膜蒸馏热效率的研究
气隙式膜蒸馏技术研究现状和应用
化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2024 年第 43 卷第 4 期气隙式膜蒸馏技术研究现状和应用杜永亮1，2，梁卓彬1，2，龚耀煦1，2，毕豪杰1，2，徐志远1，2，苑宏英1，2，3（1 天津城建大学环境与市政工程学院，天津 300384；2 天津市水质科学与技术重点实验室，天津 300384；3基础设施防护和环境绿色生物科技国际联合研究中心，天津 300384）摘要：在低碳经济的发展背景下，膜蒸馏技术作为一种兼具优异分离性能和节能潜力的新型分离技术而备受重视。
气隙式膜蒸馏作为一种高热效率的膜蒸馏形式，其节能优势更为显著。
本文总结了国内外与气隙式膜蒸馏技术相关的研究进展，从传质传热模型、数值模拟和膜组件结构几个方面指出了膜蒸馏技术的主要研究方向。
重点介绍了膜蒸馏过程优化的研究和技术应用现状。
膜蒸馏过程优化包括通过膜组件结构设计优化、使用改性膜、外加物理场等方式以提高膜通量或减小膜污染。
在应用方面，气隙式膜蒸馏技术主要应用于海水淡化、高浓度工业废水处理和浓缩加工等领域。
关键词：气隙式膜蒸馏；膜组件；膜分离；数值模拟；结构优化；废水处理中图分类号：TQ028.8 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2024）04-1655-12Air gap membrane distillation research status and applicationsDU Yongliang 1，2，LIANG Zhuobin 1，2，GONG Yaoxu 1，2，BI Haojie 1，2，XU Zhiyuan 1，2，YUAN Hongying 1，2，3(1 School of Environmental and Municipal Engineering, Tianjin Chengjian University, Tianjin 300384, China; 2 Tianjin KeyLaboratory of Aquatic Science and Technology, Tianjin 300384, China; 3 International Joint Research Center forInfrastructure Protection and Environmental Green Biotechnology, Tianjin 300384, China)Abstract: As a new separation technology with excellent separation performance and energy savingpotential, membrane distillation has attracted much attention under the background of the low-carboneconomy. As a form of the membrane distillation with high thermal efficiency, air gap membrane distillation has more significant energy saving advantages. This paper summarized the domestic and international research progress related to air-gap membrane distillation, and the main research directions of membrane distillation technology were pointed out from the mass and heat transfer model, numericalsimulation and membrane module structure. The current status of research and technology application for membrane distillation process optimization was highlighted. Membrane distillation process optimization included improving membrane flux or reducing membrane contamination through membrane module structural design optimization, the use of modified membranes, and the application of physical fields. In terms of technology application, air-gap membrane distillation technology could be applied mainly in the fields of seawater desalination, high concentration industrial wastewater treatment and concentration processing.综述与专论DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0715收稿日期：2023-05-04；修改稿日期：2023-08-29。
直接接触式膜蒸馏不同操作温度下的能耗分析研究
ｓ ｓｅ ｉ ｖ ｒ５ ｅ ｃ ｎ ａ ｆｔ ｅｔ ｔ ｘ ｒ ｙ ｌ ｓ ｅ ｒ ｓａ ｏ ｅ ５ ｙ ｔｍ ｓｏ ｅ ０ ｐ ｒ ｅ ｔｇｅｏ ｏ ａ ｅ ｅ ｇ ｏ ｓｗｈ ｎ Ｔ ｂ ｖ ５℃ ， ｈ ｌ ｉ ｗｈｉ ｈ ｘ ｒ ｙ ｌ ｓ ｎ ｍ ｅ ｂ ａ ｅ ｌ ｔ ｅ ｅ ｅ ｇ ｏ ｓｉ ｍ ｒ ｎ ｅ
高的系统 总（ 效率 、膜 组件（ 效 率和膜 通量 ，膜组件（ 效率可达 ５ ％ 以上 ，系 统总（ 效率 为 Ｏ５ 以上。提高 炯） 熘） ０ ．％
膜组件 以外其它部 分的（ 效率是提 高系 统总（ 效率的关键 。 炳 厕
关键词 ：直接接触 式膜 蒸馏：操作温度 ；膜通量 ；（ ｊ 效率 ；（ 损耗 ｝ 厕
（Ｃ ） 水淡化过程 中操 作温度对跨膜通量和（ 效率 的影 响， Ｄ ＭＤ法海 佣） 计算和分析 了不 同操 作温度下 的系 统（ 损失和（ 厕 炯）
效率。结果表 明，膜透过侧冷却至 常温以下时 ，冷却部分 的（ 损失较大 ，占总能耗的 ３ ％以上 ；料液侧温度 在 ５ ￣ 婀） ５ ０Ｃ
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 distillationLiXiaoRan,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;development1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; desalination1.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。
膜蒸馏技术的研究进展及其在电厂中的应用现状
（ １ ． Ｎ ｏ ｒ ｔ ｈ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｂ ａ ｏ ｄ ｉ ｎ ｇ ０ ７ １ ０ ０ ３， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；
Ｔｈｅ Ｄｅ ｖｅ ｌ ｏｐ ｍｅ ｎｔ ｏ ｆ Ｍｅ ｍ ｂｒ ａ ｎ ｅ Ｄｉ ｓ ｔ ｉ ｌ ｌ ａｔ ｉ ｏ ｎ Ｔｅ ｃ ｈ ｎｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎｄ ｉ ｔ ｓ Ａｐｐｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ Ｐｏ ｗｅ ｒ Ｐｌ ａ ｎ ｔ ｓ
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华 北 电 力技 术
ＮＯＲＴ Ｈ ＣＨＩ ＮＡ Ｅ Ｌ ＥＣ Ｔ Ｒ Ｉ Ｃ Ｐ ＯＷＥＲ
膜 蒸 馏 技 术 的研 究 进 展 及 其 在 电厂 中 的应 用 现 状
王 美 琪 ， 刘 龙 飞 ， 张 胜 寒 ， 张 秀 丽
（ １ ． 华北电力大学 ， 河北保定 ０ ７ １ ０ ０ ３；
放领域的应用情况。 关键词 ： 膜 蒸馏 ； 膜润湿与膜 污染； 电厂废 水 零 排 放 ； 放 射 性 废 水
中图分类号 ： Ｔ Ｍ６ ２ １ ． ８
文 献标 识 码 ： Ａ
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． １ ６ ３ ０ ８ ／ ｊ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ｌ ０ ０ ３ — ９ １ ７ １ ． ２ ０ １ ７ ． ０ ６ ． ０ １ ２
ａ ｌ ｓ ， ｍｅ ｍｂ ｒ ａ ｎ ｅ ｗｅ ｔ ｔ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ ｍｅ ｍｂ ｒ ａ ｎ ｅ ｆ ｏ ｕ ｌ ｉ ｎ ｇ， ｈ ｅ ａ ｔ ｒ ｅ ｃ ｏ ｖ ｅ ｒ ｙ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｔ ｏ ｍｅ ｍｂ ｒ ａ ｎ ｅ ｄ ｉ ｓ ｔ ｉ ｌ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｒ ｅ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ — ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ． Ｔｈ ｅ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｍｅ ｍｂ ｒ ａ ｎ ｅ ｄ ｉ ｓ ｔ ｉ ｌ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｔ ｏ ｗａ ｓ ｔ ｅ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｚ ｅ ｒ ｏ ｄ ｉ ｓ ｃ ｈ ａ ｒ ｇ ｅ， ｌｕ ｆ ｅ ｇ ａ ｓ ｄ ｅ ｓ ｕ ｌ ｆ ｕ ｒ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｒ ａ ｄ ｉ ｏ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｗａ ｓ ｔ ｅ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｄ ｉ ｓ ｃ ｈ ａ ｒ ｇ ｅ ｉ ｎ ｎ ｕ ｃ ｌ ｅ ａ ｒ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｐ ｌ ａ ｎ ｔ ｉ ｓ ｒ ｅ ｖ ｉ ｅ ｗｅ ｄ ．
膜蒸馏技术及其研究现状
主要的制膜方法
(1)拉伸法 (2)相转化法 (3)表面改性法 (4)共混改性法 (5)复合膜法
膜蒸馏过程的机理
膜蒸馏过程是传热与传质的耦合过程，并 且这两种传递过程都分别由边界层内的传递和 跨膜传递两部分组成，因此传热和传质之间的 关系比较复杂。
膜蒸馏过程用的膜
目前膜蒸馏研究只限于以水溶液为研究对象，所以膜的疏水 性和微孔性是膜蒸馏的必要条件!为了得到较高的通量和较 高的溶质截留系数，要求所用的疏水微孔膜具有尽可能大的 孔径，但两侧的液体又不能进入膜孔!液体进入膜孔的最低 压力可以用下式描述：
其中 是液体的表面张力； 是液体与膜的接触角； 是 膜孔半径。 液体进入膜孔的最低压力越高，操作压力可选的越高，膜通 量越大。 由上述公式可以看出增大 和减小 可增大液体 进入膜孔的最低压力，但 又不能太小，这样会降低通量。
气扫式膜蒸馏（SGMD）
与吹扫渗透汽化一样， SGMD用载气吹扫膜的 透过侧，以带走透过的 蒸汽，其传质推动力除 了蒸汽的饱和蒸汽压外， 还有由于载气的吹扫而 形成的负压，因此传质 推动力比直接接触膜蒸 馏和气隙式膜蒸馏大。
提高膜蒸馏通量及选择性的措施
减小浓差极化和温差极化
从膜蒸馏的传质机理分析，改变料液的流动 状态，减小浓差极化和温差极化的措施都有利于 提高膜蒸馏通量。
料液中加盐提高选择性
对于回收挥发性溶质的膜蒸馏过程，可以在 料液中加入盐类降低水的蒸汽压，从而提高挥发 组份的透过通量。
(4)共沸混合物的分离
由于膜蒸馏是在低于沸点的温度下进行，蒸馏液的组 成并不遵循沸点下的气液平衡曲线关系，对某些恒沸混合 物的分离具有实用意义。
(5)废水处理
废液处理中的膜蒸馏技术研究进展及应用实例
废液处理中的膜蒸馏技术研究进展及应用实例废液处理是环境保护领域面临的重要课题之一。
废液处置的不当会对水体和土壤等自然环境造成严重污染，甚至对人类健康产生潜在风险。
因此，开发高效、可行的废液处理技术成为了亟待解决的问题之一。
膜蒸馏技术作为一种有效的废液处理方法，近年来受到了广泛关注。
它基于蒸馏原理，通过半透膜将废液中的溶质与溶剂分离，实现废液的净化和资源回收。
随着膜蒸馏技术的研究进展，越来越多的应用实例也被提出和验证。
膜蒸馏技术的研究进展主要集中在膜材料的选取和膜结构的优化上。
膜材料的选择对膜蒸馏技术的效果至关重要。
传统的膜材料如聚醚砜（PES）和聚酰胺（PA）等在膜蒸馏中已经得到了广泛应用。
然而，这些材料存在着一些局限性，如温度和酸碱性的限制、脆化等。
为了克服这些问题，研究人员开始开发新型材料，如聚酯醚酮（PEEK）、聚酮膜（PBI）和离子液体膜等。
这些新型材料具有更广泛的应用范围和更良好的稳定性，能够提高膜蒸馏的效果和稳定性。
此外，膜结构的优化也是研究人员关注的焦点。
膜结构的优化主要包括多孔结构、层间距离和表面改性等方面。
多孔结构的膜可以增加膜的通透性和扩散速率，提高蒸馏效果。
层间距离的优化可以控制溶质和溶剂之间的传质速率，并且减少能量消耗。
表面改性可以使膜具有良好的抗污染性能，并且提高膜的寿命和稳定性。
在膜蒸馏技术的应用实例方面，废水处理是其中应用最为广泛的领域之一。
废水中含有各种有机物、无机盐和重金属等污染物，其处理对于环境和人类健康至关重要。
膜蒸馏技术能有效去除废水中的有机物和重金属等污染物，实现废水的净化和重金属的回收利用。
例如，半透膜蒸馏技术被应用于废水中重金属的去除。
研究人员在膜表面修饰了COOH基团，形成了亲酸性膜。
该亲酸性膜具有良好的金属吸附能力，可以高效去除废水中的重金属离子，大大提高了重金属去除的效率。
此外，膜蒸馏技术还可以应用于废水中有机物的处理，如挥发性有机物（VOCs）的去除。
导电膜膜蒸馏研究进展
DOI ：10.19965/ki.iwt.2023-0637第 44 卷第 4 期2024年 4 月Vol.44 No.4Apr.，2024工业水处理Industrial Water Treatment 导电膜膜蒸馏研究进展张棱威，宁荣盛，袁江，于水利（同济大学环境科学与工程学院，污染控制与资源化研究国家重点实验室，上海 200092）[ 摘要 ] 膜蒸馏是一种利用低品位能处理高含盐水的节能技术，然而目前使用过程中面临膜污染严重、润湿等问题。
导电膜利用外加电场所带来的静电排斥、电化学氧化还原、焦耳加热等作用，可以一定程度缓解膜蒸馏过程中膜污染、润湿和温度极化等问题，因此近年来受到广泛关注。
概述了膜蒸馏的结构、原理和研究进展，重点介绍并对比了导电膜在膜蒸馏中采用电容模式、电阻模式和交流电模式运行的结构、作用机理及各运行模式的特点。
电容模式主要通过静电排斥、电化学氧化还原、电致气泡等作用解决污染和润湿问题，电阻模式通过更高的电压形成更高的蒸汽压和纯水通量，并通过焦耳加热减轻生物污垢，交流电模式通过极性交换使得污垢层变得松散从而防止膜污染。
最后详细阐述了导电膜膜蒸馏的处理效能、抗污染效能、抗润湿效能和抗温度极化性能，从而为导电膜膜蒸馏在工程中的应用和发展提供参考。
［关键词］ 膜蒸馏；导电膜；膜污染；膜润湿［中图分类号］ P747 ［文献标识码］A ［文章编号］ 1005-829X （2024）04-0030-08Research of conductive membrane distillationZHANG Lengwei, NING Rongsheng, YUAN Jiang, YU Shuili(State Key Laboratory of Pollution Control and Resource Utilization , School of Environmental Scienceand Engineering , Tongji University , Shanghai 200092, China )Abstract ： Membrane distillation is an energy -saving technology that utilizes low -grade energy to treat highly saline water, however, the current use of the technology is faced with serious membrane fouling, wetting and other prob⁃lems. Conductive membranes have received attention in recent years for the ability of alleviating the problems of fouling, wetting and temperature polarization in membrane distillation under the influence of the electrostatic repul⁃sion, electrochemical redox and Joule heating brought about by the applied electric field. The structure, principle and research progress of membrane distillation were summarized, with emphasis on introducing and comparing the structure, action mechanism and characteristics of capacitive mode, resistive mode and alternating current mode op⁃eration in membrane distillation. The capacitive mode mainly solved the fouling and wetting problems through elec⁃trostatic repulsion, electrochemical redox, and electrically induced bubbles, while the resistive mode created higher vapor pressure and pure water flux through higher voltage and reduced biofouling through Joule heating, and the al⁃ternating current mode prevented the formation of contamination through the exchange of polarity, which made the fouling layer loose. Finally, the treatment efficacy, anti -fouling efficacy, anti -wetting efficacy and anti -temperature polarization of the conductive membrane distillation were elaborated, providing a reference for the application and development of the conductive membrane distillation in engineering.Key words ： membrane distillation; conductive membrane; membrane fouling; membrane wetting海水淡化的方法主要包括热法（多级闪蒸和多效蒸馏）、膜法（反渗透和正渗透）和热膜耦合法（膜蒸馏）〔1〕。
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膜蒸馏热效率的研究
膜蒸馏技术是近年来最具发展潜力的一项技术，它可以提高热效率，减少热负荷，以及提供更高质量的分离和浓缩产物，以满足各种应用需求。
当今快速发展的经济环境中，膜蒸馏技术可以提供高效、可靠、经济的分离和浓缩技术，因而受到了越来越多的关注。
膜蒸馏技术的发展不仅体现在其热性能上，也体现在其热效率的提高上。
膜蒸馏的热效率比传统蒸馏技术高出许多。
由于膜蒸馏可以分离更小和更清晰的结构，因此热效率可以大大提高。
膜蒸馏的温度控制更精确，可以最小化浪费的热能。
为了更好地了解膜蒸馏热效率的变化情况，可以考察不同的操作参数对膜蒸馏热效率的影响，包括膜压力、操作温度和流量等。
比如，通过改变压力可以使流体组分之间的温度差值发生变化，从而影响膜蒸馏热效率。
此外，不同的操作温度也会影响膜蒸馏热效率，其变化程度取决于流体组分的摩尔质量。
最后，流量也会在一定程度上影响膜蒸馏的热效率，当膜蒸馏时，热效率与流量的变化是成反比的。
另外，膜蒸馏热效率还受到膜材料、膜结构和外部条件的影响。
膜材料影响膜蒸馏热效率的一个重要方面是选择性，所选择的膜结构也会对膜蒸馏热效率产生不同程度的影响，而外部条件的变化也会对膜蒸馏的热效率有所影响。
此外，在进一步研究膜蒸馏热效率时，还需要考虑到膜蒸馏系统的物理和化学特性，以及它们之间的相互作用。
例如，在膜蒸馏过程中，不同的流体之间会产生热传导、热对流和热重力等物理因素，其
作用对膜蒸馏热效率也有影响。
考虑它们之间的相互作用，可以更好地确定膜蒸馏热效率。
最后，有关膜蒸馏热效率的研究并不是一件容易的事情，需要考虑到许多复杂的因素，包括参数的变化、膜材料的选择、膜结构的设计、物理和化学特性以及它们之间的相互作用等。
尽管如此，膜蒸馏技术潜力巨大，它将在未来继续受到关注，而现有研究只是迈出了第一步。
总而言之，膜蒸馏技术在提高热效率方面具有巨大的潜力，膜蒸馏热效率的研究也是当前研究领域中的一个重要课题。
总结以上讨论，为了更好地提高膜蒸馏热效率，研究人员需要考虑到温度、压力、流量、膜材料和膜结构的选择、物理和化学特性以及它们之间的相互作用等多种因素。
只有全面考虑到这些方面，才能更好地了解膜蒸馏热效率，从而提高膜蒸馏技术的发展水平。
以上就是《膜蒸馏热效率的研究》的文章内容，其中涉及到膜蒸馏热效率的变化因素以及如何更好地提高膜蒸馏热效率等内容。
综上所述，膜蒸馏技术虽然受到广泛的关注，但如何使其热效率变得更高仍有待进一步研究，以利于更好地发挥膜蒸馏技术的潜力。