膜蒸馏海水淡化技术及研究.pdfVIP

· 2012年10月 北京国际海水淡化高层论坛论文集 ·93 膜蒸馏海水淡化技术研究 吕晓龙 60) (天津工业大学生物化工研究所，天津3001 摘要：目前膜蒸馏技术还未能大规模工业化应用，主要是因为在疏水膜材料的亲水化渗漏、 膜组件结构设计与干燥方法、膜蒸馏工艺流程优化与系统集成、蒸汽相变热回收、加热与废热 利用方式等一系列膜蒸馏环节上均有待于提高． 膜蒸馏过程实质属于传热控制过程，对中空纤维膜常用的直接接触膜蒸馏、气扫式膜蒸馏 和减压膜蒸馏三种膜蒸馏过程比较．减压膜蒸馏过程具有较好的综合性能． 探讨了两种新的膜蒸馏过程．1、鼓泡膜蒸馏方法，由气液两相流效应来强化热流体的扰 动，从而提高传热效率．鼓泡膜蒸馏方法可以显著提高膜蒸馏通量和降低膜污染．2、吸收膜蒸 馏方法，传质过程无相变热损失，疏水膜兼具有传质与导热双重作用，膜孔传质，膜材料传热， 比较了葡萄糖和氯化钙两种吸收剂对吸收膜蒸馏过程的影响，种类的选择对膜蒸馏通量有很 大影响． 膜蒸馏技术还未工业化规模应用的重要原因之一就是相变能耗高的问题，尝试了热泵能 量回收技术与膜蒸馏技术的耦合研究，结果表明，采用机械式压缩热泵工艺难以实现预期的热 量回收效果，能效系数COP只能达到3．4．提出了多效膜蒸馏方法(MEMD)，利用多效蒸发原 理，回收膜蒸馏蒸汽的蒸发潜热，使膜蒸馏过程中的水蒸汽冷凝与原水加热过程耦合，初步实 验结果表明，有望实现低能耗的膜蒸馏过程． 膜蒸馏技术的核心之一是疏水膜材料的性能，膜表面超疏水改性是提高分离膜材料性能 的一种有效手段，采用稀溶液相转移法，在聚偏氟乙烯基膜表面，成功构建了仿荷叶的聚偏氟 乙烯本体材料的微纳米结构。随着聚偏氟乙烯固含量的减少，成形后的聚偏氟乙烯在基膜表面 由连续相逐渐转化为不连续的分散相，最终形成颗粒状的乳突状结构，可使聚偏氟乙烯疏水膜 的接触角从80。提高到160。． 依膜蒸馏工艺不同，对中空纤维疏水膜的内径、断面结构与壁厚等结构参数应有不同的要 求．对于内接触式膜蒸馏，中空纤维内径不宜过小；直接接触膜蒸馏用膜的壁厚不宜过薄，断面 结构应以隔热效果好的、高孔隙率的指状孔结构为宜；对于减压膜蒸馏过程，在保证足够的中 空纤维膜自支撑强度情况下，膜的壁厚应尽量薄为好，断面结构应选择相对致密、导热性好的 海绵体结构． 常规的中空纤维多孔膜性能评价指标及其测定方法不全面，本文提出以柔韧指数来表征 在此方面膜丝性能的差异，采用弯曲强度指数来表征膜丝的抗弯曲性能． 由于聚偏氟乙烯材料的表面能低，采用溶液相分离方法制备聚偏氟乙烯分离膜，易形成致 密皮层，导致膜通量低．本课题组提出了微分相纤维皮层界面致孔成形机理，充分利用高分子 成孔剂的分散与增稠作用，无机粒子的微分相与开孔作用，非溶剂的降粘与微分相作用，表面 作者简介：吕晓龙(1964一)，男，研究员，博士生导师，工学博士．主要研究方向为中空纤维膜制备及膜法水处理技术．Tel： 022E．mail：lu五aolOng@263．net ·94· 膜科学与技术 2012年 活性剂的界面润湿与稳定作用，使不同种类添加剂的致孔机理协同作用，使纺丝液有适当的分 散性与稳定性，有效控制纺丝液与凝固液的界面润湿性，控制纺丝液的相转移成膜过程，在成 形纤维的皮层原位形成开孔结构，从而可以纺制出性能稳定、孔径适当、高透水通量的聚偏氟 乙烯中空纤维分离膜． 提出了一种低温热致相分离成膜方法(L—TIPS)，通过在聚合物与添加剂构成的混合物 中加入溶剂，使成膜混合物在低于聚合物熔点的温度下可以成为均匀的铸膜液，相转化成膜