膜分离技术浅析 唯一有相变的渗透汽化

【学员问题】膜分离技术的浅析？

【解答】反渗透从1963年第一张非对称醋酸纤维素反渗透膜诞生至今，反渗透（RO）技术获得了很大的进步，我国1966年也开始研究反渗透技术，在环境保护、纯水制备、电子工业领域获得了很大的成绩。反渗透的原理是渗析的反过程，利用外加能量使渗析向相反的过程进行。过程透过组分截留组分推动力膜类型RO溶剂，可被电渗析截留组分10100nm大分子溶质压力差100010000kPa非对称膜或复合膜目前工业应用的反渗透膜可分三类：高压海水脱盐反渗透膜、低压苦咸水脱盐反渗透膜及超低压反渗透膜（LPRO）。反渗透技术以其能耗低、结构简单、控制方便得到很快的发展，发展中的障碍主要是对进水要求高，实际也反映了现在膜技术最大的困难是膜维护工作要求比较高，也必然对预处理要求较高。如海水淡化中污染指数一般要求<5.所以开发高效、廉价的预处理系统也是膜技术发展的必要因素之一。反渗透技术是目前发展最为迅速的技术之一，在远洋船上已逐渐取代减压蒸馏等手段，特别是潜艇利用这项技术可以做到随用随取。另外，国外也开始利用反渗透技术处理一些废水，反渗透技术应用的范围越来越广。

气体膜分离（GS）技术在近10年取得了空前的发展，现已广泛用于空气中富氧、浓氮、天然气分离等领域。GS的基本原理是根据混合气体中各组分在压力的推动下透过膜的传递速率不同，从而达到分离目的。过程透过组分截留组分推动力膜类型机理GS气体、较小组分或膜中易溶组分较大组分压力差100010000kPa均质膜复合膜非对称膜溶解扩散GS技术发展势头迅猛，广泛用于炼油、化工、环保等领域。最主要的应用领域是H2的分离回收，如在合成氨中H2的分离回收，炼油工业尾气中H2的分离回收。其二，是富氮，由于大多数空气分离膜选择性都在3.55.0（O2/N2）之间，所以膜法空气分离大多用作为富氮，浓度可达99%.高浓度的氮广泛应用于食品保健、医药等。其三，为富氧，由于膜的选择性不高，氧浓度一般在50%以下，主要用于高温燃烧节能和家用保健。其四，用于酸性气体的分离回收，如对天然气处理，降低天然气中的CO2、H2S和水汽等，以防止在输送过程中造成管道的腐蚀和冻结堵塞。随着膜材料的进一步发展，气体膜分离这种高效、经济的技术的改进以及和别的技术相互结合，将会得到更大的发展。

渗透汽化（PVAP）是膜分离技术中唯一有相变的膜渗透过程，1917年就有人在论文里描述了水通过火棉胶的渗透汽化现象，渗透汽化中膜上游物料为液体混合物，下游透过侧为蒸汽，所以分离过程须提供一定的热量。渗透汽化的原理是组分在膜两侧蒸汽压差的推动下，首先选择性溶解在膜料液侧表面，再扩散透过膜，最后在膜透过侧表面汽化，解吸。过程透过组分截留组分推动力膜类型机理PVAP膜内易溶解组分或易挥发组分不易溶解组分或较大较难挥发物分压差浓度差均质膜复合膜非对称膜溶解扩散要使膜两侧产生蒸汽压差，一般采用几种方法：其一，真空渗透汽化，即膜透过侧用真空泵抽真空，以造成膜两侧组分的蒸汽压差；其二，是热渗透汽化或温度梯度渗透汽化，也就是通过料液冷凝的方法形成蒸汽压差；其三，是载气吹扫渗透汽化，即载气吹扫膜的透过侧，以带走透过组分，形成蒸汽压差，而且载气可以循环使用。应用上，主要是有机溶剂脱水，有机溶剂脱水是渗透汽化技术主要的工业应用和研究对象。其二，水中少量有机溶剂分离，目前基本上只能对疏水性溶剂如乙醇有选择性分离，亲水性溶剂还有待研究。其三，有机物/有机混合物分离。这部分刚进入应用开发阶段，如果能开发出具有足够选择性的膜，PVAP将会很大程度上取代精馏。程度上取代精馏。