滲透膜蒸餾

『壹』 只靠太陽能實現海水淡化人類從此或不再「望洋興嘆」

出品：科普中國

製作：山夕團隊 黨以凡

監制：中國科學院計算機網路信息中心

在人類面臨的眾多資源危機中，淡水危機可謂是「老大難」。5年前，由3萬多名海洋科技工作者歷時8年多完成的「我國近海海洋綜合調查與評價」專項顯示：我國11個沿海省（自治區、直轄市）所轄的52個沿海城市中，極度缺水的有18個、重度缺水10個、中度缺水9個、輕度缺水9個，近90%的城市存在不同程度缺水問題。面朝大海，這些城市為何缺水如此嚴重？

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『貳』 膜蒸餾的應用

（1） 海水淡化
淡水資源短缺成為當今社會一大問題，海水淡化無疑是淡水來源的途徑之一。目前從海水或苦鹹水獲得淡水的主要方法有：電滲析法、蒸發法、多級蒸餾法和反滲透法等。近年來迅速發展起來的蒸餾法與膜法相結合的膜蒸餾技術在海水淡化的應用中獲得了成功，可望成為一種廉價高效製取淡水的新方法。利用工業上使用的海水余熱或用工業廢熱加熱海水進行膜蒸餾海水淡化，具有成本低、設備簡單、操作容易、能耗低等優點，使膜蒸餾技術在諸多海水淡化工程有一定競爭力!
（2） 超純水的制備
由於膜的疏水性，原則上只允許水蒸氣通過微孔，因此能得到很純的水。用減壓膜蒸餾對自來水進行處理後，水質達到微電子工業用高純度水三級和醫用注射水的標准。特別是近來新型高通量無機膜和有機-無機混合膜的開發成功，使得用膜蒸餾制備超純水變為具有巨大商業潛力的工業手段。
（3） 廢水處理
膜蒸餾與其他膜過程相比，其主要優點之一就是可以在極高的濃度條件下運行，即可以把非揮發性溶質的水溶液濃縮到極高的程度，甚至達到飽和狀態。張鳳君等人採用中空纖維膜蒸餾技術對含酚廢水進行了研究，結果使濃度高達5000mg/L的苯酚經處理後可降至50mg/L以下，苯酚的去除率可達95%以上。劉金生等人採用自製中空纖維膜蒸餾組件對油田聯合站含甲醇污水進行膜蒸餾處理研究，質量濃度高達10mg/mL的甲醇水溶液經處理後可降至0.03mg/mL一下。
（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。孔瑛等人研究了用膜蒸餾技術來分離甲酸-水共沸混合物的可能性，結果表明，採用膜蒸餾技術來分離甲酸-水溶液時不存在共沸現象，表明膜蒸餾在分離共沸物方面具有潛在的應用價值。

『叄』 求助，關於膜蒸餾技術

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課程論文
性物質的優勢[7]，其缺點是滲透通量低，結構復雜，且不適用於中空纖維膜，限制了商業推廣。Amali等[8]通過對AGMD與DCMD的比較研究，認為AGMD更適用於地熱苦鹹水的脫鹽。SGMD中，冷凝器必須做很大的功才能冷凝下游側的蒸汽，故能耗太大，其研究且僅限於理論及數學模型[9-11]。真空膜蒸餾的膜兩側氣體壓力差比其他膜蒸餾的膜兩側氣體壓力差大，因而比其他形式的膜蒸餾具有更大的蒸餾通量。宜於脫除水溶液中的揮發性溶質。Corinne[12]用真空膜蒸餾進行了海水淡化，並且與反滲透過程進行了比較，指出選擇合適的操作條件及進行合理的過程設計，真空膜蒸餾完全可以與反滲透過程相媲美。Fawzi Banat等[13]研究了VMD脫鹽操作參數的靈敏性分析，認為溫度對VMD水通量的影響最大，真空度次之。TzahiY等[14]將DCMD與VMD相結合，結果顯示，當滲透側的壓力由傳統DCMD略高於大氣壓(108 kPa)變至DCMD/VMD下略低於大氣壓(94kPa)時，同相同溫度下的傳統DCMD相比，通量提高15%。

3 膜蒸餾用膜
用於膜蒸餾的膜材料至少應滿足疏水性和多孔性兩個要求，以保證水不會滲入到微孔內和具有較高的通量。通常認為孔隙率為60% ~ 80%，平均孔徑為0.1

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課程論文
~0.5 μm 的膜最適合於膜蒸餾[15]。目前膜蒸餾過程膜材料的研究開發主要集中於3種膜材料，即聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)和聚丙烯(PP)。基於上述膜材料，膜蒸餾用膜的制備方法主要有：拉伸法、相轉化法、表面改性法、共混改性法以及復合膜法。近年來，為了提高分離膜的綜合性能，不同膜材料優勢互補的復合膜材料的研究也越來越引起研究者的興趣。Suk 等[16]把合成的疏水大分子化合物與聚碸材料共混，採用相轉化法制膜時，疏水性大分子會遷移至膜表面，得到表面疏水性MD復合膜。Khayeta等[17]用含表面改性大分子的親水性聚碸醚聚膜由相轉化法一步聚成應用於膜蒸餾的新型疏水/親水多孔復合膜，對於1 mol/L的NaCl水溶液，所製得的復合膜水通量和PTFE商業膜持平甚至高於常用的商業膜，截留率達99.7%。Peng Ping 等[5]將3% PVA（聚乙烯醇）同20%PEG（聚乙二醇）混合，由乙醛作交聯劑進行交聯，並在聚合物中引入鈉鹽（如醋酸鈉）提高微相分離，將PVA/PEG親水性凝膠塗覆在疏水性的PVDF 底層上，製成復合膜。所得復合膜的DCMD通量及耐用性較PVDF 膜均有提高。該方法對解決膜蒸餾所用疏水性膜易被潤濕的問題提供了一定的參考。Li Baoan等[18]用在疏水性多孔PP中空纖維膜的外表面塗上了不同孔徑的多孔等離子聚合硅樹脂含氟聚合物塗層的復合性中空纖維膜，進行了基於真空膜蒸餾脫鹽過程用膜和設備的研究。由於多孔等離子聚合硅樹脂含氟聚合物塗層能夠大大降低表面張力，並在底層和鹽水之間加了一層隔膜，因而能有效防止膜孔潤濕、膜孔結垢和收縮等。研製價格低廉、孔隙率高、通量高、易於工業化生產及應用的MD新型膜材料，已成為MD研究者追求的目標。只有新型理想的膜材料研製成功，膜蒸餾才具有更廣闊的應用空間。

『肆』 厲害了，新技術能從鹽水裡提取出100%的水

『伍』 反滲透膜的發展史

80年代發明的復合膜，由超薄反滲透膜、多孔支撐層、織物增強自疊加而成，透水量極大，除鹽率高達99%，是理想的反滲透膜。反滲透膜在分離小分子有機化合物時也特別有效，因此對有機化工、釀造工業、三廢處理等領域也得到了很好的應用。
在21世紀以前，反滲透膜技術都是被國外所壟斷，而中國是直到90年代末期才開始掌握了反滲透膜的生產技術.這個歷史要追述到建國初期，當時我們國家的領導人已經意識到海水淡化的前景和將來在社會中的作用。
早在1958年，石松研究員等首先在中國開展離子交換膜電滲析海水淡化研究。而在此前1953年美國C.E.Reid建議美國內務部將反滲透研究列入國家計劃。

隨後1967年，國家科委組織全國海水淡化會戰，組織全國在水處理和分析化學、材料化學、流體力學等各個學科的精英會戰海水淡化。

1970年，會戰主力匯集中國浙江省的杭州市，組織了全國第一個海水淡化研究室。此期間，他們一直用電滲析技術進行海水淡化，研製成功海洋監測專用微孔濾膜，建成了世界最大的電滲析海水淡化站——西沙永興島海水淡化站。一度在海水淡化方面成為世界領軍人物。

1982年，中國海水淡化與水再利用學會經中國科協學會部批准在杭州成立。但是，因為經歷了十年浩劫，畢竟還是衰弱下去了，此時，遠在大洋彼岸的美國的全芳香族聚醯胺復合膜及其卷式元件已經赫然問世。

1984年，國家海洋局以海水淡化研究室為主體，組建國家海洋局杭州水處理技術研究開發中心，中國開始對膜技術重視了，但是，美國海水淡化用復合膜及其卷式元件已經大面積商業化了，投入到了國家和民用中去了。

1992年，國家為了追趕膜方面技術與世界的差距，，國家科委軍頂，以「中心」為依託，組建國家液體分離膜工程技術研究中心，並開始悄悄研製國產反滲透膜。

直到2001年，「中心」實行集團化分體管理，所轄三個控股的中外合資公司，兩個中資公司和一個研發中心。同年，杭州北斗星膜製品有限公司正式公開問世，從此，中國有了自己的反滲透膜產品，享有完全自主知識產權、由中國製造、具有民族品牌的高性能復合膜元件開始投放市場，中國成為世界上第四個掌握自主反滲透膜技術的國家。

『陸』 蒸餾法海水淡化技術原理

海水淡化的代表國家--以色列
蒸餾法、電滲析法、反滲透法達到了工業規模的生產應用.
電滲析淡化法是使用一種特別製造的薄膜實現的。在電力作用下，海水中鹽類的正離子穿過陽膜跑向陰極方向，不能穿過陰膜而留下來；負離子穿過陰膜跑向陽極方向，不能穿過陽膜而留下來。這樣，鹽類離子被交換走的管道中的海水就成了淡水，而鹽類離子留下來的管道里的海水就成了被濃縮了的鹵水。

反滲透淡化法更加絕妙。它使用的薄膜叫「半透膜」。半透膜的性能是只讓淡水通過，不讓鹽分通過。如果不施加壓力，用這種膜隔開鹹水和淡水，淡水就自動地住鹹水那邊滲透。我們通過高壓泵，對海水施加壓力，海水中的淡水就透過膜到淡水那邊去了，因此叫做反滲透，或逆滲透。

蒸餾法的原理很簡單，就是我們在實驗室里制備蒸餾水的原理。把海水燒到沸騰，淡水蒸發為蒸汽，鹽留在鍋底，蒸汽冷凝為蒸餾水，即是淡水。

這種古老的海水淡化方法，消耗大量能源，產生大量鍋垢，很難大量生產淡水。現代多級閃急蒸餾淡化使古老的蒸餾法煥發了青春。

水在常規氣壓下，加熱到100℃才沸騰成為蒸汽。如果使適當加溫的海水，進入真空或接近真空的蒸餾室，便會在瞬間急速蒸發為蒸汽。利用這一原理，做成多級閃急蒸餾海水淡化裝置。此種淡化裝置可以造得比較大，真空蒸發室可以造得比較多，連接起來，成為大型海水淡化工廠。這種淡化工廠，可以與熱電廠建在一起，利用熱電廠的余熱加熱海水。水電聯產，可以大大降低生產成本。現行大型海水淡化廠，大多採用此法。如果太陽能蒸發淡化法能夠投入實用，古老的蒸餾淡化技術又上一個節能的新台階。