XDLVO理论解析有机物在膜蒸馏过程中的膜污染行为机制

采用XDLVO(Extended Derjagu-Landau-Verwey-Overbeek)理论对商用微孔疏水膜(PVDF膜)与自制超疏水膜(SH-PVDF膜)在膜蒸馏(MD)处理高盐有机(腐殖酸(HA)、海藻酸钠(SA))废水过程中的膜污染行为机制进行定量解析,评价不同界面相互作用能(范德华(LW)作用能、静电(EL)作用能、路易斯酸碱(AB)作用能)对膜污染的影响程度,并采用气隙式膜蒸馏(AGMD)进行对比验证.结果表明：LW与EL作用能为正值,AB作用能为负值且在几种作用能中起主导作用、导致总界面相互作用能为负值,污染物与膜界面间表现为吸引作用,说明所考察的几种有机物都会对2种膜材料产生一定程度的污染;膜的受污染程度与膜和污染物的极性性质有关;对于同一种污染物,PVDF膜更容易受到污染;对于同一种膜而言,HA比SA更容易造成膜污染;另外,Ca²⁺的加入会加重膜污染.AGMD运行实验与计算结果一致,表明XDLVO理论对于有机物在膜蒸馏过程中的膜污染行为解析具有指导意义.     

基于XDLVO理论解析膜法水处理过程中膜污染问题的研究

扩展的德亚盖因-兰多-弗韦-奥弗比克理论(The extended Derjaguin-Landau-VerweyOverbeek,XDLVO)可以用于定量解析界面之间的相互作用性质及程度,因而有助于理解膜法水处理过程中复杂的膜污染现象并提供膜污染问题的预防或解决思路.考察了近年来在相关方面理论解析膜与污染物相互作用的界面相互作用能的文献报道和研究进展,利用已有参数基于XDLVO理论进行计算和数据统计分析,总结出了不同膜材料和不同污染物在进行膜法水处理过程中容易发生膜污染的可能顺序,并调查了膜分离过程中溶液条件对膜污染的影响.进一步提出目前研究中存在的问题,并对XDLVO理论在膜污染问题解析方面的研究进行了展望.     

膜蒸馏过程中的膜污染研究

考察了膜蒸馏用于脱盐时膜的污染情况,分析了不同无机盐对疏水膜的具体影响。未处理的苦咸水含有难溶无机盐,膜蒸馏过程中膜表面会出现沉积物。沉积物会破坏膜的疏水性影响渗透液的质量,同时影响膜蒸馏传递过程,降低渗透通量。在无机盐浓度较低时,通过料液预处理剔除不溶物可以有效防止沉积物的出现。     

真空膜蒸馏中的膜污染研究

用场发射扫描电子显微镜(FESEM)结合能谱分析(EDS)表征真空膜蒸馏过程中的聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜的污染情况。膜污染物是含Na、Cl、Si、Mn、Fe、Cu和Zn等元素的混合物,各元素分布密度从膜外侧向内侧为递减趋势。据此确定的清洗方案为:在45℃、pH 2~3的稀盐酸溶液中浸泡2h,然后在45℃、5000ppm的次氯酸钠水溶液中清洗2h,最后在45℃下进行烘干来恢复PVDF中空纤维膜的稳定性能,并反复多次清洗和多次进行VMD稳定实验。结果表明:按此清洗方案以间隔20h清洗一次的频率进行膜蒸馏系统的维护,可以使膜蒸馏系统长期稳定运行。     

膜蒸馏污染研究

用膜蒸馏处理含有无机盐的溶液时 ,膜表面会出现盐结晶 ,从而影响膜蒸馏传递过程降低膜渗透通量。本实验研究了无机盐所形成的膜污染对膜渗透通量的影响 ,在无机盐浓度较低时 ,膜污染很小 ;当溶液盐浓度很高时 ,对于NaCl溶液而言达到 2 5 %左右时 ,膜污染急速产生 ,认为改善流体流态可以有效防止膜污染的出现     

低压膜集成技术回收纺丝废水中的离子液体

1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([Bmim]Cl)是纤维素的良溶剂,能否实现从纺丝废水中有效地回收一直是一个亟待解决的问题,本文考察了聚酰胺类膜对[Bmim]Cl离子液体的抗腐蚀性,比较了自制中空纤维纳滤膜(NF)及商业反渗透平板膜(RO)对不同盐类的截留效果,研究了[Bmim]Cl的浓度、测试温度、压力等对RO膜截留性能的影响。FTIR表明,RO膜可实现对离子液体的浓缩,纯度非常高,浓缩倍率达到8.2,回收率为97.8%。     

膜蒸馏过程探讨

讨论了膜蒸馏涉及的膜材料特性.提出水膜阻力概念,认为疏水膜材料结构的优化与膜蒸馏工艺有关.提出鼓泡膜蒸馏方法,在热流体中鼓入空气气泡,由气液两相流效应来强化热流体的扰动.提出透气膜蒸馏方法,通过气体的吹扫夹带作用,使膜孔内水蒸气的传质由低效的扩散转为高效的对流机理.提出曝气膜蒸发方法,利用不同温度的空气吸湿原理进行膜曝气.将膜蒸馏过程与化学除硬度、超滤耦合,可除去结垢性钙镁离子;将膜蒸馏过程与气浮絮凝过程耦合,可除去有机污染物,实现高倍率浓缩.提出多效膜蒸馏方法,膜组件兼有蒸发与换热功能,使膜蒸馏过程中的水蒸气冷凝与原水加热过程耦合,可以实现低成本的膜蒸馏过程.     

膜蒸馏海水淡化过程研究:三种膜蒸馏过程的比较

采用聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维疏水微孔膜,以质量分数3.5%NaCl水溶液为模拟海水测试液,进行膜蒸馏脱盐实验.比较了真空(VMD)、气扫式(SGMD)和直接接触膜蒸馏(DCMD)过程的脱盐性能,考察了料液温度、流速、浓度以及冷侧冷凝条件等操作条件对过程性能的影响.结果表明:VMD过程的产水通量最高,达到21.8 L/(m2·h);DCMD次之,SGMD最小.三种MD过程的渗透通量均随料液温度的升高而增大,随料液浓度的增加而降低;SG-MD和VMD过程通量分别随冷侧气体流速和真空度增加而提高,而DCMD过程通量则几乎不随冷却水流速变化而改变.SGMD、DCMD和VMD过程的脱盐率分别为99.97%、99.98%和99.99%,几乎不随操作条件而改变.     

气隙膜蒸馏回收绿色氨水性能研究

回收沼液中的氨氮可实现低成本和低碳足迹的氮肥生产.理论上气隙膜蒸馏能以绿色氨水形式将沼液中氨氮加以回收,然而该方面的研究还较少.本文对气隙膜蒸馏以氨水形式回收沼液中氨氮的具体性能进行了研究.采用单因素实验分别研究了气隙厚度、进料温度、初始氨氮浓度和进料流速等因素对模拟沼液中氨氮回收效率的影响.结果表明氨通量和水通量均随着进料温度的增加而增加,随着气隙厚度的增加而降低.进料流速为90 mL/min时,氨氮分离因子和氨氮脱除率均为最高值.基于单因素实验结果,采用正交实验探究气隙膜蒸馏回收氨氮的最佳实验变量组合.结果表明,气隙厚度3 mm、进料温度54℃、初始氨氮浓度800 mg/L和进料流速90 mL/min是以氨氮分离因子为评价参数时的最佳实验变量组合.     

中空纤维膜膜蒸馏过程研究进展

膜蒸馏技术以其极高的截留率和温和的操作条件等优势成为膜分离技术中一个重要的分支,并成功应用于海水苦咸水淡化、工业废水处理及食品加工等领域。中空纤维膜以其高的装填密度和自支撑结构极大地降低了传质阻力,从而实现膜蒸馏过程中的高通量和高选择性。近年来,随着膜蒸馏用中空纤维膜制备技术的日益扩充和成熟,限制其工业化发展的膜蒸馏过程因素如中空纤维膜组件的设计和优化、使用过程中出现的膜表面结垢及膜污染等也逐渐得到重视。文中从中空纤维膜组件优化、膜污染、组合工艺及应用等方面综述了中空纤维膜膜蒸馏过程的研究进展,并对其膜蒸馏过程中亟待深入研究的内容和其应用前景进行了展望。     

膜蒸馏过程传递机理研究进展(Ⅳ)渗透膜蒸馏

渗透膜蒸馏(OMD)作为一种新型分离技术受到越来越广泛的关注.对近20年来国内外在OMD方面的研究工作进行了综述,评述了该膜过程的传质、传热机理、实验研究及过程模拟方面的主要成果,分析了膜过程的影响因素,包括渗透剂和待处理料液的性质、浓度、流速、温度以及膜形态参数等.就该领域未来的研究提出了一些建议,认为将反渗透(RO)海水淡化、膜蒸馏浓缩RO浓水和以高含盐浓水作为OMD的渗透剂等三个膜过程集成,可以避免高浓盐水大规模排放可能引起的环境与生态问题.     

膜蒸馏过程传递机理研究进展(Ⅲ)真空膜蒸馏

真空膜蒸馏以其独特的优点而受到越来越广泛的关注,其可应用范围也变得越来越广.对近20年来国内外在真空膜蒸馏方面的研究工作进行了综述,评述了该过程传热传质机理实验研究、理论分析和过程模拟方面的主要研究成果;分析了过程的影响因素(真空度、膜的形态结构、进料温度、进料流速、进料浓度)和临界操作条件对过程的影响.认为有价值的研究工作为膜结构参数的选取、膜组件的优化、膜污染临界操作条件的确定方法和防止膜污染发生的自动控制模型的建立等,力图能为工业应用提供理论指导.     

离子液体在质子交换膜中的应用研究进展

质子交换膜是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的核心元件之一,以Nafion为代表的全氟磺酸膜的电导率强烈依赖于水含量,而以磺化聚醚醚酮(SPEEK)为代表的磺化芳香族聚合物膜电导率依然有需要改善的空间,这些限制了PEMFC进一步的发展.离子液体具有较高的电导率,优异的热稳定性、电化学稳定性,且不挥发,因此可以替代水在高温下作为质子传递介质,应用于传统质子交换膜性能提升的改性,提高膜的质子电导率和使用温度.文章对近年来离子液体在SPEEK、PS、PBI、PI、PVDF、Nafion等树脂中的应用及质子传递机理进行了综述,阐述了应用中存在的问题及对策,并对研究前景进行了展望.     

膜蒸馏过程传递机理研究进展(1)直接接触式膜蒸馏

综述近10多年来国内外发表的有关文献,分析了膜蒸馏过程的特点,评述了直接接触式膜蒸馏过程传热传质机理的研究进展,包括模型的建立、温度极化、浓度极化、传热系数的确定、膜结构的影响、流体力学的影响;并分析了该过程传递机理的研究重点.     

膜蒸馏过程传递机理研究进展(Ⅱ)气隙式膜蒸馏

在国内外近十多年研究成果的基础上,综述气隙式膜蒸馏在传递方面的研究进展.主要阐述气隙式膜蒸馏过程的传热、传质机理,分析了温度、流速、气隙宽度、膜结构参数等因素对传质、传热过程的影响,对未来的研究提出了一些建议.     

温度极化对膜蒸馏过程的影响研究

采用直接接触式膜蒸馏，以纯水为料液，考察了材料及结构不同的5种微孔疏水膜的渗透性能．分析结果认为，膜的渗透系数和温度极化系数共同影响着膜通量的大小．实验还考察了料液温度和流率对膜通量及热效率的影响，利用膜及膜两侧边界层内传热传质理论对此进行了分析讨论．因温度极化系数随操作温度变化，可通过控制适宜操作温度获得大膜通量和高热效率．增大料液流率可强化传热，使温度极化减弱，膜通量增加．     

UF处理生活污水过程中的膜污染和膜清洗研究

采用多种化学清洗剂对UF处理生活污水过程中被污染的UF膜进行了清洗研究，初步分析了产生膜污染的因素．结果表明，在被污染的膜上，有机物和无机盐垢相互覆盖，用次氯酸钠和酸交替清洗膜可以获得较好的清洗效果，     

真空膜蒸馏过程的流体力学模拟

利用计算流体力学(CFD)技术成功建立了真空膜蒸馏(VMD)过程中空纤维膜的三维传热和传质模型,并通过实验数据进行了验证.评估了操作条件对VMD性能的影响,讨论了温度、传热系数、热通量、膜通量、温度极化系数和总热效率沿着纤维长度的变化规律.研究发现,VMD中传质主要受料液热边界层内的传热控制,传热阻力主要存在于进料侧.较高的料液进口温度可以增大平均膜通量和总热效率,但温度极化现象更显著.提高料液流速有助于获得更高的跨膜通量,但会使总热效率减小.当料液流速低于0.7 m/s时,温度极化系数先减小随后增大,但若料液流速高于0.7 m/s,则呈现持续减小的趋势.透过侧绝对压力减小会提高传质推动力,进而提高膜通量和热效率,但真空泵的能耗会升高.     

膜蒸馏原理在酞菁化合物结晶过程中的应用

介绍了运用膜蒸馏的基本原理来实现酞菁氧钛（ＴｉＯＰｃ）晶型转变的方法，用该方法制得的χ２型酞菁氧钛具有比其它晶型ＴｉＯＰｃ更为优越的光导性能     

真空膜蒸馏过程CFD模拟及膜组件设计

利用计算流体力学模拟软件对真空膜蒸馏过程进行模拟计算.通过自行编写UDF对实验结果进行验证,模拟结果表明,在不同进料温度、进料流量以及渗透侧真空度的影响下,模拟值与实验值均高度吻合,编写的UDF可用于膜组件放大化模拟.对平板真空膜蒸馏组件进行放大设计后模拟发现,当有效过滤面积为0.25 m~2时,平板膜组件最佳长宽比为1∶2,组件内通道高度为7.5 mm,此时渗透通量为6.08 kg/(m~2·h);通过在组件内部增加隔板以加快料液互相渗透,模拟结果表明,隔板最佳高度为3 mm,隔板间距为40 mm,优化后的膜组件渗透通量达到了6.53 kg/(m~2·h),相比初始膜组件提高了10.3%.