渗透蒸发膜的研究进展

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1、渗透蒸发膜的研究进展摘要：渗透蒸发或称渗透汽化是用于液体混合物分离的一种新型膜技术。在过去的几十年屮，渗透蒸发膜的基础研究和运用已经取得了长足的进步和惊人的如破。这篇综述介绍了目前国内外PV膜的发展概况和取得的最新成就。介绍了渗透蒸发膜的种类及英分离特性，切外也介绍了部分渗透蒸发膜的表而改性,最后,介绍了渗透蒸发膜的主要应用领域，特别是在燃料电池屮的广泛应用。关键词：渗透蒸发膜，共混膜，杂化膜，膜的表而改性，电池燃料1.引言1.1渗玉蒸发膜技术的简介膜分离技术是近三十多年来发展起来的高新技术，是多学科交叉的产物，也是化学工程学科发展的新增长点。随着经济的发展、社会的进步和人民生活水平的捉高，能

2、源紧张、资源短缺和环境污染的孑盾越来越突岀，而膜分离技术正是解决这些人类所而临的重大问题的新技术。因而，近年来获得了极为迅速的发展,已经形成了独立的新兴技术产业。我国膜技术的研究开始于20实际50年代末，经过四十多年的发展，已经在能源、电子、石化、食品、医药卫生、重工业、轻工业和环境保护等各个领域发挥了重要的作用。在膜技术家族屮，除以成熟的微滤、超滤、电渗析、反渗透、和气体分离外,近年来，也不断的发展了一些新型的膜技术。渗透蒸发就是用于液（气）体混合物分离的一种新型膜技术⑴。它是在液体混合物屮组分蒸汽分压差的推动下，利用组分通过致密膜溶解和扩散速度的不同实现分离的过程，其突出的优点是能够以低的

3、能耗实现蒸诸、萃取和吸收等传统方法难以完成的分离任务。渗透蒸发特别适用丁•蒸憎法难以分离或不能分离的近沸点、恒沸点冇机混合物溶液的分离；对冇机溶剂及混合溶液屮微量水的脱除、废水屮少量冇机污染的分离及水溶液屮高价值冇机组分的回收具冇明显的技术上和经济上的优势⑵。渗透蒸发还可以同生物及化学反应耦合，将反应生成物不断脱除，使反应转化率明显捉高⑶。1.2分离原理渗透蒸发过程的分离原理：具冇致密皮层的渗透蒸发膜将料液和渗透物分离为两股独立的物流，料液侧（膜上游侧或膜前侧）一般维持常压，渗透物侧（膜下游侧或膜厚侧）则通过抽真空或载气吹扫法的方式维持很低的组分分压。在膜两侧组分分压差（化学为梯度）的推动下，

4、料液中各组分扩散通过膜，并在膜后侧汽化为渗透物蒸汽。由于料液屮各组分的物理化学性质不同，它们在膜屮的热力学性质（溶解度）和动力学性质（扩散速度）存在差异，因而料液屮各组分渗透通过膜的速度不同，易渗透组分在渗透物蒸汽屮的份额增加，难渗透物组分在料液屮的浓度则得以捉高。可见，渗透蒸发膜分离过程主要是利用料液屮各组分和膜Z间不同的物理化学作用来实现分离的。1.3膜性能评价指标(1)渗透通量渗透通量为在单位面积、单位时间内渗透过膜的物质的量，其定义是如下:J=M/At式中，M为透过膜的组分的渗透量；A为膜面积，m2；t为操作时间，h；J为渗透通量，g/(m2h)o渗透通量用來表征组分通过膜的申渗透速率

5、，其大小决定了为完成一定分离任务所需膜面积的人小。膜的渗透通量越大，所需膜的面积越小。渗透通量受许多因索的影响，包括膜的结构与性质，料液的组成与性质，操作温度、压力和流动状态等。(2)选择性膜的选择性表示渗透蒸发膜对不同组分分离效率的高低，一般用分离系数a来表示。式中，Ya与Yb分别为在渗透物中A与B两者组分的摩尔分数；Xa与XB分别为料液中A与B两种组分的摩尔分数。如果两种组分透过膜的速率相同，Ya/Yb等于Xa/Xb，分离系数a等于1,即膜对最分A和B无分离能力。如果组分A比B更易透过膜，则Ya/Yb大于XA/XB,分离系数a大于1。显然，膜的分离系数越大，组分分离的越完全。2.渗透蒸发膜

6、的分类2.1咼分子膜2.1.1均质渗透蒸发过程所用的均质膜为之地均与口无物理孔的致密薄膜，厚度一般在儿I•微米到儿百微米。这类膜的特点是制备简单，性能容易控制，但由于厚度较大，组分通过膜的阻力较大，导致渗透通量较小。因此这类膜没有实际应用的价值，常被用作实验室研究用膜，用来研究组分在膜中的溶解和扩散特性，或用来比较和初步筛选膜材料。均质膜通常是在空气中口然蒸发凝胶而成的。2.1.2非对称膜渗透蒸发过程所用的非对称膜是由同一种材料制备而成，但膜的结构并非均匀一致，而是沿膜的厚度方向有疏松逐渐变成为致密，疏松部分主要起机械支撑的作用，而致密皮层主要起分离作用，致密分离层的厚度约为0.1〜1.0pm

7、。非对称膜的分离性能主要取决于致密分离层，通常致密分离层越薄，通量越大，因而膜的研究致力于减小致密分离层的厚度。致密分离层厚度的减小一般都随着却缺陷产牛可能性的增加，从而劣化膜的选择性能。制备非对成膜的材料既要有良好的分离性能，乂有优良的成膜性能，但目前能同时满足这两个要求的膜材料还不是很多，从而限制了非对称渗透蒸发膜的研究和应用。2.1.3复合膜渗透蒸发复合膜的特点是在多孔的基膜上覆盖一层致密的