陶瓷基碳纳米管复合膜的光热膜蒸馏性能研究

构筑新型光热多功能蒸馏膜界面具有重要的研究价值,本研究以氧化铝(Al₂O₃)陶瓷膜作为载体,通过原位化学气相沉积(CVD)过程制备了氧化铝-碳纳米管(Al₂O₃-CNTs)复合膜,复杂交错的CNTs网络结构同时为复合膜提供了较好的疏水性以及高效的光热转换性能.Al₂O₃-CNTs膜的氮气渗透性为1 135.14 m³/(m²·h·MPa),水接触角达到171.0°,液体渗透压力为0.15 MPa.复合膜在模拟太阳辐照下辐照600 s后,表面温度升高至82.7℃,光吸收率最高可达66.2%.通过研究传统膜蒸馏及光热膜蒸馏性能,结果表明,在进料液温度为75℃,流速为60 r/min,进料液质量分数为3.5%NaCl溶液的情况下,相比于传统膜蒸馏过程,该复合膜在4 kW/m²的模拟光照强度下,通量提升率为33.7%,太阳能利用效率达到22.7%,同时盐截留率(>99.8%)和渗透侧电导率(&...     

PVDF螺旋卷式膜组件制备及真空膜蒸馏性能研究

真空膜蒸馏工艺作为一种具有良好应用前景的膜蒸馏操作方式得到了广泛的研究.当前常用于真空膜蒸馏研究的膜组件包括平板式、管式和中空纤维式.尝试制备了一种用于真空膜蒸馏的螺旋卷式膜组件,通过试验对自制组件的性能进行了研究,证实了卷式膜组件真空膜蒸馏操作的可行性.在真空度为-0.092 MPa,温度为67.7℃的操作条件下,得到了10.43 kg/(m2·h)的通量.通过试验比较了所制备卷式膜的通量与膜材料本底通量的差别,并对所存在的问题进行了分析.     

海水淡化浓盐水真空膜蒸馏研究

采用PVDF中空纤维膜及PTFE微孔平板膜组件对反渗透海水淡化浓盐水的真空膜蒸馏过程进行了研究.连续运行的结果表明:温度是影响海水淡化浓盐水膜蒸馏过程的关键因素,对膜通量影响较大.在真空侧压力为2 kPa,浓盐水流量为24 L/h时,进料侧浓盐水温度为346.35 K时,PVDF中空纤维膜组件的膜蒸馏通量为13.26 kg/(m2.h).而在真空侧压力为2 kPa,浓盐水流量为120 L/h,进料侧浓盐水温度为340.15 K时,PTFE平板膜组件的膜蒸馏通量为24.8 kg/(m2.h).研究表明膜蒸馏技术处理海水淡化浓盐水具有广阔的应用前景.     

太阳能膜蒸馏淡化水系统研究进展

在能源紧张和水资源匮乏的时代背景下,利用太阳能驱动膜蒸馏系统来淡化海水和苦咸水成为一项重要的水处理技术.为了提高膜蒸馏通量,使用了旋转切向入流的方式来强化传质过程,并对其作了深入的数值模拟和机理研究.在空气隙膜组件结构上做了进一步的改进,其通量与原有膜组件通量接近,但易于加工制作和可多种方式组合使用.为提高太阳能热水系统的性能,开展了集热器性能的实验研究,并应用FLUENT软件对全玻璃真空管集热系统进行三维数值模拟计算.太阳能膜蒸馏的实验表明在呼和浩特夏季,完全可以利用太阳能驱动膜蒸馏系统全天工作.     

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%.     

气隙式膜蒸馏法浓缩氢氧化钠溶液的实验研究

利用能量回收气隙式膜蒸馏组件浓缩氢氧化钠溶液,研究了进料温度、流速、浓度对膜通量、造水比和截留率的影响.结果表明,膜通量和造水比随着进料温度T_3升高而增大,随着进料浓度的增加而减小;料液流量增加时膜通量增大,造水比降低.当料液浓度为110g/L,进料温度T_1为40.0℃,T_3为95.0℃、流量为15L/h时,膜通量为6.3kg/(m~2·h),造水比为5.1,截留率可达99.9%.     

蒸汽诱导法辅助相转化法制备疏水PDMS-PVDF微孔膜及其结构性能研究

采用蒸汽诱导法辅助浸没沉淀相转换法制备了硅橡胶-聚偏氟乙烯(PDMS-PVDF)疏水微孔膜并用于真空膜蒸馏NaCl水溶液,通过衰减全反射傅里叶变换红外光谱仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、接触角测试仪对微孔膜的形貌结构和表面接触角进行表征和测试,研究了相对湿度对微孔膜结构和性能的影响。结果表明：随着相对湿度的增加,微孔膜表面接触角逐渐增加,孔隙率提高,平均孔径为(31±2)nm;截留率均达到99.9%以上,渗透通量先增加后降低;相对湿度为70%时制备的微孔膜渗透通量可达5.2kg/(m²·h)。     

PVA-PAA/PTFE复合膜的制备及其在膜蒸馏中浓缩垃圾渗滤液的性能

膜蒸馏(MD)技术由于受浓差极化影响小,有望在浓盐水的深度浓缩中发挥作用,但在实际运行过程中会面临膜污染和润湿的问题.本研究采用旋涂法在商用疏水性聚四氟乙烯(PTFE)膜上涂覆一层亲水性皮层,制备了一种Janus复合膜.该皮层由聚乙烯醇(PVA)和聚丙烯酸(PAA)通过高温脱水缩合而成,在热水中性质稳定,具有较强的耐污染能力.Janus复合膜具有不对称的润湿性,PTFE膜表面呈疏水性,空气中水接触角为144.3°;涂层在空气中亲水,水接触角为59.1°,水下憎油.采用Janus复合膜,以含500 mg/L腐殖酸(HA)、14.7 mmol/L硫酸钙(CaSO₄)以及各自添加氯化钠(NaCl)的溶液作为进料液,进行直接接触式膜蒸馏(DCMD)测试.浓缩不含NaCl的HA溶液以及含有NaCl的HA溶液时,两种膜的通量相差不多,复合膜通量分别为16.2 kg/(m²·h)和15.5 kg/(m²·h).浓缩1.9倍CaSO₄溶液时,PTFE膜的通量为14.9 kg/(m²·h),复合...     

太阳能集热真空膜蒸发系统及其盐溶液浓缩试验

采用太阳能集热真空膜蒸发系统对高浓盐水进行蒸发浓缩试验研究,考察了温度,真空度以及盐水溶液浓度对浓缩效果的影响。结果表明:温度、真空度的提高均能增大膜通量;实验中聚四氟乙烯(PTFE)膜组件的最高膜蒸发浓缩通量可达3.94kg/(m2·h);其中盐水浓度能从7%蒸发浓缩至32%,不产生明显的结晶.太阳能集热装置能维持料液温度在60~80℃范围内,供热稳定性良好,具有放大应用前景.     

PVDF疏水中空纤维膜与组件对真空膜蒸馏性能的影响

利用高孔隙率的聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维疏水膜进行真空膜蒸馏(VMD)脱盐实验.在真空度0.095MPa,盐水温度60℃,流速1.5kg/min的条件下,着重研究了中空纤维膜内径、壁厚,组件长度、装填纤维数目等结构参数对VMD性能的影响.结果表明:组件长度或装填纤维数目增加,组件产水通量明显降低而总产水通量明显提高;中空纤维膜内径对VMD产水通量影响较小,而膜壁厚增加使通量明显降低;用内径1.0mm壁厚0.1mm的膜制成的长度21cm装填纤维50根的膜组件,产水通量达到21.8kg/(m2·h).VMD过程产水的电导率保持在4μS/cm以内,脱盐率达99.99%,受膜、组件结构及操作条件影响很小.     

基于真空膜蒸馏的空调除湿溶液再生实验研究

为解决传统填料塔式溶液再生方法热效率低、受环境影响大、存在飘液等问题,本文提出一种基于真空膜蒸馏的溶液再生方法.通过实验和模拟研究了溶液温度、流速、质量分数以及系统真空度对膜通量、热效率、跨膜传质系数、截留率的影响.结果表明:膜通量随溶液温度、流速、系统真空度的升高而增加,随溶液质量分数的升高而急剧下降,膜通量实验值与...     

GO改性高效油水分离PVDF杂化膜制备及其性能

氧化石墨烯(GO)因其具有丰富的羟基和羧基而被作为亲水改性剂应用于膜的制备.本研究通过向由聚偏氟乙烯(PVDF)与一种三嵌段共聚物(AP)组成的混合物中加入不同比例的GO,以制备具有高效油水分离性能的PVDF/AP/GO杂化膜,并考察了其对油水乳液的分离性能.研究发现,GO添加量为0.20%(质量分数)时的膜(M3)性能表现最佳,其在分离油水乳液时截留率较高(>98.9%),相对通量恢复率高于90.7%.此外,M3的纯水通量高达1 090 L/(m²·h).即使经过5次油水乳液循环过滤实验,截留率(>96%)和纯水恢复通量J_c(>879 L/(m²·h))仍然保持在非常高的水平,表现出优异的油水乳液分离性能.     

太阳能膜蒸馏热工质加热系统CFD计算分析

对太阳能膜蒸馏热工质加热系统进行了简化,建立加装导流板的全玻璃太阳能膜蒸馏热工质加热系统的物理模型,该模型包括全玻璃太阳能集热系统和膜蒸馏热腔两部分,提出二者的耦合集成点,得出耦合边界条件及其非稳态流动的设定方法,建立了太阳能膜蒸馏系统的三维非稳态CFD(计算流体动力学)计算模型,得出求解方法及思路,得到太阳能集热器联接管出口流体温度和流量的变化规律,与膜蒸馏热腔模型耦合计算,得出非稳态情况下膜通量与太阳能辐照强度的变化规律,为下一步太阳能利用与膜蒸馏的耦合优化奠定基础.     

新型多层并接式膜组件的设计研究

结合课题组前几代膜蒸馏的研究成果,在课题组发明的旋转切向入流膜组件的基础上设计了一种新型、大型、带有分水盘的并接式空气隙膜组件.该组件构造精巧新颖,多层并联运行.这种设计有着结构更加紧凑、加工方便、应用范围也更加广泛,而且还增大了膜面积、提高了产水量等特点.此外,该组件可以与西部地区丰富的太阳能资源结合起来,为解决当地...     

真空膜蒸馏分离苯/N-甲酰吗啉水溶液体系微分模型

建立了新的半经验半微分传质传热模型,以苯/N-甲酰吗啉(NFM)水溶液体系为代表,研究了真空膜蒸馏分离去除苯的传质传热过程.并通过数学模拟和实验考察了操作参数对苯的传质通量、去除效率、分离因子以及水传质通量的影响.结果表明,新模型能较好地描述真空膜蒸馏的传质传热过程,能直观地解释实验结果,模拟值与实验值吻合.另外进料浓度、流量、温度及真空度的提高有利于提高苯的传质通量,但不利于提高分离效果.浓度、流量对传质的影响表现为对液相扩散传质能力的增强.温度及真空度对传质的影响表现为对气液界面分压的影响.以上因素的影响最终体现为对扩散组份跨膜分压差的影响.     

整体非对称性PVDF中空纤维膜在真空膜蒸馏中的应用

采用乙醇与次氯酸钠溶液去除商品化聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜中的亲水性物质,从而恢复PVDF膜材料本征的疏水性,并将疏水膜应用于真空膜蒸馏(VMD)脱盐试验中。在进料温度为70℃,进料流量为120L/h,真空度为-90kPa的操作条件下考察了次氯酸钠溶液浓度,pH值,温度对PVDF中空纤维膜在真空膜蒸馏海水淡化中的处理效果。结果表明:次氯酸钠浓度为8000mg/L,pH为11,温度为45℃时,处理效果最优,并将最优条件下处理所得中空纤维膜应用在真空膜蒸馏稳定性实验中,在200h的运行过程中,通量稳定在5~6kg/m2·h,同时脱盐率可稳定在99.9%。     

能量回收式膜蒸馏组件的设计和性能

针对膜蒸馏过程热效率低、耗能高的问题,设计了新型能量回收式膜蒸馏组件,其特点是膜蒸馏组件由中空纤维膜、换热管和隔网组成,通过换热管回收膜蒸馏过程的能量,通过隔网将中空纤维膜和换热管隔开,减少了膜蒸馏过程中热传导传递的热量,采用新型能量回收式膜蒸馏组件对质量分数3.0%的氯化钠溶液进行浓缩实验,考察膜管比例、组件长度以及空气隙宽度对膜蒸馏过程膜通量、造水比和热效率影响.实验结果表明,在原料液进料温度T1为40.0℃,T3为90.0℃,流量为10.0L/h,气隙间隙为0.5mm,换热管根数Nd/中空纤维膜根数Nm为2∶1时,膜通量为3.1kg/(m2·h),造水比为4.3,热效率为85%.     

真空膜蒸馏法处理高浓度Na2SO4和CaCl2废水

利用平均膜孔径0.1μm的聚四氟乙烯(PTFE)平板膜,采用真空膜蒸馏法(VMD)对高浓度Na2SO4和CaCl2废水进行处理,讨论了渗透压强、进料温度、盐浓度等操作条件对膜蒸馏的出水通量以及截留率的影响.实验结果表明,随着进水温度的升高,冷侧压强的减小,通量随其增大;进料温度对膜蒸馏渗透通量的影响较为明显,进料温度从323.15K升高至343.15K,渗透通量可增大4.5倍左右;进料溶液盐浓度对渗透通量的影响较小.同时,真空膜蒸馏的截留率较高,均达到99.99%以上.     

乙醇水溶液真空膜蒸馏分离过程的模拟分析

真空膜蒸馏技术可用于分离水溶液中的有机挥发性化合物(VOCs),是一种治理遭受VOCs污染工业废水的新方法.对低浓度乙醇水溶液二元体系下的真空膜蒸馏过程展开了模拟分析,膜内的传质按Knudsen扩散原理考虑,界面上的平衡关系按Van Laar活度系数法给出.模拟结果表明:过程的操作参数对分离效率有较大的影响,进口温度、料液流量、浓度和真空度增加,膜通量将增加;分离因子随进口温度、真空度、浓度增加而减少,料液流量对分离因子影响与真空侧流动形式有关.真空侧流动形式对分离因子有一定的影响,并流条件下,分离因子最大.     

高性能聚磺酰胺耐酸纳滤复合膜的制备

聚磺酰胺(PSA)是一种常见的耐酸膜材料,通过传统界面聚合法制备的PSA薄层复合膜的通量低,限制了其应用.本文以聚砜(PSf)商品膜为基膜,以单宁酸/铁(TA/Fe)为中间层,1,6-己二胺(HDA)为水相单体,1,3,6-萘三磺酰氯(NTSC)为有机相单体,通过界面聚合法制备了PSA复合膜.通过X射线光电子能谱仪、扫描电镜、原子力显微镜对膜结构和形貌进行表征.研究结果表明,引入中间层后可以在更低的单体浓度下制备连续无缺陷的PSA层,降低了PSA层的厚度和表面粗糙度,制得的PSf-TA/Fe-PSA膜在1 MPa和25℃下,对1 000 mg/L的Na₂SO₄溶液的通量为(18±1.2)L/(m²·h),截留率为99.1%±0.1%,其性能明显高于无中间层的PSf-PSA膜[通量为(5.4±0.3) L/(m²·h);Na₂SO₄截留率为93.3%±1.6%].TA/Fe中间层抑制了胺类单体的扩散,进而抑制了PSA表面凸起等微结构的生长,使PSA层变得更薄...