新型膜分离技术讲座PPT.ppt

第 十 四 章 膜蒸馏与膜接触器 Membrane Distillation Membrane Contactors 1. 膜蒸馏概述 膜蒸馏（Membrane Distillation）是20世纪60年代中期由M E Findly提出，80年代发展起来的一种新型膜分离技术。其原理是以微孔疏水膜将两种不同温度的水溶液分开，由膜两侧温度差造成二侧蒸气压差，使易挥发组分的蒸气分子通过膜孔从高温侧向低温侧扩散，并冷凝；其他组分则被疏水膜阻挡在热侧，从而实现混合物分离或提纯的目的。 膜蒸馏（MD）是膜技术与蒸发过程相结合的膜分离过程。属热驱动膜过程。 实现MD需要有两个条件：①所用膜必须是疏水微孔膜（对分离水溶液而言）；②膜两侧要有一定的温度差存在，以提供传质所需的推动力。 3. 膜蒸馏的特点 该过程几乎是在常压下进行的，设备简单，操作容易，在技术力量比较薄弱的地区也有实现的可能性； 在该过程和运行中，无需把溶液加热到沸点，只要使膜两侧维持适当的温差就可以。这就有可能利用太阳能、地热及温泉等廉价的天然能源以及工厂的余热等； 在非挥发性溶质水溶液的膜蒸馏过程中，只有水蒸气能透过膜孔，所以膜蒸馏液十分纯净，可望成为大规模、低成本制备超纯水的有效手段； 该过程可以用来处理极高浓度的水溶液； 膜蒸馏组件很容易设计成潜热回收的形式，并具有以高效率的小型组件构成大规模生产体系的灵活性。 膜蒸馏的弱点： 膜蒸馏是一个有相变的膜过程，汽化潜热降低了热能的利用率，所以在组件的设计上必须考虑到潜热的回收。与其他膜过程相比，膜蒸馏在有廉价能源可利用的情况下才更有实用意义； 膜蒸馏与制备纯水的其他膜过程相比通量较小，所以目前尚未实现在工业生产中应用，如何提高膜蒸馏的通量也就成了一个重要的研究课题； 膜蒸馏采用疏水性微孔膜，与亲水膜相比在膜材料和制备工艺的选择方面都十分有限。 4. 膜蒸馏用膜材料 膜蒸馏所用膜材料应满足疏水性和多孔性两个要求，以保证水不会渗入到微孔内和具有较高的通量。另外，足够的机械强度、良好的热稳定性、化学稳定性以及低的热导率也是膜蒸馏用膜材料所必需的。 近年来，膜蒸馏过程的膜材料的研究开发集中于三种膜材料，即： 聚四氟乙烯（PTFE） 聚偏氟乙烯（PVDF） 聚丙烯（PP） 5. 膜蒸馏的应用 海水或苦咸水的淡化 强酸、强碱中水的分离 甘蔗榨汁液的浓缩 人参露和洗参水的分离浓缩 分离提纯天然盐水中的食盐和芒硝 超纯水的制备 废水的处理 共沸混合物及有机溶液的分离 化学物质的浓缩和回收 渗透蒸馏的概念及原理 上世纪80年代提出了渗透蒸馏(osmotic distillation)的过程，这是一种与膜蒸馏十分类似过的程。使用的也是疏水性微孔膜，膜两侧也是不润湿膜孔的水溶液，且也是利用膜两侧的蒸汽压差将料液侧水蒸汽传递到膜的另一侧。但不同的是，膜蒸馏两侧有压差是由膜两侧的温度差产生的，而渗透蒸馏两侧的压差是由腊两侧溶液的渗透压产生的（也称为等温膜蒸馏）。 应用：膜的一侧是含盐量很低的稀溶液，另一侧为电解质浓溶液，这样即可对低盐溶液进行脱水浓缩。该方法特别适用于新鲜牛奶、水果汁等热敏物质的脱水浓缩。 膜接触器（Membrane Contactors） 除蒸馏过程可以用膜外，传统的吸收（及解吸）过程、萃取过程也可以通过膜来实现。在这里膜仅提供传质的相界面，以实现气-液或液-液之间的传质，因此统称为膜接触器。 根据相间传质体系的不同，膜接触器可分为： 气~液（G-L）膜接触器。类似于吸收； 液~气（L-G）膜接触器。类似于解吸； 液~液（L-L）膜接触器。类似于萃取与反萃取。 膜 反 应 器 Membrane Reactors 1. 膜反应器（MR）概述 膜反应器（ Membrane Reactors）是膜和化学反应或生化反应相结合的系统或设备。也可这样定义：依靠膜的功能、特点改变反应进程，提高反应效率的设备或系统。 膜反应器中膜的功能： 分离功能 即膜有选择性透过不同物质的能力； 载体功能 指膜可以作为催化剂或生物催化剂的载体，用于制备具有催化活性的功能膜； 分隔功能和复合功能 分隔功能是指膜具有两个表面，并可将系统分隔为独立的依靠膜相关联的两部分；复合功能是指利用复合技术制备出具有不同功能的功能型复合层膜系统。 3.膜反应器的类型 膜催化反应器(membrane catalytic reactor)——将膜分离与催化反应结合，可突破化学平衡的限制，提高反应转化率。 膜生物反应器(membrane bioreactor MBR)——将膜分离与生物反应结合，可控制产物抑制作用，回收生物催化剂，提高生化反应转化率。它按生物催化剂类型又可分：酶膜生物反应器、膜发酵器和膜组织培养。 4. 膜反应器所用膜材料 无机催化膜反应器中的