三种电解质溶液的真空膜蒸馏比较研究

以氯化钠、氯化钾、氯化镁3种电解质溶液为对象,结合溶液中水的活度、黏度等热力学数据,采用中空纤维膜组件研究了原料浓度、循环速度、进口温度、冷侧真空度等参数对其真空膜蒸馏性能的影响。结果表明:水的活度、黏度等热力学性质是造成3种电解质溶液膜通量差异的主要原因;随着溶液浓度的提高,膜通量逐渐下降,在低浓度范围内,3种电解质溶液的膜通量比较接近,当溶液浓度超过3.0 mol/L时,三者出现分化,尤其是氯化镁溶液的通量出现较大地下降;原料的循环流速显著影响膜组件热侧溶液的进出口温差,从而影响中空纤维膜组件整体的蒸馏效率;原料进口温度和冷侧真空度是影响膜通量的主要因素之一。     

新型气隙式膜蒸馏组件脱盐过程

利用基于聚丙烯中空纤维膜和聚丙烯中空纤维换热管的新型能量回收式膜组件(AGMD-HF),以70 g·L^-1的氯化钠溶液为研究对象,考察了膜组件长度和膜孔径大小对膜组件脱盐性能的影响。为直接衡量操作条件、组件参数以及温差、浓差极化现象对传质系数的影响,引入总传质系数,并研究进料温度和膜孔径对总传质系数的影响。实验结果表明,总传质系数随着温度的升高、膜孔径的增大而增大,提高膜孔径可有效提高总传质系数,同时可有效提高通量和造水比。通量随组件长度的增大而减小,而造水比增大,因此在应用过程中可综合考虑通量和造水比以便选择合适的组件长度。     

利用多效膜蒸馏技术浓缩硫酸和磷酸水溶液

利用自制中空纤维气隙式多效膜蒸馏组件进行了多效膜蒸馏过程浓缩稀硫酸和磷酸溶液的研究, 考察了膜入口温度、料液进口浓度和料液流量对渗透通量和造水比的影响。结果表明,膜入口温度升高时渗透通量和造水比增加;料液流量增加,渗透通量增加,而造水比随之降低;料液酸浓度增加,渗透通量和造水比均随之下降,且硫酸的影响更为显著。实验过程中渗透通量和造水比最高可达5.3 L/(m²·h)和11.5。在适当的操作条件下,该过程可将质量分数(下同)为2%的稀硫酸或稀磷酸溶液浓缩至40%以上,且渗透液最大的电导率仍小于200 μS/cm。以10%的硫酸溶液为料液,利用2个不同的膜组件进行了持续30 d的多效膜蒸馏过程稳定性实验研究,实验期间所用膜组件操作性能没有明显下降,没有观察到膜渗漏现象。     

膜气吸收法分离烟气中CO2的实验

采用聚丙烯中空纤维膜接触器,分别用去离子水、单乙醇胺（MEA）及N-甲基二乙醇胺（MDEA）水溶液作为吸收剂,对模拟烟气中的CO2分离进行了试验研究.考察了气体流速、入口气体中CO2体积分数、吸收剂流速、吸收剂浓度以及吸收剂种类等因素对CO2脱除率和总传质速率的影响.实验结果显示：3种吸收剂分离CO2的效率由大到小依次为MEA、MDEA、去离子水;CO2的脱除率和传质通量随吸收剂浓度、流速的提高均增加;CO2的脱除率随气体流速和CO2在入口气体中体积分数的增大而减小,而传质速率却随之增加.系统长时间运行后发现存在膜孔润湿现象,进而影响膜的传质性能.因此,吸收剂浓度须在传质和长时间运行性能之间进行权衡.     

新型膜蒸馏传质回热的吸收式制冷循环

提出了传质回热吸收式制冷循环,该循环在溶液回热过程中引入膜蒸馏技术,将传统吸收式制冷循环中的溶液等浓度回热过程转变为溶液变浓度回热过程。同传统吸收式制冷循环相比,该循环的发生过程向低温区移动,这对于低品位热能的利用以及提高吸收式制冷装置的热效率具有重要意义。传质回热器采用直接接触式膜蒸馏传质传热技术是可行的,传质回热吸收式制冷的理论循环与理想循环的偏差是由膜蒸馏传质回热器膜两侧溶液的蒸汽压差和膜导热引起的。     

温度极化对膜蒸馏性能的影响研究进展

温度极化现象普遍存在于膜蒸馏过程中,该现象可导致驱动力下降、渗透通量降低且能耗增加。介绍了温度极化现象产生的原因及其评价指标,分析了进料液流速和膜的特性对其造成的影响,阐述了其在传热和传质过程中的负面作用。对传统膜蒸馏工艺及组件进行优化可在一定程度上减轻温度极化,但研发具有导热功能的复合膜以实现对冷进料的加热,则有望从根源上显著降低温度极化,提升膜蒸馏性能。     

高温多效膜蒸馏用于处理高盐溶液的实验研究

膜蒸馏通常在温度低于90℃的条件下操作,而对于高盐溶液,由于浓差极化和饱和蒸气压下降比较明显,在通常操作温度下膜通量和热利用率都很低。采用具有内部潜热回收功能的多效膜蒸馏组件在高温操作条件下对以氯化钠为代表的无机盐浓溶液的深度浓缩进行了研究,着重考察了冷进料温度T1,加热后料液温度T3、浓度、流量等操作参数对膜通量、造水比和截留率的影响。结果表明,当料液质量分数为5%,热料液温度T3为100℃时,膜通量和造水比的值分别为3.1 L/(m2·h)和15.2;虽然膜通量和造水比均随料液浓度增大而下降,但是当料液质量浓度为25%,T3为105℃时,膜通量和造水比值仍可达1.53 L/(m2·h)和5.8;且截留率达到99.95%以上。在60 d的连续运行中,膜组件保持了良好的性能稳定性。结果表明高温多效膜蒸馏技术能够有效用于高盐溶液的深度浓缩。     

复合溶液膜吸收CO2的性能及其对膜孔润湿的影响

利用自行搭建的CO₂膜吸收实验台，采用聚丙烯（PP）膜组件，以质量分数10%的N-甲基二乙醇胺（MDEA）作为主体胺溶液，添加不同配比的哌嗪（PZ）、乙醇胺（MEA）、甘氨酸钾（PG），考察CO₂脱除效率和传质速率的变化，比较不同复配比的复合溶液表面张力以及对PP膜的浸润性，并以10%MDEA+10%PG混合溶液作为吸收液进行长时间实验。结果表明：添加少量的添加剂对MDEA溶液膜吸收CO₂均有显著的促进作用，当配比小于0.2时，促进作用大小为PZ>MEA>PG；当配比大于0.2时，促进作用大小为PZ>PG>MEA；PZ和MEA均随着添加配比的增加，溶液表面张力减小，而PG相反；表面张力小的溶液对膜浸润性较强，容易造成膜润湿；添加剂质量分数均为10%时，对膜溶胀性和疏水性以及膜孔结构影响大小为PZ>MEA>PG；在20天内，PG/MDEA混合溶液作用下的CO₂脱除效率从89.56%下降为83.09%，对PP的疏水性影响较小，膜组件可以稳定运行。吸收液表面张力对膜吸收法脱除CO₂性能的影响显著。所得结果可为膜吸收CO₂吸收剂复配提供依据，并可为揭示膜吸收CO₂过程中膜润湿导致膜失效的机理以及抑制膜润湿提供实验数据。     

聚四氟乙烯中空纤维气态膜法浓海水提取溴素

以浓海水为含溴原料液,NaOH溶液为吸收剂,考察了用聚丙烯（PP）、聚偏氟乙烯（PVDF）和聚四氟乙烯（PTFE）3种材料制作的微孔疏水中空纤维气态膜组件从浓海水中提溴的性能和使用寿命。实验结果表明PTFE中空纤维膜具有更高的传质系数和更强的耐溴氧化能力,更适合用于浓海水提溴。进而考察了各种操作条件对PTFE气态膜组件传质系数K和提溴率η的影响以及该组件的长期操作稳定性。实验结果表明：K随温度增加而增大,随料液中NaCl含量的增大而略有减小,料液流速和含溴量、吸收液的流速和吸收剂浓度对传质系数影响不大。PTFE膜组件在连续运行的3个月内表现了良好的操作稳定性,为PTFE中空纤维气态膜法提溴工艺的工业化应用提供了技术基础。     

浓盐溶液的膜蒸馏机理研究

考察了高浓度氯化钠溶液在直接接触式膜蒸馏操作中的热侧温度，冷侧温度，流速和料液浓度对膜渗透通量的影响。发现膜渗透通量随氯化钠溶液浓度的高而降低。当氯化钠溶液浓度约为25％时，膜渗透通量急剧下降。氯化钠溶液达到饱和时，膜渗透通量逐渐趋于稳定。研究认为此现象是由于膜面上有NaCl结晶形成而导致的。     

真空膜蒸馏用于多元醇水溶液分离的研究

利用自制的聚丙烯中空纤维膜,采用真空膜蒸馏法对1,2-丙二醇水溶液的分离进行了研究.考察了料液入口温度、冷侧真空度、料液流量以及料液浓度对膜通量和截留率的影响.结果表明,膜通量随料液入口温度、冷侧真空度及料液流量的增加而增加,随料液浓度升高而下降.截留率随料液入口温度、冷侧真空度和料液浓度的增加而下降,料液流量的变化对截留率没有明显的影响.本试验条件下最佳截留率可达100%,表明利用真空膜蒸馏技术可有效实现多元醇水溶液分离.     

气隙式膜蒸馏NaCl溶液的两相流强化

以膜蒸馏海水淡化为研究背景,采用气液两相流技术,对疏水改性管状陶瓷膜进行气隙式膜蒸馏模拟海水(NaCl溶液)强化实验研究。研究结果表明,在膜管内通入气体形成两相流后,去离子水和NaCl溶液的强化传质效率分别达到30.36%和28.57%。两相流过程强化影响因素的实验分别考察了料液温度、料液浓度和气体流量对渗透通量的影响,结果表明:在实验范围内,渗透通量随料液温度的升高而显著增大,且相比未通气体时增加了12%~44%;料液浓度增大导致渗透通量减小;气体的通入使得渗透通量增大,但当气体流量超过40L/h后,渗透通量却呈现缓慢下降的趋势;在体积气含率为0.5时的两相流强化效果最好,高速摄像仪拍摄到的现象很好地解释了该实验结果。研究结果将为进一步探究膜蒸馏强化过程的研究奠定基础。     

微波辅助膜蒸馏工艺传质强化效率研究

采用直接接触式膜蒸馏(DCMD)和微波辅助膜蒸馏(MWAMD)2种工艺,以Na Cl纯盐溶液或含一定量苯酚或者腐殖酸盐溶液为进料溶液,研究了盐含量及典型有机物对MWAMD过程传质强化效率和微波辐射对膜面晶体形貌的影响。结果表明,MWAMD工艺对膜通量具有强化效果,对模拟高含盐及含酚料液浓缩传质强化效果显著,当盐质量分数为20%时,传质强化增加率(ε)可到达15.14%,当料液含2000 mg/L苯酚时,ε为22.17%;膜蒸馏过程对盐离子和腐殖酸(HA)分子截留率接近100%,对酚离子有80%以上的截留率,而且微波辐射作用对截留率没有明显影响。微波辐射会减少晶体沉积量,而且会使晶体形貌呈不规则形状。     

鼓气强化循环气扫式膜蒸馏过程研究

在传统气扫式膜蒸馏的基础上,设计了鼓气强化循环气扫式膜蒸馏过程.在循环流动的原液中鼓入低压压缩空气,在膜内腔形成气液两相流,以强化膜蒸馏传质换热;在冷侧将吹扫气循环利用.研究了原液流速以及温度、浓度、气液体积比,冷侧吹扫气流速等因素对过程性能的影响规律.结果表明,过程通量随原液温度、流速及冷侧吹扫气流速的提高而增加;原液浓度较高时,鼓气强化对膜蒸馏过程通量的促进作用明显,3.5%的NaCl溶液浓缩2.5倍以后,鼓气强化气扫式膜蒸馏过程通量比未施加鼓气强化的通量提高约20%.     

膜蒸馏用疏水性微孔膜研究进展

从膜蒸馏传质传热方面分析了疏水性微孔膜的最佳性能参数,叙述了近年来适用于膜蒸馏过程的膜材料、制备方法以及超疏水改性方法,分析了不同构型的膜组件优缺点、膜组件内部结构对膜蒸馏性能的影响和一些新膜组件设计形式,介绍了膜蒸馏过程中的难点:膜污染和膜润湿;分析了膜污染和膜润湿的类型和原因和膜污染和膜润湿检测方法,并归纳了常见的预防和恢复措施,探讨了膜蒸馏技术的应用前景和研究发展方向,主要有膜蒸馏过程中膜污染和润湿机理的研究、抗污染润湿膜的开发及其工业化应用、膜蒸馏商用膜组件的设计及优化等。     

吸收膜蒸馏的传热传质过程

由于吸收膜蒸馏系统的进料液和吸收液的温度非常接近甚至相同,其传热过程无相变热损失,有可能实现能耗较低的膜蒸馏过程,本文尝试开展吸收膜蒸馏法海水淡化研究。首先分别以葡萄糖水溶液和氯化钙水溶液为吸收液进行吸收膜蒸馏海水淡化实验,结果表明氯化钙吸收液时的膜通量明显高于葡萄糖吸收液时的膜通量。其次建立了吸收膜蒸馏过程的质量和热量传递模型,并对模型进行了计算,模型计算值与实验值非常接近。最后对葡萄糖水溶液和氯化钙水溶液分别作吸收液时对传质系数和极化现象的影响进行了计算分析,结果显示,氯化钙水溶液作吸收液时传质系数约为葡萄糖水溶液的1.7倍;且极化现象造成的蒸气压力差减小的值为后者的1/4左右。     

吸收膜蒸馏的传热传质过程

由于吸收膜蒸馏系统的进料液和吸收液的温度非常接近甚至相同,其传热过程无相变热损失,有可能实现能耗较低的膜蒸馏过程,本文尝试开展吸收膜蒸馏法海水淡化研究。首先分别以葡萄糖水溶液和氯化钙水溶液为吸收液进行吸收膜蒸馏海水淡化实验,结果表明氯化钙吸收液时的膜通量明显高于葡萄糖吸收液时的膜通量。其次建立了吸收膜蒸馏过程的质量和热量传递模型,并对模型进行了计算,模型计算值与实验值非常接近。最后对葡萄糖水溶液和氯化钙水溶液分别作吸收液时对传质系数和极化现象的影响进行了计算分析,结果显示,氯化钙水溶液作吸收液时传质系数约为葡萄糖水溶液的1.7倍;且极化现象造成的蒸气压力差减小的值为后者的1/4左右。     

二乙醇胺溶液吸收CO2过程

运用双膜理论对气液两相传质进行分析,针对二乙醇胺溶液吸收CO2建立数学模型,该模型精确描述CO2传质速率对溶液pH值依赖程度及速率强化因子随化学反应进行的变化情况. 从每种含碳离子(包括CO32-, HCO3-与RNHCOO-)在不同反应阶段的浓度分布角度分析了各自对总传质速率的影响规律,实验中分别控制溶液浓度、进气流量和复合溶液配比等工艺参数. 结果表明,CO2传质速率主要受CO32-与HCO3-控制,而RNHCOO-的作用有限. 吸收液浓度提高促进传质,但当pH值降至8.2后其作用减弱;传质速率随进气流量升高而加快,70 mL/min后趋于稳定;复配溶液较单一溶液对CO2吸收速率和吸收量均有促进作用,但复配比例变化对离子贡献率影响微弱.     

膜蒸馏浓缩硫氰酸铵溶液的研究

以PVDF膜为材料,采用减压膜蒸馏对硫氰酸铵溶液进行浓缩,研究各种影响因素对膜通量的影响。结果表明:膜通量随进料液温度和冷侧真空度的增加而显著增加;流速增加,膜通量略有增加;浓度较低时,膜通量随浓度的增加缓慢下降,浓度较高时,膜通量随浓度的增加骤降;高浓度连续运行时,膜通量的衰减随时间的增加而加剧;PVDF膜疏水性较好,截留率保持在99.9%左右。膜丝用去离子水清洗、烘干后,膜通量与初始值相当。     

PVDF膜接触器脱除回收垃圾渗滤废液中的氨氮

应用PVDF膜接触器处理垃圾渗滤废液,考察了料液pH、流量和温度等对膜组件传质性能的影响。实验结果表明:废液中的氨氮可被脱除至150·10-4%以下,同时还可得到浓度为26%左右的硫酸铵溶液。提高料液pH和温度可促进氨的传质,而废液流量对传质系数影响较小。