膜蒸馏技术的回顾与展望

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1、2008年12月新膜过程研究与应用研讨会论文集·9·膜蒸馏技术的回顾与展望马润宇(北京化工大学生命科学与技术学院，北京100029)摘要：论述了膜蒸馏技术的发展历史、现状与应用前景，阐述了膜蒸馏技术的原理、特点及膜蒸馏过程机理．关键词：膜蒸馏；述评；进展中图分类号：T

2、Q028．8文献标识码：Al膜蒸馏过程的原理及特点1．1膜蒸馏技术的基本原理用一张多孔疏水膜可将温度不同的两种料液隔开，在膜两侧蒸汽压差的作用下，挥发性组分以蒸汽形式通过膜孔，从膜热侧到达冷侧．这就是膜蒸馏的基本过程．1986年在罗马召开的膜蒸馏研讨会上，与会专家统一规范了膜蒸馏过程涉及的各种术语，定义膜蒸馏过程

3、有如下几层含义：(1)使用的膜是多孔的；(2)膜不能被膜两侧的料液润湿；(3)挥发性组分以蒸汽的形式通过膜孔；(4)各种组份通过膜的推动力是该组份在膜两侧的蒸汽压差；(5)在膜孔中不发生毛细冷凝现象；(6)膜本身不影响其两侧不同组份的汽一液平衡；(7)膜至少有一侧与料液直接接触．通过膜两侧流体的温差来实现蒸汽压差是最常用的手段．挥发性组分通过膜后需要冷凝下来，根据冷凝方式的不同，膜蒸馏过程可分为直接接触式、气隙式、减压式和气扫式四种不同的形式．1．2膜蒸馏技术的优点与传统的分离过程相比，膜蒸馏过程具有如下独特的优点：(1)100％地排斥溶液中的不挥发性物质，如离子、大分子、固体

4、颗粒；(2)操作温度比传统蒸馏过程低得多；(3)操作压力比其它压力驱动的膜分离过程(如反渗透)低许多；(4)处理液与膜之间的化学作用很小；(5)对膜的机械强度要求很低；(6)与传统的蒸馏过程相比，操作时所需的汽相空间很小．1．3膜蒸馏过程用膜膜蒸馏过程一般采用疏水性多孔膜，同时膜材料收稿日期：2008一lO一30必须耐温，以保证膜能够在热溶液中稳定运行．目前膜蒸馏所使用的多孔膜一般都是用于微滤过程的商品膜，还很少能见到专门为膜蒸馏过程开发研制的膜．2膜蒸馏技术的历史与现状Bodell于1963年申请了膜蒸馏技术专利，在其专利申请中他将膜蒸馏描述为“一种将不可饮用含水流体转化为可

5、饮用水的装置和技术”．Bodell指出了可用抽真空的方式将渗透蒸汽从装置中移走．他并没有给出所用膜的结构和孔的大小，只是说该膜只能被蒸汽透过而不能被水透过，未给出结果和定量分析．1964年Weyl发现采用空气填充的多孔疏水膜可在蒸汽压系统内从含盐水中回收去离子水．这一着眼于采用新工艺提高脱盐效率的发现于1967年被授予美国专利．该专利宣称“这是一种新的脱盐方法和装置，它的运作将在最小限度地使用外部能量、资金和场地的情况下进行”．Weyl建议将热的溶液和冷的渗透物都与膜直接接触，以消除气隙．采用厚3．21Tim，孔径9pan，空隙率42％的m膜，Weyl当时获得了1kg／(m2·

6、h)的通量，较当时反渗透5-75k／(m2·h)的通量有相当大的差距．因此在20世纪60年代后期人们对膜蒸馏的兴趣逐渐减弱。Findley第一个将膜蒸馏的研究结果公开发表．20世纪60年代后期他发表了用多种膜材料进行的直接接触式膜蒸馏的实验结果和基本理论．尽管Findley的实验装置和步骤相当粗糙，但他还是定性地确定了膜孔中空气的存在、膜的厚度、导热热损失·10·膜科学与技术2008年和空隙率对膜蒸馏的影响．Findley预言，如果能找到低价位、耐高温、长寿命的理想膜，膜蒸馏不仅能用于处理海水，也是一种非常经济的蒸发方法．早期的膜蒸馏过程设计中，Rodger的工作最为出色，他在

7、1968—1975年问有多项专利被批准揭q引．1971年的专利设计了多效膜蒸馏，以分离挥发性不同的缱份，如重水的分离．1972年的专利设计了膜蒸馏的脱盐工艺，是一个包含了料液脱气、膜表面处理等工序在内的完整系统．1975年的专利则改变了研究方向，设计了家用饮水机．20世纪80年代早期，随着膜制造技术的发展，人们对膜蒸馏兴趣又逐渐恢复，这主要是因为此时已经出现了空隙率高达80％而厚为50btm的膜，其通量是Weyl和Findley在20世纪60年代所用膜的100倍以上．另外组件的设计也有了相当大的改进，对温度和浓度极化现象对膜蒸馏过程的影响也有了较深的认识．这些都使膜蒸馏逐渐被认

8、为是一个极具竞争力的处理过程．此时已经有多位研究者开始在膜蒸馏过程中测试自己的膜，以求膜蒸馏单元能够商品化．Gore[13]开发了一个卷式的组件用于膜蒸馏过程，但由于传热效果不好而不得不放弃其商品化的尝试；SwedishDevelopmentCo。[14,15J采用板框式的组件对膜蒸馏进行了研究；Enda[16,17J采用中空纤维膜组件对膜蒸馏过程进行理论性的探索，并公开发表了其理论模型和结果．20世纪80年代后期Enda推出了商品化的膜蒸馏系统．即使在今天，从商品化的角度来讲，膜蒸馏作为一