一、膜蒸餾的特征、優(yōu)點和缺點

1、膜蒸餾的特征

膜蒸餾是一種新型的分離技術(shù)，是一種是以疏水性微孔膜兩側(cè)蒸汽壓差為傳質(zhì)推動力的膜分離過程，例如當(dāng)不同溫度的水溶液被疏水微孔膜分隔開時，由于膜的疏水性，兩側(cè)的水溶液均不能透過膜孔進入另一側(cè)，但由于暖側(cè)

水溶液與膜界面的水蒸汽壓高于冷側(cè)，水蒸汽就會透過膜孔從暖側(cè)進入冷側(cè)而冷凝，這與常規(guī)蒸餾中的蒸發(fā)、傳質(zhì)、冷凝過程十分相似，所以稱其為膜蒸餾過程。膜蒸餾過程區(qū)別于其他膜過程的特征是：[6,7]

(1)所用的膜為微孔膜;

(2)膜不能被所處理的液體潤濕;

(3)膜不能被所處理的液體浸潤膜孔內(nèi)無毛細(xì)管冷凝;

(4)現(xiàn)象發(fā)生只有蒸汽能通過膜孔傳質(zhì)膜不能改變;

(5)所用膜不能改變所處理液體中所有組分的氣液平衡;

(6)操作液體中各組分的汽液平衡膜至少有一側(cè)要與操作液體直接接觸;

(7)對于任何組分該膜過程的推動力是該組分在氣相中的分壓梯度。

2、 膜蒸餾過程的優(yōu)點

膜蒸餾過程具有以下優(yōu)點：

(1)膜蒸餾過程幾乎是在常壓下進行，設(shè)備簡單、操作方便，在技術(shù)力量較薄弱的地區(qū)也有實現(xiàn)的可能性;

(2)在非揮發(fā)性溶質(zhì)水溶液的膜蒸餾過程中，因為只有水蒸汽能透過膜孔，所以蒸餾液十分純凈，對離子、大分子、膠體、細(xì)胞及其他非揮發(fā)性物質(zhì)能達到100%的截留，可望成為大規(guī)模、低成本制備超純水的有效手段;

(3)該過程能夠處理反滲透等不能處理的高濃度廢水溶液，如果溶質(zhì)是容易結(jié)晶的物質(zhì)，可以把溶液濃縮到過飽和狀態(tài)而出現(xiàn)膜蒸餾結(jié)晶現(xiàn)象，是目前唯一能從溶液中直接分離出結(jié)晶產(chǎn)物的膜過程;

(4)膜蒸餾組件很容易設(shè)計成潛熱回收形式，并具有以高效的小型膜組件構(gòu)成大規(guī)模生產(chǎn)體系的靈活性;

(5)在該過程中無需把溶液加熱到沸點，只要膜兩側(cè)維持適當(dāng)?shù)臏夭睿撨^程就可以進行，有可能利用太陽能、地?zé)帷厝⒐S的余熱和溫?zé)岬墓I(yè)廢水等廉價能源, 降低能耗;

(6) 截留率高,若膜不被潤濕可達100%;

(7) 操作壓力較其他膜分離低;

(8)在膜蒸餾過程中蒸發(fā)區(qū)和冷凝區(qū)十分靠近，實際上只是膜的厚度，蒸餾液卻不會被料液污染，所以膜蒸餾與常規(guī)蒸餾相比具有較高的蒸餾效率，并且蒸餾液更為純凈;

(9)在膜蒸餾過程中，由于液體直接與膜接觸，最大限度地消除了不可冷凝氣體的干擾，無需復(fù)雜的蒸餾設(shè)備，如真空系統(tǒng)、耐壓容器等;

(10)蒸餾過程的效率與料液的蒸發(fā)面積直接相關(guān)，在膜蒸餾過程中很容易在有限的空間中增加膜面積，即增加蒸發(fā)面積，提高蒸餾效率;

3、膜蒸餾過程的缺點

膜蒸餾過程具有以下缺陷：

(1)膜蒸餾是一個有相變的膜過程，熱量主要通過熱傳導(dǎo)的形式傳遞因而效率較低(一般只有30%左右)，汽化潛熱降低了熱能的利用率，所以在組件的設(shè)計上必需考慮到潛熱的回收，以盡可能減少熱能的損耗，與其他膜過程相比，膜蒸餾在有廉價能源可利用的情況下才更有實用意義。

(2)蒸餾通量小。膜蒸餾與制備純水的其他膜過程相比通量較小，所以目前尚未實現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用，如何提高膜蒸餾的通量也就成為一個重要的研究課題。

(3)膜蒸餾采用疏水微孔膜，與親水膜相比在膜材料和制備工藝的選擇方面局限性較大。

(4) 由于溫度極化和濃度極化的影響，運行狀態(tài)不穩(wěn)定。

(5)膜成本高。

二、.膜蒸餾技術(shù)的應(yīng)用

1、海水、苦咸水脫鹽制備飲用水

膜蒸餾過程的開發(fā)最初完全是以海水淡化為目的，雖然反滲透作為海水和苦咸水淡化的膜分離方法，從20世紀(jì)60年代就進入了實用階段，其設(shè)備和工藝條件也在實用中不斷得到改進和完善，但是反滲透過程需要較高的操作壓力，設(shè)備比較復(fù)雜，并且難以處理鹽分過高的水溶液[2]。Karakulski等[27]將不同的造水膜過程進行了對比:UF 能脫除懸浮物和膠體NF 可完全除掉水中的有機碳硬度可降低60%- 87%, RO 可將總固溶物截留99.7% ;質(zhì)量最好的水是由膜蒸餾制備產(chǎn)水的電導(dǎo)可達到0.8 μS/cm 固溶物質(zhì)量分率達0.6×106 但目前尚無性能良好的專門膜蒸餾用膜膜蒸餾在大規(guī)模海水脫鹽上仍難以與反滲透技術(shù)相媲美.[3]

2、非揮發(fā)性溶質(zhì)水溶液濃縮[

膜蒸餾過程可在相對比較低的溫度下運行，并具有極高的脫水能力，特別是滲透蒸餾可以在室溫下運行，對果汁、食品的濃縮是其它任何膜過程都無法比擬的. 吳庸烈等[28]采用自制的不對稱聚偏氟乙烯膜開展了從牛磺酸廢液中回收牛磺酸的實驗研究杜軍等[29]使用聚偏氟乙烯微孔膜以減壓膜蒸餾法濃縮含鉻離子水溶液體系 Tomaszewska[30]利用直接接觸式膜蒸餾濃縮純化氟硅酸檸檬酸和硫酸等酸溶液對檸檬酸和硫酸的截留率接近100%對氟硅酸可將濃度從2%濃縮至35%且發(fā)現(xiàn)對非揮發(fā)性酸的膜蒸餾過程類似于鹽溶液的膜蒸餾過程Rincon 等用直接接觸式膜蒸餾濃縮甘醇類水溶液截留率亦接近100%膜蒸餾技術(shù)用于濃縮果汁等液體食品加工過程中具有保持食物原有的色香味營養(yǎng)不被破壞等突出優(yōu)點但上述工作大多仍處在實驗室研究階段.

3、廢水處理

膜蒸餾與其他膜過程相比，其主要優(yōu)點之一就是可以在極高的濃度條件下運行，即可以把非揮發(fā)性溶質(zhì)的水溶液濃縮到極高的程度，甚至達到飽和狀態(tài)[7]。張鳳君[8]等人采用中空纖維膜蒸餾技術(shù)對含酚廢水進行了研究，結(jié)果使?jié)舛雀哌_5000mg/L的苯酚經(jīng)處理后可降至50mg/L以下，苯酚的去除率可達95%以上。劉金生[9]等人采用自制中空纖維膜蒸餾組件對油田聯(lián)合站含甲醇污水進行膜蒸餾處理研究，質(zhì)量濃度高達10mg/mL的甲醇水溶液經(jīng)處理后可降至0.03mg/mL一下。和其它膜分離過程一樣，膜蒸餾是環(huán)境友好的分離技術(shù)，在工業(yè)廢水處理方面具有很好的應(yīng)用前景)從工業(yè)廢酸液中回收HCL[23,23,25,26]是在處理含揮發(fā)性酸性物質(zhì)廢水方面的典型應(yīng)用。

4、共沸混合物的分離

膜蒸餾對某些共沸物也能起到分離效果。孔瑛[10]等人研究了用膜蒸餾技術(shù)來分離甲酸-水共沸混合物的可能性，結(jié)果表明，采用膜蒸餾技術(shù)來分離甲酸-水溶液時不存在共沸現(xiàn)象，表明膜蒸餾在分離共沸物方面具有潛在的應(yīng)用價值。