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.     

聚丙烯中空纤维膜耐氧化改性及膜蒸馏的应用研究

聚丙烯中空纤维膜在纯水预处理、制药纯化分离、饮料酒水浓缩、工业废液回收等领域有广泛的应用.为了提高聚丙烯基中空纤维膜的耐氧化性与使用寿命,本研究通过添加抗氧剂和改进成型工艺来制备高性能聚丙烯中空纤维膜.具体探讨了最佳抗氧剂添加量对膜抗氧化性的影响,经过氧化实验36 h后,添加0.4%抗氧剂1076可使聚丙烯中空纤维膜的水接触角提高67%,同时拉伸强度降低10%,最大伸长率降低15.4%.在膜蒸馏实验中,添加0.3%抗氧剂1010的耐氧化聚丙烯中空纤维膜在运行30 h后,对Al³⁺的截留率依旧可达99.7%.总之,抗氧剂的添加显著提高了聚丙烯中空纤维膜在膜蒸馏应用中的截留性质和使用寿命.     

PVDF疏水中空纤维膜的膜蒸馏含盐废水处理性能研究

利用新型高通量聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维疏水膜,对石化企业废水经反渗透(RO)处理的浓排水进行减压膜蒸馏(VMD)处理实验.研究了RO浓排水流速、温度和冷侧真空度对VMD过程中PVDF膜性能的影响,考察了PVDF膜在VMD法RO浓水浓缩过程中的性能变化.结果表明,原液流速对膜性能无明显影响;原液温度或冷侧真空度提高都会使膜的产水通量明显上升,而产水电导保持稳定.在冷侧真空度为-0.095MPa、原液温度70℃、流速0.66m/s的条件下,经15.2h实验,将RO浓排水浓缩20倍,膜的产水通量从25.8L/(m2*h)降低至11.8L/(m2*h),产水电导低于4霺/cm,脱盐率高于99.99%,产水CODCr值约30mg/L.经过5次浓缩实验后,PVDF膜的通量和产水电导均保持稳定.     

热泵-减压膜蒸馏工艺优化及能效分析

针对热泵-膜蒸馏过程中热量不平衡问题展开试验研究,采用两支减压膜蒸馏组件并入料液循环流路,使其分别发挥热量回收及排放富余热量的作用,实现热泵系统的热量平衡.通过试验测试,显示MD₁₂₀₀和MD₂₀₀被认为是最佳双膜组合.采用该双膜组合进行连续8 h的含盐料液处理,结果显示,双膜组合可以获得稳定、连续的膜蒸馏运行效果,总产水量平均为1.9 L/h,系统比能耗最高310 W·h/kg产水,能耗性能优于无热量回收的膜蒸馏工艺,与已工业化的多效膜蒸馏工艺相当,有望成为可获得工业应用的低能耗膜蒸馏新工艺.     

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.     

膜萃取过程的传质特性研究

本文以100%磷酸三丁酯(TBP)——对硝基苯酚——水为实验体系,在中空纤维膜器中研究了膜草取过程的传质特性。研究结果表明,TBP 萃取对硝基苯酚的膜过程基本上不存在膜阻,其速度控制步骤在于水相的传质。如果选用对溶质更易溶解的一相浸润的材料制备中空纤维,膜萃取过程的膜阻将会减至最小,从而可获得最大的膜萃取总传质系数。     

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%.     

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.     

溶菌酶动态膜结晶传质过程研究

采用聚偏氟乙烯中空纤维微孔膜对溶菌酶动态膜结晶进行了实验研究,重点考察动态结晶过程中的结晶溶液流速和洗脱液流速对溶剂跨膜通量及总传质系数的影响.结果表明,跨膜通量和总传质系数均随实验的进行而减小;总传质系数不仅与操作条件有关,还与结晶溶液中蛋白质的浓度有联系.     

膜蒸馏传质强化研究

以纯水和ＮａＣｌ水溶液为实验物系,采用聚丙烯中空纤维微孔膜分别进行了渗透膜蒸馏、纯水介质膜蒸馏和盐水强化膜蒸馏实验研究,考察了盐水浓度和操作温度对膜蒸馏传质通量和热效率的影响,并对３种形式膜蒸馏的实验数据进行了对比．结果表明,盐水强化措施可以有效地提高膜蒸馏传质通量,并使过程的热效率显著提高．     

用于膜蒸馏苦咸水淡化的PTFE疏水膜实验研究

利用目前国内生产的PTFE疏水膜,以自来水、盐水溶液作工质进行了多层并接气隙式膜蒸馏实验,比较了几种膜的分离性能,研究了料液温度、料液流量、浓度对膜渗透通量的影响,各种膜的通量稳定性及污染情况.实验结果表明:4#膜在长期自来水、盐水实验中通量、电导率都较稳定,特别是在后期实验中,通量最大;而孔径大、涂层薄的1#膜在前期实验中通量较大,而随运行时间增长,通量有所下降,特别是盐水实验中,截留率低,电导率高,因此不适合淡化苦咸水用,综合来看4#膜性能较好.实验后各种膜表面的污染情况较严重,都有黄色沉积物.     

聚偏氟乙烯膜的超疏水改性研究

为提高疏水膜的疏水性能,使其可在膜蒸馏、膜吸收等领域有更广泛的应用.采用溶液相转移法制备超疏水性聚偏氟乙烯(PVDF)分离膜,考察了铸膜液中PVDF和非溶剂(低分子二醇类化合物PG)的浓度对膜润湿性能的影响.结果表明,通过改变铸膜液中PVDF、PG的浓度,能使PVDF膜的表面静态接触角从75.1°提高到161.7°,滚动角仅为15.8°.还研究了PVDF复合膜的制备条件对膜润湿性能的影响,结果表明,在一定的非溶剂浓度范围,增加复合膜涂覆液中非溶剂PG的加入量,有利于得到较高的复合膜表面接触角,但膜丝在涂覆液中的浸泡时间也需要相应延长.当非溶剂PG的质量分数为39.1%、浸泡时间为50 s时,复合膜表面接触角达到了155°.     

Production of calcium nitrate crystals via membrane distillation crystallization using polyvinylidene fluoride/sorbitan trioleate membranes

As an alternative to the energy-intensive evaporation-crystallization method, membrane distillation crystallization (MDC) was applied for the first time to obtain calcium nitrate crystals from its aqueous solution. Calcium nitrate solution was obtained through the reaction between calcium carbonate and nitric acid, and then it was concentrated in the membrane distillation (MD) process and further crystallized. The MD step was conducted using hydrophobic polyvinylidene fluoride (PVDF)/sorbitan trioleate (Span 85) membranes. Span 85 was incorporated into the membrane structure in various concentrations to improve the hydrophobicity of membranes, and the resultant membranes were characterized via different methods. In addition, the resultant calcium nitrate crystals were characterized by X-ray fluorescence (XRF) spectroscopy. The MDC results showed that the optimum amount of Span 85 in the polymeric solution was 4%, which led to the formation of a membrane with higher porosity (67.2%) and water contact angle (95.7°) compared to the neat PVDF membrane. The mentioned membrane exhibited the highest water flux in the MD process compared to the other membranes, and also it produced the highest amount of crystals due to its remarkably better performance in the MD step in terms of feed concentration.     

正交实验设计方法优化膜蒸馏用聚丙烯平板疏水微孔膜的制备条件

采用热致相分离方法制备了膜孔径分布为0.02~0.1μm的聚丙烯平板疏水微孔膜.用正交实验设计方法对聚丙烯平板膜的制备方法进行优化设计.在正交实验设计条件下,以纯水和浓度为0.5 mol/L的NaCl水溶液真空膜蒸馏实验特性,确定了聚丙烯平板疏水微孔膜优化制备条件.在研究范围内,此优化制备条件为:稀释剂为豆油、iPP(质量分数)为27%、等规聚丙烯(iPP)熔融指数(MI)为16.08 g/10 min、淬冷温度为20℃、成核剂己二酸含量(质量分数)为0.5%、萃取剂为正己烷、铸膜液温度为190℃、刮板温度为210℃.     

PVDF中空纤维疏水膜的鼓气吸收法海水提溴性能研究

利用聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维疏水膜进行鼓气膜吸收(ABMA)海水提溴实验.考察了吸收液浓度、温度和鼓气强度等操作条件对PVDF膜的提溴性能的影响;研究了中空纤维膜壁厚,组件形式、长度、装填密度等对ABMA提溴性能的影响.结果表明:PVDF疏水膜的壁厚增加,ABMA过程的脱溴率、溴吸收率和膜的有效溴通量明显降低;直型组件更适合ABMA提溴过程,且组件长度、装填密度增加,膜的有效溴通量降低而溴的吸收量明显提高.用内径0.80mm,壁厚0.15mm的PVDF膜,制成长90mm、装填密度14.4%的直型膜吸收组件,在鼓气强度500mol/(m2·h),吸收液浓度10mmol/L,22℃下,ABMA过程的脱溴率约89.5%,溴吸收率约68.6%,膜的有效溴通量约0.41kg/(m2·h).     

膜蒸馏研究的新进展

对９０年代以来膜蒸馏工艺过程的影响因素、过程机理以及膜蒸馏用膜材料及膜结构几方面的研究和进展进行了综述。在此基础上提出了模蒸馏的研究方向。     

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。