用领域,推进工业化应用的步伐。
把双极性膜电渗析过程与反应过程耦合,例如与发酵过程耦合,提取发酵液中的有机酸,使发酵过程连续进行。
研究把双极性膜电渗析过程应用于非水体系,例如将CH 3CH 2OH 离解成CH 3CH 2O -和H +,用于CH 3CH 2ON a 生产等。
2 膜蒸馏膜蒸馏是膜技术与蒸发过程结合的新型膜分离过程。
其所用的膜为不被待处理水溶液润湿的微孔膜。
膜的一侧与热的待处理水溶液直接接触(即热侧),另一侧直接或间接地与冷的水溶液接触(即冷侧)。
热侧水溶液中的水在膜表面汽化后,以气态通过膜孔传递到冷侧,而液相的水溶液被多孔疏水膜阻挡留在热侧,从而实现与气相水分离的目的。
与常规的蒸发过程相比,膜蒸馏的显著特点是:单位体积的蒸发面积大(>1000m 2 m 3);产水纯度高;由于过程在较低温度(非沸腾状态)下蒸发,可以利用工业余热、地热、太阳能等廉价能源;过程在常压下进行,设备简单,操作方便;可以用来处理浓度极高的水溶液。
2.1 研究及应用状况膜蒸馏技术的开发研究只有十年左右的历史。
虽然早在60年代中期,美国内务部盐水局的报告上便作过介绍,但由于技术上的原因,直到1982年D .W .Go re 报导了以聚四氟乙烯卷式膜器用膜蒸馏法进行海水脱盐,接着1983年L .Carlsson 在第一届脱盐与水再利用国际会议上公布了海水脱盐的实验结果之后,才引起人们的重视。
我国和其他国家的研究人员,从过程的影响因素,传递机理及模型,过程的应用及经济评价等方面开展了研究,进行了大量的工作,陆续发表了许多研究论文,取得了可喜的成果。
对膜蒸馏机理的深入研究结果表明,膜蒸馏过程是热量和质量同时传递的过程,传质的直接推动力是膜两侧水蒸汽的分压差,膜孔内的传质过程是分子扩散和努森扩散的综合结果。
膜蒸馏所采用的膜有聚四氟乙烯膜、聚偏氟乙烯膜和聚丙烯膜。
微孔直径在011～1Λm 之间较为适宜,膜的开孔率应为50%以上,所用的膜装置有内冷或外冷的板框式、卷式、管式和中空纤维式组件。
膜蒸馏的应用主要在如下方面:水溶液浓缩,例如果汁、糖液、豆浆、明胶等的浓缩,对热敏性物质水溶液例如古龙酸水溶液,人参露等的浓缩具有独特的功效,可将溶液浓缩到很高的程度,甚至达到过饱和状态。
制取饮用水。
脱除水溶液中所含的其他挥发性物质,如氨和乙醇等。
除此之外,还有少量关于分离有机溶液(例如乙醇和羧酸的分离)的报导。
在饮用水方面的应用研究已经进入中试放大阶段。
日本和澳大利亚均建立了中试工厂,同时有产水量为10t d 的膜蒸馏制备饮用水的小型装置出售,其他方面的应用还处在实验室研究阶段。
应用研究表明,在进行海水淡化时,反渗透通常比膜蒸馏更为经济实用,尤其在规模比较大时更是如此。
Fanken 等人指出,只有在下面几种情况下膜蒸馏的特殊优势才能显示出来,即溶液的渗透压较高,反渗透不易进行;有可以利用的廉价热源或废热;操作规模较小等。
2.2 研究动向膜蒸馏的弱点是单程热效率较低,通常只有30～35%,这是障碍该过程大规模工业应用903第22卷 第6期 陈翠仙等,新膜及膜过程的研究现状及发展动向013水处理技术第22卷 第6期 的关键问题之一。
而热效率的提高同步与水通量的提高,因此,研究的优先课题就是提高膜蒸馏装置的水通量。
解决的途径有:(1)进一步研究新的膜材料;(2)开发新的过程,如研究采用真空膜蒸馏,在冷侧抽真空,以降低水蒸汽的分压,提高通量;又如研究采用渗透膜蒸馏,在膜下游侧通入浓的盐溶液,同样可降低膜下游侧的水蒸汽分压,提高通量;(3)研究进行热的回收、废热或太阳能的利用;(4)膜蒸馏过程与其他过程相耦合,以发挥其优势,如在乙醇发酵过程中,发酵液浓度一般在7%左右,浓度提不高的原因是高浓乙醇对酶活性的抑制。
如果用膜蒸馏过程将发酵液中的乙醇以较满意的选择性移出发酵系统,便可使发酵过程连续进行,同时冷侧得到较高浓度的乙醇水溶液较为干净,也使后续的蒸馏处理比较容易。
3 膜萃取膜萃取又称固定膜界面萃取,它是膜过程和液液萃取过程相结合的新型膜分离过程。
与通常的液-液萃取过程相比,膜萃取过程的传质是在分隔料液和溶剂相的微孔膜表面进行,不存在通常萃取过程中的液滴分散和聚合现象。
因此,该过程的特点是萃取剂选择范围宽,在料液中夹带损失小;过程不受“返混”的影响和“液泛”条件的限制;可实现同级萃取和反萃过程,采用萃合物载体促进迁移,提高传质效率;可以避免膜内溶剂的流失问题。
由于这些特点,使膜萃取在某些传统分离方法效率低下或束手无策的问题中显示出它的特殊优越性。
膜萃取技术的研究在国外是80年代初开始起步,国内清华大学化工系自1986年开始进行研究,十多年来研究工作取得较大的进展。
近几年来正围绕有关膜材料的性能及操作工艺、传质机理及过程强化、膜器的结构及放大、过程的应用等方面开展深入的研究,总的还处在实验室研究阶段。
3.1 膜材料的研究研究膜的溶胀及膜材料的浸润性能对膜萃取过程的影响是两个至关重要的问题。
膜的溶胀对萃取过程有许多不利的影响。
溶胀使膜的几何形状,孔隙率、孔径、孔弯曲因子等发生变化,也使膜的机械强度下降,传质阻力增大。