膜蒸馏介绍
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

提高膜的固有传质系数,可减弱温差极化现象减弱。当膜的固有传质 系数较高时,流动阻力集中在边界层上,此时,增加扰动会带来传质 效果的提升,提高操作温度同样促进传质 。当然,设置挡板增加扰动 也会造成一定的能量损失,需要综合考察来权衡。
膜蒸馏技术的传质与传热
由此可见 MD 分离的传质过程主要由 3 个阶段组成:①水 分在膜的热料液侧蒸发;②水蒸气穿过膜孔的迁移过程; ③水蒸气在膜的另一侧冷凝。
与之相关的传热过程则主要包括 4 个方面:①热量由料液 主体通过边界层转移至膜表面;②蒸发形式的潜热传递; ③热量由热侧膜表面通过膜主体和膜孔传递到透过侧膜表 面;④由透过侧膜表面穿过边界层转移到气相主体。
大多数MD研究尚处于实验室规模,工业化还不成熟。除DCMD以外, 其他MD类型也应受到更多的关注,它们在膜通量及热效率上有更突出 的优势。
膜组件的优化涉及传质传热、设备投资等方面,应与特定的MD过程及 工艺条件相结合,尤其是将多个方面综合起来研究,从系统角度进行 优化,力求获得整体性能的提升,加快MD技术的工业化步伐。
可能的瓶颈及解决方案
高的能耗与低的热效率是MD过程亟待解决的问题,借助风能、地热能、 太阳能等可再生能源,使用多级热回收装置,都是可借鉴的优化途径。 加强这方面的研究,对于拓宽应用范围,降低运行成本意义重大。
目前MD过程尚无特定的商业用膜,膜材料的性能提升,膜的抗润湿与 抗污染,始终是研究的热点领域,最终的结果是研制出适用于MD过程 的低价高效膜材料。
高的进料浓度会降低蒸汽压力,并引起浓差极化,而且有 可能导致膜的堵塞,因而浓度增加则通量减小。
参数
膜特性参数
膜的特性参数主要包括膜的孔隙率、孔径大小及分布、曲折因子以及 膜厚度等。
膜蒸馏技术膜蒸馏流程及注意事项

膜蒸馏技术膜蒸馏流程及注意事项下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成,希望大家下载以后,能够帮助大家解决实际的问题。
文档下载后可定制随意修改,请根据实际需要进行相应的调整和使用,谢谢!并且,本店铺为大家提供各种各样类型的实用资料,如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等,如想了解不同资料格式和写法,敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by theeditor.I hope that after you download them,they can help yousolve practical problems. The document can be customized andmodified after downloading,please adjust and use it according toactual needs, thank you!In addition, our shop provides you with various types ofpractical materials,such as educational essays, diaryappreciation,sentence excerpts,ancient poems,classic articles,topic composition,work summary,word parsing,copy excerpts,other materials and so on,want to know different data formats andwriting methods,please pay attention!膜蒸馏技术:流程详解与操作注意事项膜蒸馏技术,作为一种高效的分离和纯化方法,已在化工、环保、食品等多个领域中得到广泛应用。
膜蒸馏-膜萃取-控制释放-膜乳化课件

控制释放的应用
口服药物
眼部给药
控制释放技术可以用于制备缓控释口服制 剂,如缓释片、控释胶囊等,以延长药物 作用时间,减少服药次数和剂量。
控制释放技术可以用于制备眼用药物传递 系统,如眼用凝胶、植入式隐形眼镜等, 以实现药物的持续释放和眼部治疗。
皮肤给药
肺部给药
控制释放技术可以用于制备经皮给药系统 ,如贴片、乳膏等,以实现药物的缓慢释 放和皮肤治疗。
膜乳化的应用
食品工业
膜乳化在食品工业中广泛应用于 奶制品、饮料、调味品等产品的 制造,可以提高产品的口感、稳
定性及延长保质期。
制药工业
在制药工业中,膜乳化可用于制备 微乳液、脂质体、纳米药物等,以 增加药物的溶解度和生物利用度。
日化工业
在日化工业中,膜乳化可用于制备 乳液状化妆品、洗涤剂、润肤露等 产品,提高产品的稳定性和使用效 果。
THANKS
感谢观看
膜乳优点,可以制备出粒径小、稳定性高的乳液产 品。同时,膜乳化技术可以有效地减小乳液的粒径,提高其稳定性,从而改善 产品的性能。
缺点
膜乳化技术的成本较高,需要选择合适的膜材料和孔径,以达到最佳的分离效 果。此外,膜乳化过程中需要对乳液进行不断的搅拌和循环,以保持其稳定性 。
在医药领域中,膜萃取可用于分离和 提纯生物活性物质、抗生素等,提高 药物的纯度和收率。
膜萃取的优缺点
01
膜萃取的优点包括高效、低能耗 、低成本、操作简便等,同时能 够实现常温下操作,适用于热敏 性物质的分离和提纯。
02
膜萃取的缺点主要包括膜污染和 堵塞问题,以及在某些情况下可 能需要较高的投资成本和较长的 启动时间。
缺点
膜蒸馏技术需要消耗一定的能量 来维持温度差和浓度差,且半透 膜的制造成本较高,需要定期更 换和维护。
膜蒸馏技术简介

膜蒸馏技术简介(接上)本文综述部分膜与膜组件、膜蒸馏过程的机理写的也很详细有序,但因较为专业,并带有多图和公式,不适合在博客里粘贴,故略去。
如有需要且文献下载不方便的,可跟我联系。
1.2膜与膜组件1.2.1膜蒸馏用膜(略)1.2.2膜组件(略)1.3膜蒸馏过程的机理膜蒸馏过程是质量传递伴随热量传递的过程,且传递过程中由于边界层的存在,产生了温度极化和浓度极化。
膜污染问题依然是膜蒸馏过程需要面对的主要问题之一。
因此,以下将从跨膜传质、跨膜传热、浓度极化、温度极化和膜污染等方面来描述。
(略)1.3.4膜污染和其它膜过程一样,膜蒸馏装置长期运行后会出现通量衰减的现象这主要是由膜污染造成的。
膜污染通常表现在以下两个方面:一个是污染物将膜孔封堵,另一个是膜孔被润湿。
造成膜污染的原因是多方面的,如膜表面细菌的生长,或由于料液浓度过高(特别是料液接近于饱和时)在膜表面形成垢层,从而导致膜孔被堵或被润湿,或料液中存在的颗粒或胶体物质由于界面张力的作用而更多地出现在汽、液界面处以及料液中含有表面活性剂等能够改变膜表面张力的化学成分等。
所有这些原因对料液侧的传递过程形成新的阻力,造成通量衰减,或者导致膜的渗漏现象。
膜孔润湿被认为是膜蒸馏过程中最严重的膜污染,因为膜蒸馏只能在膜孔道不被润湿的情况下才能进行。
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。
不能排除疏水膜的表面有疏水性差别,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。
因此,对于膜污染部分是可逆污染,经过膜清洗就能将污染除去,而还有一部分污染是不可逆的,污染一旦形成就难以祛除如有有机污染导致的膜孔润湿等。
因此,对膜污染进行防治,不能单单依靠污染后的清洗,还要从膜材料着手,制造出高抗污染性的膜或者进行膜表面的改性等。
膜蒸馏技术要点

膜蒸馏中文:膜蒸馏英文:membrane distillation定义:以疏水微孔膜作介面的液体蒸馏过程,用于水的蒸馏淡化,对水溶液去除挥发性物质。
膜蒸馏(MD)是膜技术与蒸馏过程相结合的膜分离过程,它以疏水微孔膜为介质,在膜两侧蒸气压差的作用下,料液中挥发性组分以蒸气形式透过膜孔,从而实现分离的目的。
与其他常用分离过程相比,膜蒸馏具有分离效率高、操作条件温和、对膜与原料液间相互作用及膜的机械性能要求不高等优点。
A. 膜蒸馏是20世纪60年代出现的一种新型膜分离技术。
进入20世纪80年代以来,由于高分子材料及制膜工业的迅速发展,同时由于对膜蒸馏机理模型更加深入的了解,人们对膜分离技术的兴趣越来越大。
膜蒸馏作为物理与化学过程相结合的新型分离技术,是利用疏水微孔(膜)将两种不同温度的溶液分开,温度较高时溶液中易挥发物质呈气态透过膜进入另一侧,然后冷凝分离。
由于能在常压低温操作,可利用废热,适于小规模淡化和浓缩等一系列优点,常被用于海水淡化、超纯水制备、非挥发性物质水溶液的浓缩和结晶,挥发性物质水溶液的浓缩和分离等方面。
在进行污水处理的同时,达到治理及资源回收的综合效果。
B. 膜蒸馏(MD)是混合液中挥发性组分在多孔疏水膜两侧的蒸汽压差的推动下实现传质分离的膜过程,它是近年发展起来的一种新型分离技术,可分为:1.直接接触膜蒸馏(DCMD);2.空气隙膜蒸馏(AGMD);3.吹扫气膜蒸馏(SGMD);4.真空膜蒸馏(VMD)。
膜蒸馏因具有可在常压下操作、设备简单、操作容易、操作温度低(6 0~90℃)、可利用低品位热源(如太阳能、地热、废热)、截留率高及可处理高浓度水溶液等优点,所以广泛用于高纯水的制备、乙醇脱水、食品加工、废水处理等方面。
C.膜蒸馏的工艺指标及影响因素1截留率从理论上讲,对不挥发性溶质而言其截留率应为100%,但实际上往往达不到100%.其原因有两方面,一方面是膜的缺陷,如孔隙大小分布很宽,有部分孔隙太大或膜有针孔、裂纹等;其二是运行过程中膜发生“湿化”现象,即疏水性局部丧失使溶液通过了膜孔.水通量影响水通量的因素有:1)溶液浓度:一般情况下,溶液浓度高,水平衡分压小,水蒸气通量小,因此随着热侧溶液的不断浓缩,水通量渐渐下降.2)膜两侧之温差:温差大,则传质推动力也大,水的通量增加.3)溶液的流动状态:随两侧流动状态的改善,膜两侧之温差会增加,蒸汽压差也会相应增加,水通量亦相应提高.4)膜的疏水性及结构参数的影响:包括孔径、孔隙率、膜厚和膜孔的弯曲因子。
多效膜蒸馏

多效膜蒸馏引言多效膜蒸馏是一种高效的分离技术,适用于液体混合物的分离和纯化。
它利用膜的特殊性质,在蒸馏过程中实现组分的选择性传递,从而达到分离目的。
本文将深入探讨多效膜蒸馏的原理、应用及技术创新。
原理多效膜蒸馏基于蒸馏原理,但在传统蒸馏的基础上引入了微孔膜进行分离。
这些微孔膜具有特定的孔径和选择性,能够阻止某些组分的传递,而允许其他组分通过。
通过多级的膜蒸馏过程,可以逐步富集目标组分,实现高效的分离。
应用多效膜蒸馏在各个领域都有广泛的应用,包括化工、食品、制药和环保等。
下面将详细介绍一些常见的应用领域。
化工领域多效膜蒸馏在化工领域中被广泛应用于溶剂的回收和纯化过程中。
通过选择性膜的使用,可以高效地分离出目标组分,并减少溶剂的损失和废弃物的产生。
这不仅提高了生产效率,还减少了环境污染。
食品领域在食品加工过程中,多效膜蒸馏可以用于酒精的精制、果汁的浓缩和脱色等。
通过多级膜蒸馏,可以去除杂质、保留食品的营养成分,并提高产品的质量和口感。
制药领域多效膜蒸馏在制药领域中被广泛应用于药物纯化和回收过程中。
由于药物的制备通常会产生大量的废液,传统的蒸馏方法效率低下且耗能巨大。
多效膜蒸馏可以高效地回收药物,并减少对环境的影响。
环保领域多效膜蒸馏在环保领域中被应用于水处理、污水处理和废气处理等过程中。
通过选择性膜的使用,可以将有害物质从废水或废气中分离出来,达到净化效果,并实现资源的回收利用。
技术创新多效膜蒸馏作为一种新兴的分离技术,不断受到研究者的关注和改进。
下面将介绍一些最新的技术创新和发展趋势。
膜材料的改进膜材料是多效膜蒸馏的关键因素之一。
近年来,研究人员致力于开发新型的高选择性膜材料,以提高分离效率和选择性。
例如,多孔有机聚合物膜和金属有机骨架膜等新材料的应用,使多效膜蒸馏的性能得到了显著提升。
膜结构的优化膜结构对多效膜蒸馏过程的传质性能和稳定性起着重要作用。
研究者通过改变孔径、厚度和孔隙率等膜结构参数,来优化膜的分离性能。
膜蒸馏

膜蒸馏研究中的几个热点问题
膜蒸馏过程的传质、传热机理研究 膜结构对膜蒸馏过程的影响 提高膜蒸馏通量和选择性的措施 膜蒸馏过程中的污染问题 膜蒸馏的集成膜过程
(膜过程集成和非膜过程集成)
膜蒸馏的传质机理
J = Km×△P (Km值的预测) 气态分子通过多孔介质的三种机理:
Knudsen扩散,分子扩散,Poiseuuille流动
Dusty-gas模型
Stefan-Maxwell模型
浓度极化和温度极化
提高通量和选择性的措施
减小浓度极化和温度极化
提高流速,在流道中放置隔离物,超声波
回收挥发性溶质时加盐降低水蒸汽压, 提高挥发性溶质的分压(提高选择性)。 选择操作方式; 优化组件结构
膜蒸馏过程中的膜污染问题
含有机物料液的蛋白质污染:
2
与非膜过程集成:
发酵/MD构成膜生物反应器。 多效蒸馏器或太阳能蒸馏器/MD制造饮用水。 流动床结晶器/MD从地下热水制饮用水。
太阳能蒸馏器与膜蒸馏集成
(示意图)
膜蒸馏技术的应用
海水和苦咸水脱盐制饮用水 化学物质的浓缩与回收 水溶液中挥发性溶质的脱除和回收 果汁、食品的浓缩 废水处理
海水和苦咸水淡化制饮用水
将料液煮沸,然后超滤预处理,可以得到缓解。
微生物污染:
不但膜上游侧,膜下游侧和孔道中也会污染。 较高温度、较高盐浓度、较低PH可抑制微生 物生长。
高浓度盐水的盐颗粒的污染:
超声波技术或料液的超滤预处理可减轻污染。
膜蒸馏的集成膜过程
1 与其它膜过程集成:
MF/UF/NF/MD海水淡化,提高水利用率。 UF/MD处理港口压舱水和病人血浆处理。 UF/RO/OD浓缩水果汁和蔗糖水溶液。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
膜蒸馏(Membrane Distillation)膜蒸馏是一种用于处理水溶液的新型膜分离过程。
膜蒸馏中所用的膜是多孔的和不被料液润湿的疏水膜,膜的一侧是与膜直接接触的待处理的热水溶液,另一侧是低温的冷水或是其它气体。
由于膜的疏水性,水不会从膜孔中通过,但膜两侧由于水蒸气压差的存在,而使水蒸气通过膜孔,从高蒸气压侧传递到低蒸气压侧。
这种传递过程包括三个步骤:(1)水在料液(高温)侧膜表面汽化;(2)汽化的水蒸气通过疏水膜孔进行传递;(3)水蒸气在膜的低温侧冷凝为水。
膜蒸馏过程的推动力是膜两侧的水蒸气压差,一般是通过膜两侧的温度差来实现,所以膜蒸馏属于热推动膜过程。
根据蒸气冷凝方式不同,膜蒸馏可分为直接接触式、气隙式、真空式和气扫式四种形式,如上图(图1)所示。
直接接触式膜蒸馏(Direct contact membrane distillation,缩写为DCMD)是热料液和冷却水与膜两侧直接接触;气隙式膜蒸馏(Air gap membrane distillation, 缩写为AGMD )是用空气间隙使膜与冷却水分开,水蒸气需要通过一层气隙到达冷凝板上才能冷凝下来;真空式膜蒸馏(Vacuum membrane distillation, 缩写为VMD )中,透过膜的水蒸气被真空泵抽到冷凝器中冷凝;气扫式膜蒸馏(Sweep gas membrane distillation, 缩写为SGMD )是利用非凝聚的吹扫气将水蒸气带入冷凝器中冷凝。
在具体应用中,选用哪一种膜蒸馏要视具体情况而定,比如原料液的成分、挥发性以及对通量的要求等。
通常直接接触式膜蒸馏所需要的设备最少、操作最简单,其适用范围主要包括海水淡化等脱盐、溶液的浓缩等,在这些过程中水作为主要的透过成分;气扫式膜蒸馏和真空式膜蒸馏在脱除溶液中的挥发性有机物和溶解气体方面应用较多;而气隙式膜蒸馏是一种应用范围较广泛膜蒸馏形式。
膜蒸馏是一种膜不直接参与分离作用的膜过程,膜的唯一作用是作为两相间的屏障,选择性完全由气—液平衡决定。
这意味着蒸气分压最高的组分渗透速率也最快。
例如:对于NaCl 等无机盐溶液,只有水才有蒸气压,即NaCl 等无机盐的蒸气压可忽略,这表明只有水才能通过膜,因此选择性非常高;乙醇/水混合物,当乙醇浓度低时膜不被湿润,两种组分均会通过膜传递,但乙醇的传递速率总比水快。
挥发性组分通过膜的传递可用通量正比于推动力的唯象方程描述,而推动力就是温度差,温差导致蒸气压差(温度与蒸气压之间的关系可由Antoine 关联式表示)。
通量唯象方程可描述为:i i p B J ∆=可见通量与两个参数有关,即与膜有关的B 和与体系有关的p ∆。
比例系数B 取决于膜参数,如材料(疏水/亲水)、孔结构、孔隙率和膜厚度。
体系参数p ∆主要取决于温差T ∆。
其他的较重要的参数为流体力学条件和膜器设计。
这些参数将影响温度极化,进而影响推动力。
1. 过程参数膜蒸馏是建立在通过多孔膜进行蒸馏这一概念基础之上的,主要的要求就是膜不被湿润。
如膜被润湿,则液体会自发进入到膜孔。
润湿性取决于液体与膜材料之间的相互作用,在亲和性低时不会润湿。
通过接触角机理可以获得有关润湿性的信息,即将一滴液体置于无孔(且光滑)的表面上,测定接触角。
亲和性低时,接触角θ应大于90O ,而亲和性高时,接触角θ小于90O 。
后一种情况下,液体会润湿固体表面,如图2所示。
图2. 滴液在固体(无孔)材料上的接触角如材料是多孔的,润湿时(θ<90O )液体会渗入孔内,可由Laplace 方程描述:θγcos 2r p l-=∆当θ>90O 时,θcos <0,p ∆>0,只有施加一定压力,液体才会渗入膜孔内。
从Laplace 方程可以看出,润湿性取决于3个因素:(1) 孔尺寸(r );(2) 液体表面张力(l γ);(3) 膜材料表面能(θ或θcos )。
润湿压力反比与膜孔径,孔径越大膜孔越易被湿润。
液体的表面张力与分子间的作用力有关,如色散力、极性力和氢键。
烃类,如己烷,只存在很弱的色散力,所以表面张力很低。
另一方面,当有氢键存在时,如水,分子间作用力很强,表面张力高。
当液体与聚合物间相互作用力弱时,液体不湿润表面;当液体与聚合物之间具有强的相互作用力时,固体表面将被润湿。
另一个重要的参数是聚合物的表面能,固体聚合物的表面能越高,越容易发生润湿。
表1给出了一些聚合物的表面能数值。
所以,为避免膜的润湿现象,膜的最大孔径必须小,液体的表面张力应当高,而膜材料的表面能应该低。
表1.一些聚合物的表面能数值2.膜膜蒸馏过程要求能够成功运用于该过程的膜必须是非亲水的和多孔的。
能过满足该条件的聚合物膜材料应具有低的表面能即良好的疏水性能,如聚碳酸酯、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、卤化聚乙烯、含氟高分子等。
普遍认为聚四氟乙烯最好。
能够适应膜蒸馏要求的膜可以是平板膜和管状膜。
膜蒸馏多孔膜的制备方法包括传统的相转化法、机械拉伸法和热致相分离法。
亲水性膜经过适当的憎水性处理后也可用于膜蒸馏过程。
由于膜蒸馏的选择性是由气—液平衡所决定的,所以不可能对膜进一步优化来改善其选择性。
然而通量可以优化,这方面最关键的参数是孔隙率(表面孔隙率和总孔隙率)。
但是孔隙率提高,通常伴随着孔径变大,但这有利于润湿。
在此需特别指出的是在制膜时控制膜的最大孔径是十分关键的,因为润湿性与此有关,最大孔径不应比平均孔径大太多。
在选择膜的孔径时应考虑两个方面的因素:适宜的膜孔径范围为100Å-1 m,一定条件下膜的孔隙率越高越好。
3.膜蒸馏的优缺点膜蒸馏是近些年来发展起来新型膜技术,它有机地结合了蒸馏的特点和膜的特点。
在膜蒸馏过程中既有常规蒸馏中的蒸汽传质冷凝过程,又有分离物质扩散透过膜的膜分离过程。
它避免了蒸馏法易结垢、怕腐蚀和反渗透法需要高压操作的缺点。
理论和实践证明膜蒸馏技术在海水脱盐方面应具有下列优点:(1)理论上膜蒸馏可以达到100%脱盐率。
对大分子化合物、胶体、盐类等非挥发性物质的选择性为0,因此膜蒸馏的产品为高纯度水。
膜蒸馏对水的选择性高于反渗透脱盐过程,甚至高于多级闪蒸。
(2)盐浓度对膜蒸馏效率的影响远低于对反渗透和蒸馏法效率的影响,膜蒸馏能够从海水中制取更高比例的淡水,同时获得具有更高利用价值的浓海水资源。
(3)膜蒸馏的淡化制水过程在接近常压及较低温度(60-90o C)下进行。
其温度低于传统的蒸馏法,而其压力远低于反渗透膜法。
(4)与反渗透(在高压下进行)相比膜蒸馏所需膜、膜组件及相关设备的机械强度大幅减小,膜蒸馏设备的投资通常比反渗透法和蒸馏法较低。
(5)由于膜的非极性减弱了盐水和膜之间的相互作用,与常规压力驱动的膜过程相比膜蒸馏具有较好的抗污染性能,相应地对盐溶液的预处理要求也随之降低。
(6)由于膜和膜组件是由高分子材料制备的,避免了因腐蚀而造成的环境污染。
同时由于膜在膜蒸馏过程中不直接参与分离作用,膜的唯一作用是作为两相间的屏障,所以能够用于制备膜蒸馏用膜的非亲水性高分子材料也比较广泛。
(7)和传统的蒸发过程相比,膜蒸馏的蒸发空间非常小。
膜蒸馏设备体积大为减小,而设备重量也更轻。
(8)由于膜蒸馏过程是在较低的温度下进行的,许多低温热源可被利用,比如:太阳能、地热、工业废热、热电厂排放蒸汽或传统脱盐余热等。
(9)组件式的膜系统使设备规模容易根据需要适时调整。
由此可见,膜蒸馏在海水淡化方面具有很大的应用潜力。
但是膜蒸馏作为一种分离技术也还有许多不完善之处,这也是迄今该技术还没有被大规模工业应用的主要原因之一,比如:(1)对膜过程的理论认识还较欠缺;(2)运行过程中膜的污染不仅导致膜的通量下降,更为严重的是加速了膜的润湿,使盐渗漏进入淡水侧,从而使淡水品质下降;(3)实用性膜的产水通量较低;(4)迄今还没有开发出较成熟的膜蒸馏用膜的生产技术;(5)缺乏有效的热量的回收手段;(6)没有长期的运行经验;(7)不确定的淡水生产成本。
4.膜蒸馏的研究史及现状有关膜蒸馏的早期研究可以追溯到60年代,美国的Bodell和Weyl等在他们的专利中描述了膜的特点与性能以及膜蒸馏的工艺过程,然而那时膜的最高产水通量仅有1kg/m2·h。
Findley是第一个发表膜蒸馏研究论文的人,在他的文章中阐述了膜蒸馏的基本理论和直接接触式膜蒸馏的研究结果,并研究了多种膜材料在膜蒸馏方面的应用,这些材料包括纸、胶木、玻璃纤维、赛璐玢、尼龙和硅藻土。
为获得膜蒸馏用膜的非极性,多数材料用硅橡胶、特氟隆和憎水剂进行了处理。
Findley的实验装置和流程非常粗糙,其目的是想搞清楚膜孔中存在的空气、膜厚度以及通过膜材料的传导热损失和孔隙率的影响。
他在结论中这样写道:“如果能够获得符合膜蒸馏特征、廉价、耐温和具备较长使用寿命的膜,膜蒸馏这项技术将能够成为一种经济的蒸发手段和能够应用于海水淡化。
”膜蒸馏的研发经历了从60年代到80年代的沉默之后才被重新认识和受到关注,这主要是受制于膜制备手段的发展,因为直到80年代人们才能够制备出高孔隙率的多孔膜用于膜蒸馏的研究。
同时人们对膜组件的设计、温度极化效应和浓度极化效应的研究也产生了积极的兴趣。
因此曾有人说膜蒸馏的真正研究始于80年代。
美国公司Gore and Associates,德国公司The Swedish Development Co.和Enka AG 都试图利用它们自己的膜和技术来商业化膜蒸馏技术,比如Gore的项目实施名称为“Gore-Tex 膜蒸馏”,但最终由于技术原因而放弃。
80年代末Enka 曾经宣称它们在广泛研究的基础上开发出了一套商业膜蒸馏系统。
从商业的角度来讲,膜蒸馏已开始得到了相当程度的认知,被认为是具有竞争力的新技术。
但是由于(至今)其通量还没有达到足够高,因而在大规模工业化应用方面还有相当长的路要走。
另一方面,自1990年以后,学术界的科学家们对膜蒸馏的兴趣由于其广泛的应用范围和对多重工程概念的涵盖而被迅速催化,期刊文章的发表量每年都在迅速递增。
随着研究的深入,膜蒸馏的优点(势)(如上所述)也逐渐被揭示出来,各国对于膜蒸馏技术的研究与开发的关注逐年升温,特别是西方发达国家和一些大公司都在相当程度上加大了对膜蒸馏研发的投入,都希望能够拥有其知识产权,以期收获它带来的丰厚利润和和战略利益。
在我国,自90年代以来也有许多文章发表,其中有关制膜方面的文章占主要比例。
膜蒸馏已具备相当的理论和技术基础。
虽然目前国际和国内还没有成功工业化应用的先例,相信随着高通量膜蒸馏用膜的成功开发、工艺的完善以及膜污染问题的解决,在不久的将来成熟的膜蒸馏技术将会问世。
4.膜蒸馏的应用应用领域取决于膜的润湿性,这意味着主要用于处理含无机溶质的水溶液。