新型膜分离技术的应用及发展趋势
环保工程中的膜分离技术

环保工程中的膜分离技术现如今,环保问题已经成为全球所面临的主要问题之一,环保技术已经成为全球重点发展的行业之一。
其中,膜分离技术在环保行业中发挥了重要作用。
本文将介绍环保工程中的膜分离技术,重点讨论其原理、应用和发展趋势。
一、膜分离技术的原理膜分离技术是利用不同分子大小和形状的膜过滤不同的物质,实现物质的分离。
膜分离技术的主要原理是膜具有选择性渗透性,能够让小分子通过,保留大分子。
膜的选择性渗透性是由膜分离材料的孔径、孔隙结构以及表面性质决定的。
因此,膜分离技术可以实现精细的物质分离和纯化。
二、膜分离技术的应用1. 水处理领域水污染是全球面临的重要环境问题之一。
膜分离技术已经广泛应用于水处理领域中,包括海水淡化、废水处理、饮用水净化等。
膜的应用使得水处理过程更加高效和经济,同时也保护了环境。
2. 常规化工领域膜分离技术在常规化工领域中也有重要的应用,例如分离有机物、去除杂质、提纯药品等。
膜分离技术的应用不仅能够提高产品的纯度,还可以降低能耗,减少环境污染。
3. 食品和饮料工业领域膜分离技术在食品和饮料工业中也有重要的应用,例如葡萄酒、啤酒、果汁等饮品的生产过程都需要用到膜分离技术。
膜分离技术的应用不仅提高了产品的品质和口感,还可以减少生产过程中的浪费和环境污染。
三、膜分离技术的发展趋势膜分离技术作为一种高效、能耗低、环保的分离技术,其应用在环保、化工、食品饮料行业等领域中逐渐得到了广泛应用。
随着技术的不断发展和进步,膜分离技术也在不断地推陈出新。
其发展趋势主要有以下几个方面:1. 新型膜分离材料的出现:目前,膜分离材料的发展趋势是材料的高性能化和多元化。
新型膜材料的问世将有助于提高膜分离技术的选择性、通量和耐温性等性能,从而推动膜分离技术的广泛应用。
2. 膜分离设备的高效节能:如何降低能耗是当前膜分离技术必须面临的问题。
膜分离设备的节能化将成为未来膜分离技术发展的重要方向之一。
3. 膜分离技术的自动化:随着计算机技术的迅速发展,自动化程度越来越高。
膜分离 发展趋势

膜分离发展趋势膜分离是一种重要的分离技术,已经被广泛应用于生物制药、食品加工、环境保护等领域。
近年来,随着科技的不断发展,膜分离技术也在不断创新和进步。
本文将探讨膜分离的发展趋势。
一、膜材料的创新膜材料是膜分离技术的核心。
传统的膜材料主要包括聚酯、聚醚、聚碳酸酯等。
这些材料在分离效率、稳定性等方面已经得到了广泛应用,但是也存在一些局限性。
随着纳米技术、生物技术等领域的不断发展,新型膜材料也应运而生。
例如,石墨烯、碳纳米管等纳米材料具有超强的机械性能和高通量,可以用于海水淡化、废水处理等领域。
生物基材料如蛋白质、多糖等在生物制药等领域也有广泛应用。
二、膜分离过程的优化膜分离过程的优化可以提高分离效率和降低成本。
传统的膜分离过程主要包括压力驱动和重力驱动两种方式。
随着新型膜材料的出现,新型分离方式也应运而生。
例如,电驱动膜分离技术可以通过电场作用将物质分离出来,具有节能、高效的特点。
此外,还有利用超声波、微波等技术进行膜分离的研究。
三、膜结构的创新膜结构是影响膜分离效率和稳定性的重要因素。
传统的膜结构主要包括平板式、中空纤维式等。
随着新型膜材料的出现,新型膜结构也应运而生。
例如,纳米孔阵列膜具有高通量和高选择性,可以用于生物制药等领域。
此外,还有利用多层复合膜、多孔材料等进行膜结构创新的研究。
四、智能化膜分离技术智能化膜分离技术是指通过传感器、控制系统等实现对膜分离过程的自动化控制和优化。
智能化膜分离技术可以提高分离效率和稳定性,降低操作难度和人力成本。
例如,利用人工智能技术实现对膜分离过程的预测和优化控制。
总之,膜分离技术在未来的发展中将会继续创新和进步。
通过不断地创新和优化,将会使得膜分离技术在更多领域得到应用,并且为人类健康和环境保护做出更大的贡献。
膜分离技术的研究进展及应用展望

膜分离技术的研究进展及应用展望膜分离技术的研究进展及应用展望引言:膜分离技术是一种基于物理或化学的分离方法,利用膜的特殊结构和性质,在不同组分之间实现传质、分离和浓缩。
膜分离技术在过去几十年中得到了广泛的研究和应用,已经成为化工、环保、食品加工和生物医药等领域中不可或缺的重要分离技术之一。
本文将重点讨论膜分离技术的研究进展,并展望其在未来的应用前景。
一、膜材料的发展膜分离技术最重要的组成部分就是膜材料。
随着科技的不断进步,膜材料也在不断发展。
膜材料的关键指标包括选择性、通量、稳定性等。
传统的膜材料包括有机膜和无机膜。
有机膜的选择性较差,对一些高分子的渗透有限。
而无机膜通常具有较好的选择性,但通量较低。
因此,近年来,新型膜材料开始得到关注,如纳米膜、多孔膜、复合膜等。
这些膜材料具有高通量和良好的选择性,对分离、纯化等领域具有广泛的应用前景。
二、膜结构的改进膜结构是决定膜分离性能的关键因素之一。
在过去的研究中,通过改变膜的孔径、孔隙率、孔结构等,可以调控膜的分离性能。
然而,传统的膜结构改进方法往往限制了膜的通量和选择性。
因此,新型的膜结构设计思路被提出,如层状膜、纤维束膜、铺砌膜等。
这些新型膜结构具有更大的表面积和更高的通量,具有更好的应用前景。
三、膜分离过程的模拟与优化在膜分离过程中,通过建立数学模型,可以模拟膜分离过程,为工艺的优化提供指导。
传统的膜分离模型通常是基于扩散机理,而忽略了流体流动和膜表面阻力对分离的影响。
近年来,随着计算机模拟技术的发展,可以建立更精确的模型,考虑流体流动、膜表面阻力等因素对分离的影响。
通过优化模型参数和工艺条件,可以实现膜分离过程的最佳化。
这将提高膜分离过程的效率和经济性,并为膜分离技术的应用提供更好的支持。
四、膜分离技术的应用展望膜分离技术在水处理、气体分离、药物纯化等领域已经得到了广泛的应用。
随着人们对环境保护和资源利用的重视,膜分离技术在未来的应用前景更加广阔。
膜分离技术的应用及发展趋势

膜分离技术的应用及发展趋势摘要:综述膜分离技术的分离机理、特点、种类,介绍国内外膜分离技术的研究进展及其在各个领域的应用现状,同时指出该技术存在的问题,提出选用更佳的膜材料以及多种膜分离技术联用是其今后的发展方向。
关键词:膜分离技术;微滤;超滤;纳滤;生化产品;微生物制药膜分离技术是一种新型高效、精密分离技术,它是材料科学与介质分离技术的交叉结合,具有高效分离、设备简单、节能、常温操作、无污染等优点,广泛应用于工业领域,尤其在食品、医药、生化领域发展迅猛。
据统计,膜销售每年以14%~30%的速度增长,而最大的市场为生物医药市场[1] 。
笔者在此综述了膜分离技术的原理及其应用现状,并展望其发展趋势。
1 膜分离技术1.1 原理膜分离技术是一种使用半透膜的分离方法,在常温下以膜两侧压力差或电位差为动力,对溶质和溶剂进行分离、浓缩、纯化。
膜分离技术主要是采用天然或人工合成高分子薄膜,以外界能量或化学位差为推动力,对双组分或多组分流质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集操作。
现已应用的有反渗透、纳滤、超过滤、微孔过滤、透析电渗析、气体分离、渗透蒸发、控制释放、液膜、膜蒸馏膜反应器等技术,其中在食品、药学工业中常用的有微滤、超滤和反渗透3 种。
1.2 特点膜分离技术具有如下特点[2]:1)膜分离过程不发生相变化,因此膜分离技术是一种节能技术;2)膜分离过程是在压力驱动下,在常温下进行分离,特别适合于对热敏感物质,如酶、果汁、某些药品的分离、浓缩、精制等。
3)膜分离技术适用分离的范围极广,从微粒级到微生物菌体,甚至离子级都有其用武之地,关键在于选择不同的膜类型;4)膜分离技术以压力差作为驱动力,因此采用装置简单,操作方便。
1.3分类超滤的截留相对分子质量在1000-100000之间,选择某一截留相对分子质量的膜可以将杂质与目标产物分离。
超滤技术在生化产品分离中应用最早、最为成熟,已广泛应用于各种生物制品的分离、浓缩。
膜分离技术的应用及发展趋势

膜分离技术的应用及发展趋势一、本文概述膜分离技术,作为现代化工领域中的一种重要分离技术,已经在多个领域展现出其独特的优势和应用潜力。
本文旨在全面探讨膜分离技术的实际应用以及未来的发展趋势。
我们将从膜分离技术的基本原理出发,深入剖析其在水处理、生物医药、食品加工、能源工业等多个领域中的实际应用案例,以及在这些领域中取得的成效和面临的挑战。
我们还将关注膜分离技术的最新研究进展,展望其未来的发展方向和应用前景。
通过本文的阐述,我们希望能够为相关领域的研究人员和企业决策者提供有价值的参考信息,推动膜分离技术的进一步发展和应用。
二、膜分离技术的基本原理和分类膜分离技术是一种基于膜的选择性透过性质,将混合物中的不同组分进行分离、提纯或浓缩的技术。
其基本原理在于,当混合物在膜两侧存在某种推动力(如压力差、浓度差、电位差等)时,混合物中的组分通过膜的选择性透过,从而实现不同组分的分离。
膜分离技术可以根据其操作原理和应用领域的不同,大致分为以下几类:微滤(Microfiltration, MF):微滤主要用于分离悬浮物、颗粒物和细菌等。
微滤膜的孔径通常在1~10μm之间,可以有效截留大于膜孔径的微粒。
超滤(Ultrafiltration, UF):超滤主要用于分离溶液中的大分子物质、胶体、蛋白质等。
超滤膜的孔径在1~100nm之间,允许小分子物质和溶剂通过,而截留大分子物质。
纳滤(Nanofiltration, NF):纳滤膜的孔径介于超滤和反渗透之间,一般为1~100nm。
纳滤主要用于分离分子量较小的有机物、无机盐和多糖等。
反渗透(Reverse Osmosis, RO):反渗透是膜分离技术中应用最广泛的一种。
反渗透膜的孔径极小,通常在1~1nm之间,能够截留几乎所有的溶解性盐类、有机物和微生物,从而实现水的净化。
电渗析(Electrodialysis, ED):电渗析是利用电场力推动离子通过离子交换膜进行分离的过程。
膜分离技术

膜分离技术膜分离技术是一种重要的分离技术,通过膜将混合物中不同分子大小、形状、电荷和极性等特性的物质分离出来。
它广泛应用于各种领域,如环境保护、医药制造、食品加工、化学工业和电子行业等。
本文将介绍膜分离技术的工作原理、分类和应用,并探讨其未来的发展前景。
一、膜分离技术的基本原理膜分离技术利用膜作为分离介质,将混合物分离成两个或更多的组分,其中其中至少有一种组分通过膜而另一种组分不直接通过。
根据膜分离的机制可以分为以下三种类型:1、压力驱动膜分离技术压力驱动膜分离技术是指通过施加压力将混合物推动到膜上,以实现分离的技术。
膜的孔径大小、膜的材质和压力差均会影响分离效果。
该技术主要包括超滤、逆渗透和微滤等。
超滤是指利用孔径大小在10-100纳米的超滤膜去除溶液中的高分子物质。
逆渗透是利用高压驱动水通过0.1纳米左右的逆渗透膜,将混合物中的水增量分离出来,这是制取纯水的主要技术之一。
微滤是利用孔径在0.1-10微米的微滤膜去除悬浮物、细菌和微生物等。
2、电力驱动膜分离技术电力驱动膜分离技术是利用电场将混合物推动到膜上,实现分离的技术。
例如电渗析技术是利用电场和离子之间的电荷作用,将含有离子的溶液通过电场驱动到离子交换膜中,使得原来溶液中的阴离子和阳离子在两侧集中,最终通过两个极板分别收集。
3、扩散驱动膜分离技术扩散驱动膜分离技术是指利用分子间的扩散速率的大小差异,将混合物中的混合物分离的技术。
例如气体分离、液体浓缩和溶液析出等。
二、膜分离技术的分类根据膜的性质和分离机制的不同,可以将膜分离技术分为以下几种类型:1、纳滤技术纳滤技术是利用孔径在10-100纳米的纳滤膜,将分子大小在10-100纳米之间的物质分离出来。
纳滤技术主要应用于制备高分子材料、微电子器件制造和水处理等领域中。
2、超滤技术超滤技术是利用孔径在0.01-0.1微米之间的超滤膜,将分子大小在1000道100万道之间的物质分离出来。
超滤技术主要应用于蛋白质提取、水处理、生物制品制备和废水处理等领域中。
膜分离技术的最新成果和应用前景

膜分离技术的最新成果和应用前景膜分离技术是一种将物质分离或富集的方法,该技术的主要特点是通过膜来实现物质的分离。
膜分离技术具有生产效率高、节能、环保等优点。
这项技术在水处理、食品加工、制药、化工、环保等领域都有较广泛的应用。
近年来,膜分离技术在越来越多的领域表现出强大的潜力。
随着全球水资源紧张形势的加剧,膜分离技术在水处理领域的应用愈发广泛。
膜分离技术不仅可以对水进行净化,还可以对污水、海水、饮用水等进行处理。
膜分离技术可以将污水中的悬浮物质、细菌、病毒、油脂等分离出去,从而使废水变得清洁。
此外,膜分离技术还可以利用反渗透膜将海水转化为淡水,这在缺乏淡水的地区有着广泛的应用前景。
在食品加工领域,膜分离技术也发挥出了卓越的作用。
膜分离技术可以将液体和固体分离开来,从而将水果、蔬菜等制成汁或酱。
此外,膜分离技术还可以在乳制品加工中起到非常重要的作用,例如可以将牛奶中的脂肪分离出去,从而制成低脂牛奶。
在制药领域,膜分离技术也有着广泛的应用。
膜分离技术可以用于分离提取物中的有效成分,并将其纯化,从而制成药品。
膜分离技术还可以用于制备大分子药物和生物制品。
此外,在医疗领域,膜分离技术也被广泛使用,例如可以进行人工肾脏透析等治疗。
尽管膜分离技术在以上领域的应用已取得不俗的成果,但其应用前景仍有很大的潜力。
首先,在水处理领域,虽然膜分离技术已可以有效地处理废水,但其成本仍然较高,如何将膜分离技术与其他技术结合起来,降低成本,是未来需要解决的问题。
其次,在食品加工领域,膜分离技术还有着更广泛的应用前景,如通过膜分离技术将水果和蔬菜中的营养成分提取出来制成保健品。
此外,在医药领域,膜分离技术可以应用于制药过程中护理膜和贴合膜的制备,也可以制成生物膜和医用滤膜,未来还将有更广泛的应用出现。
总之,膜分离技术作为一种新型分离技术,其应用前景看好。
随着科技的不断进步,膜分离技术将会在更多领域展现它的优越性,从而为我们的生活带来更多方便和改善。
膜分离技术的研究进展及其应用展望

膜分离技术的研究进展及其应用展望膜分离技术是一种重要的分离技术,主要通过多孔膜的筛选作用实现物质分离。
该技术已经广泛应用于生物技术、食品工业、化学工业、环保工程、医药等领域。
本文将介绍膜分离技术的研究进展及其应用展望。
一、膜分离技术的研究进展(一)膜材料的研究膜材料是膜分离技术的基础,目前主要有有机膜、无机膜和复合膜三种类型。
有机膜主要包括聚酯薄膜、聚碳酸酯薄膜、聚氨酯薄膜等。
这些膜材料具有重量轻、成本低的特点,但是它们的相对分子质量截止率较低,不能满足高精度的分离要求。
无机膜主要包括陶瓷膜、玻璃膜、金属膜等。
这些膜材料具有相对分子质量截止率高、高温抗腐蚀、使用寿命长的特点,但是成本昂贵,生产工艺复杂。
复合膜则是综合了有机膜和无机膜的优点,同时避免了它们的缺点,被广泛应用于分离领域。
(二)膜分离机理的研究膜分离机理主要包括纳滤、超滤、微滤和逆渗透等,其中逆渗透技术是目前应用最广泛的一种膜分离技术。
它主要利用高压将溶液逆向渗透过一种微孔膜,使得溶液中间的水分子进入膜孔,而其他大分子物质则难以通过膜孔的筛选。
逆渗透技术广泛应用于海水淡化、饮用水净化、污水处理、浓缩果汁等领域。
(三)膜分离过程的研究膜分离过程主要包括内部浓度极化层、外部浓度极化层、膜分离区等几个步骤。
其中,内外两层浓度极化层对分离效果有非常重要的影响,需要根据实际情况进行调整和优化。
此外,膜分离过程中存在一些不确定性因素,如温度、压力、污染物等,这些因素为分离过程带来了一定的不稳定性。
二、膜分离技术的应用展望(一)水处理领域随着全球水资源日益紧张,不断有新的水处理技术被推出。
膜分离技术通过其高效、节能、环保等特点,被认为是未来水处理领域的重要突破口。
目前,膜分离技术已经广泛应用于海水淡化、饮用水净化、污水处理、水中微量有害物质的去除等方面。
(二)食品工业膜分离技术已经广泛应用于食品的处理和包装。
例如,利用膜分离技术,可以从牛奶中分离出蛋白质、糖类、脂肪等成分,生产出优质乳制品;同时,膜分离技术也可以帮助包装行业实现食品保鲜、防腐、防污染等需求,满足人们对于健康、安全、方便的生活需求。
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新型膜分离技术的应用及发展趋势人类对于膜的认识和研究具有悠久的历史,法国的Abbe Nollet[1,2]在18世纪末就发现水能自然地扩散到装有酒精溶液的膀胱内,从而首次揭示了膜分离现象;1864年Traube成功地研制出亚铁氰化铜膜(人类历史上第一片人造膜);但直到20世纪60年代,由于美国埃克森公司第一张工业用膜的诞生,膜技术才进入快速发展时期[3]。
膜分离技术主要是采用天然或人工合成的高分子薄膜,以外界能量或化学位差为推动力,实现对双组分或多组分流质和溶剂的分离、分级、提纯和富集操作。
与传统分离方法(蒸发、萃取或离子交换等)相比,它是在常温下操作,没有相变,最适宜对热敏性物质和生物活性物质进行分离与浓缩,具有高效、节能,工艺过程简单,投资少,污染小等优点,因而逐渐成为不可替代的单元操作之一[4],目前已在环保、水处理、化工、冶金、能源、医药、食品、仿生等领域得到广泛的应用。
本文将在简要介绍常规膜分离技术的基础上,对近年来国内外的新型膜分离技术,例如膜萃取,膜蒸馏等最新研究进展进行较为详细的综述。
1常规膜分离技术根据膜分离技术所需能量的不同,常规的膜分离技术可分为[5,6,7]:渗析、电渗析、反渗透、超滤、微滤和纳滤。
1.1渗析渗析是溶质在自身浓度梯度的作用下,利用半透膜的选择透过性,实现不同性质溶质的分离。
渗析是最早被发现并研究的膜分离技术,但是由于受到体系本身条件的限制,渗析过程往往处理速度缓慢,效率低下,选择性差,难以对物系进行完全的分离,因此它主要被用于去除复杂溶液中的低分子量组分[8],如血液渗析,即以渗析膜代替肾来去除尿素、肌酸酐、磷酸盐和尿酸等有毒的低分子量组分,以缓解肾衰竭和尿毒症患者的病情。
1.2电渗析电渗析是在直流电场的作用下,以电位差为推动力,利用离子交换膜对溶液中的阴阳离子的选择性,把电解质从溶液中分离出来,从而实现溶液的浓缩、淡化、精制和提纯。
在1950年Juda[9]开发了选择性离子交换膜之后,电渗析技术才进入实用阶段。
目前电渗析已经成为膜分离技术的重要组成部分,主要用于淡化苦咸水、制备工业用水和饮用水。
在中东和非洲缺淡水的地区,利用电渗析方法淡化苦咸水的工厂总产水量已经超过了30万吨/日,出水的含盐量也只有3g/l~6g/l。
虽然电渗析技术具有能量消耗低,环境污染小,操作简单等优点,但它在运行过程中易发生浓差极化而产生结垢,脱盐率比反渗透(RO)低。
1.3反渗透反渗透是在溶液的一边施加比自然渗滤压更高的压力,扭转渗透的方向,溶剂就从高浓度侧向低浓度侧转移,从而达到分离的效果。
从1953年C.E.Reid[10]进行的反渗透研究被列入国家计划到九十年代中期超低压高脱脂全芳香族聚酰胺复合膜开始进入市场,经过几十年的研究应用,反渗透方法在苦咸水淡化,海水淡化[11,12],纯水和超纯水制备等方面已得到广泛的应用。
在重金属废水处理领域,美国芝加哥API工艺公司采用B一9芳香族聚酰胺中空纤维膜组件处理镀镍漂洗水,废水中Ni2+的分离率为92%[13]。
1.4超滤超滤主要是依靠膜的物理筛分作用来去除污染物,即在一定压力的作用下,原料液中的溶剂和小的溶质粒子从高压原料液侧透过膜到达低压侧,从而实现分离的目的。
在1963年Michaels开发了不同口径的不对称CA超滤膜后,超滤技术才从实验室规模的分离手段发展成为重要的工业单元操作技术,并日益广泛用于电子、食品、医药、水处理以及新兴的生物技术领域[14,15]。
1.5微滤微滤的基本原理属于筛网过滤。
它以静压为推动力,使小于膜孔的粒子通过滤膜,大于膜孔的粒子被截留到膜面上,从而使得大小不同的组分得以分离。
微滤主要用于制药行业的除菌和电子工业用高纯水的制备[16,17],其最新的应用领域是生物技术和生物医学技术领域。
1.6纳滤纳滤技术的分离性能介于反渗透和超滤之间。
纳滤是从20世纪70年代开始研究并开发的,其截留分子量在百量级,同时伴以电荷的作用,这使得纳滤技术具有独特的优点。
目前,纳滤主要在水的软化、不同价阴离子的分离和高、低分子量有机物分级以及中、低分子量有机物除盐等方面得到了广泛的应用。
2新型膜分离技术除了对常规的膜分离技术进行更深层次的研究外,国内外的研究人员还在不断开拓创新,研究出多种新型的膜分离技术,这些新型的膜分离技术主要有:2.1膜萃取膜萃取又称固定界面萃取,它是膜分离与液-液萃取相结合的一种新型膜分离技术。
与传统的液-液萃取相比,膜萃取过程的传质是在分隔料液和萃取液的微孔膜表面进行,不存在液滴的分散和聚合。
因此,该过程具有溶剂夹带少、传质比表面积大、可以抑制“返混”、无“液泛”限制、可放宽对萃取剂物性的要求等优点。
自Sir-ka[18]和Kim[19]提出膜萃取的概念以来,膜萃取的工作进展迅速。
1985年Cooneg.D.O.和Jim C L[20]使用中空纤维膜对含酚水进行了膜萃取实验尝试。
1986年,CusslerE L[21]等人又进一步研究了膜的浸润性对膜萃取传质速率的影响。
目前膜萃取的主要研究内容有:[22] (1)膜萃取过程的传质机理和数学模型,如何提高膜萃取过程的体积传质系数等; (2)膜材料的浸润性能及其对传质的影响;(3)膜萃取过程中的两相渗透问题;(4)膜萃取过程中膜孔溶涨及其对传质速率的影响;(5)膜萃取过程付诸应用的可能性及膜器结构和操作条件的优化等。
2.2膜蒸馏膜蒸馏是利用高分子膜某些结构上的功能,把膜分离技术和蒸发过程相结合而形成的一种新型膜分离技术,其分离过程实质上是非选择性渗透膜的热渗透蒸发。
膜蒸馏的特点是过程能在常压和低于溶液沸点温度下进行,所以设备要求简单,可大规模、低成本地制取高纯水和高纯结晶产品。
1967年,Findley[23]最早提出膜蒸馏的概念。
80年代后随着聚丙烯(PP)、聚四氟乙烯(PTEE)、聚偏氟乙烯(PVDF)等疏水性微孔膜的开发,膜蒸馏过程的理论和应用有了较大的进展。
根据洗脱下游一侧膜界面上馏出物方法的不同,膜蒸馏可分为直接接触膜蒸馏、气隙膜蒸馏、气体吹扫膜蒸馏和减压膜蒸馏等[24]。
直接接触膜蒸馏最适宜用于主要渗透物为水的场台,如脱盐或浓缩水溶液;气隙膜蒸馏可用于直接接触膜适用的场合,也可以用来去除水溶液中的痕量挥发性成份;有关气体吹扫膜蒸馏的使用研究较少;减压膜蒸馏相对于其它膜蒸馏结构的优点之一是通过膜的热传导损失可忽略不计,作为一种分离手段,减压膜蒸馏主要用于去除稀溶液中的挥发组分。
我国的张凤君等人[25]开展了采用膜蒸馏法处理污水中酚的研究,采用中空纤维膜蒸馏技术对含酚废水进行处理。
结果表明:在温度为45℃,料液的pH≈0的条件下,浓度高达5000ug/ml的苯酚经处理可降至50ug/ml以下,其蒸馏过程的控制模式为伴有界面反应的扩散控制模式。
2.3液膜分离液膜分离技术是采用液膜进行分离提取物质的膜分离技术。
液膜是悬浮在液体中很薄的一层乳液颗粒,乳液由溶剂、表面活性剂(乳化剂)和添加剂构成,其中溶剂构成液膜的基体,表面活性剂中的亲水基和疏水基定向排列以固定油水分界面而形成稳定的膜形。
液膜分离技术是20世纪60年代问世的一种新型膜分离技术。
1968年美籍华人梨念之博士[26]成功研制出具有实用价值的乳化液膜,从此为乳化液膜分离技术的工业应用奠定了基础。
七十年代,卡梅勒尔[27](E.L.Cussler)又研制出含流动载体的液膜,继而又成功研制隔膜型液膜。
目前液膜分离技术在许多国家研究发展迅速。
例如,液膜可以通过所谓的“离子泵”效应,浓缩Na+、Fe2+、K+、Zn2+、U6+等金属阳离子和Cl-、SO42-、NO3-等阴离子,这是一种新型的提取元素的方法。
2.4蒸汽渗透蒸汽渗透技术是由日本学者Uragami 等[28,29]提出的一种新的气相脱水膜分离过程,它是以蒸汽进料,在混合物中各组分蒸汽分压差的推动下,利用各组分在膜内溶解和扩散性能的差异以实现混合物的分离。
蒸汽渗透技术应用于近沸点、恒沸点以及同分异构体的分离有其独特的优势,还可以同生物及化学反应耦合,将反应生成物不断脱除,使反应转化率明显提高。
因此,蒸汽渗透的技术性和经济性优势明显,在石油化工、医药、食品、环保等工业领域中有广阔的应用前景。
目前,蒸汽渗透过程脱除有机物气相中的水分已得到了广泛的研究和应用,日本已建成中试规模的工厂浓缩乙醇水溶液,与传统的共沸精馏法相比,蒸汽的消耗量减少至1/3。
[30]2.5渗透汽化渗透汽化是以混合物中组分蒸汽压差为推动力,依靠各组分在膜中的溶解与扩散速率不同的性质来实现混合物分离的过程。
料液进入渗透汽化膜分离器后,在膜两侧蒸汽压差的驱动下,扩散快的组分较多透过膜进入膜后侧,经冷凝后达到分离目的。
膜材料是渗透汽化过程能否实现节能、高效的关键。
我国在1984年前后开始对渗透汽化过程进行研究,近年来主要开展优先透有机物膜、水中有机物脱除、有机物一有机物分离以及渗透汽化与反应耦合的集中过程的研究。
邓克旺等[31]应用PDMS复合膜实现了丙炔醇的选择性分离;王玉杰等[32]对两种商品化渗透汽化复合膜GKSS—GS膜和PDMS—P膜分离低浓度甲醇废水进行了模拟,为工业化应用提供了理论依据。
2.6气态膜分离气态膜[33]分离技术是近年来才发展起来的膜分离技术,气态膜是由厚度为0.03mm的微孔、疏水性聚合物膜支撑的气态薄层,它用于分隔两种水溶液,只有挥发性溶质可以以气态形式扩散并通过膜,非挥发性的溶质不能通过膜。
中科院青海研究所对气态膜分离技术进行了研究,发现其可以直接在卤水中提取Br2、I2等,可以从水溶液中分离出H2S、SO2、NH3、HCN、CO2、Cl2等,而且设备要求简单,能耗少,具有良好的应用前景。
3展望当今,膜分离技术得到越来越广泛的应用,不但用于常规的水处理,还用于杀菌等多个领域;此外,膜分离技术同其他工程科学的结合也越来越紧密,诸如同传感器相结合构成膜传感器等。
但同时我们也应该清醒地认识到膜分离技术还有相当的不足之处,这主要体现在由于浓差极化和膜污染所造成的膜使用寿命减短、渗透通量随时间延长而下降和操作过程能耗增加等方面,所以我们应该在膜、膜组件制备等方面不断改进。
其次,单一的膜分离技术是难以解决水处理过程中形形色色的问题,在应用过程中我们要将膜分离技术与其他处理技术相结合,比如与混凝结合在一起[34],与生物反应器结合在一起等,这是膜分离技术发展的关键思路。
相信在不久的将来,随着膜分离技术研究的不断深入,它必将会极大地推动工业和社会进步,产生巨大的经济效益和社会效益。
参考文献[1] 唐玉斌等.绿色水处理技术的研究与应用进展[J].水处理技术,2002,28(1):1-5.[2] 雷晓东等.膜分离法污水处理技术[J].工业水处理,2002,22(2):1-3.[3] TALESHI MATSUURA.Progress in Membrane Science and Technology for Seawater Desalination- a Review [J] . Desalination, 2001,134: 47- 54.[4] Strathmann H.Membrane Separation Processes:Current Relevanceand FutureOpportunities.AIChE J,2001,47:1 077~1 087[5] 许振良.膜法水处理技术[M].北京:化学工业出版社, 2001.[6] 李发永等.含油污水的超滤法处理[J].水处理技术, 1995,21(3):145-148.[7] 王湛.分离技术基础[M].北京:化学工业出版社, 2000.8-72.[8] 林伦民等.膜渗析法提高胱氨酸生产收率的探讨[J].精细化工,1999,6:46-48.[9] Mulder M.Basic Principles of Membrane Technology[M]. Netherland:Kluwer Academic Publishers,1996:1.[10] 王学松.反渗透膜技术及其它化工在环保中的应用 [M].北京:化学工业出版社,1988.213-217.[11] 郅玉生.反渗透工艺系统[J].净水技术,2002,1(21):7-10.[12] 丁南瑚等.我国一座海岛地下苦咸水反渗透淡化站运行情况分析[J].中华航海医学杂志,1994,1:13-16.[13]Ozaki H,Saktaywin W.Performance of an ultra—low—pressure reverse osmosis membrane(ULPROM)for aeparating heavy metal:effects of interference parameters [J].Desalination,2002,144:287—294.[14] 史幼新等.超滤技术在饮科生产中的应用[J].饮料工业,1994,1:35-37.[15] 刘宪平等.应用超滤法制备中药口服液的尝试[J].中国药房,1994,6:48.[16] 许莉等.微孔陶瓷膜过滤(二)[J].过滤与分离,1997 (1):3-6.[17] M.cheryan.Ultrafiltration and Microfiltration Handbook[M].Technomic:Lancaster.PA,1998.[18] K ianiA, Bhave R R, SirkaiK K. JM embr Sci, 1984, 20: 125-145.[19] K im BM. JM embr Sci, 1984, 21: 5-17.[20] Cooney D O, Jim C L.Chem Eng Commun, 1985, 37: 173.[21] CusslerE L,Etal. JM embr Sci, 1986, 29: 309.[22] Moban R R,Li N N.Reduction and separation of nitrateand nitrite by liquid membrane-encapsulated enzymes[J]. Biotechnol Bioeng,1974,16:513.[23] Hndly M E.Ind E“g chem Process Dev,1967.6:225.[24] Lawson KL,Lluyd DR.JMembr Scl.1997,124:l一25.[25] 张凤君等.膜蒸馏法处理污水中酚的研究[J].水处理技术,1997,5:271-274.[26] 张颖等译.液膜分离技术[M].北京:原子能出版社, 1983.[27] 邵刚.液膜分离技术及其应用[J].膜分离技术与科学,1981,1(2),57-70;1982,2(1),57-76.[28]Uragami T,Morikawa T,Okuno H.Characteristics of permeation and separation of aqueous alcohol solutions through hydrophobic polymermembranes[J].Polymer,1980,30(6): 1117-1122.[29]Uragami T, Characteristics of permeation and separation of aqueous alcohol solutions through crosslinked pullulan membranes[J].Polymer,1992,33(7): 1459-1463 [30]中川贯次,中西俊介. 水/有机溶剂蒸汽选择分离膜[J], 高分子,1992,41(7):472 [31] 邓克旺,汤晓玉,陈春燕等.丙炔醇—丁炔二醇—水溶液的渗透汽化分离研究[J], 精细化工,2010,27(2):142-147.[32] 王玉杰,张新妙,杨永强等.渗透汽化膜分离废水中的低浓度甲醇[J].化工环保,2009,29(6):496-500.[33] Semmens M.A gas membrane-ion exchange process forcyanide recovery[J].Metal Finishing,1988,22(10): 1151-1155.[34]黄霞.混凝-微滤膜净水工艺的膜污染特征及其清洗[J].中国环境科学,2002,22(3):258-262.。