膜蒸馏脱盐过程膜润湿的研究进展

膜蒸馏（MD）适合在偏远地区小规模制备淡水,有脱盐率高、接近常压操作、可利用太阳能等优势。但MD膜润湿影响了装置的运行稳定性,是制约MD脱盐应用的重要因素之一。本文介绍了MD膜润湿的评价方法,包括测定透水压力、临界膜孔润湿深度及可视化在线监测膜润湿进程等;简述了膜污染、MD操作变量、膜蒸馏形式及不同结垢晶体各因素对膜润湿的影响;从防垢和强化通量、掌握合适的膜清洗周期、物理干预及提升MD膜性能等方面分析了抑制膜润湿的措施;并分析了一些脱盐实验时间较长的MD膜润湿情况;指出具有自清洁性的光催化膜及防垢性能更强的双疏膜和Janus膜,具有抑制MD膜润湿的巨大潜力。本文有助于对脱盐过程中MD膜润湿的预测和有效控制。     

膜蒸馏膜浸润与污染控制研究进展

膜蒸馏是一种新兴的热驱动膜分离过程,其能利用低品位热能处理高含盐废水,故在水处理领域具有良好的发展前景.目前,限制膜蒸馏长期稳定运行的主要瓶颈是膜浸润与膜污染问题.本文简述了膜浸润与污染成因,从料液预处理、功能膜开发、操作条件优化、膜清洗与干燥等方面总结了近年来在控制膜浸润与污染方面取得的研究进展,重点介绍了新型功能膜...     

疏水石墨烯膜的制备及其用于膜蒸馏脱盐的研究进展

膜蒸馏技术由于理论截盐率高、操作条件温和及对盐浓度灵敏度低等优势,在脱盐领域中展现出巨大潜力。近年来,人们开始关注石墨烯材料在膜蒸馏脱盐领域中的应用。本文首先概述膜蒸馏技术的基本原理及常用膜材料;接着介绍石墨烯的疏水性质和疏水石墨烯膜的制备;再详细综述石墨烯混合基质膜、石墨烯复合膜及石墨烯纯膜这三类疏水石墨烯膜在膜蒸馏脱盐中的应用;最后总结疏水石墨烯用于膜蒸馏脱盐面临的主要挑战及未来研究方向。     

膜蒸馏用疏水性微孔膜研究进展

从膜蒸馏传质传热方面分析了疏水性微孔膜的最佳性能参数,叙述了近年来适用于膜蒸馏过程的膜材料、制备方法以及超疏水改性方法,分析了不同构型的膜组件优缺点、膜组件内部结构对膜蒸馏性能的影响和一些新膜组件设计形式,介绍了膜蒸馏过程中的难点:膜污染和膜润湿;分析了膜污染和膜润湿的类型和原因和膜污染和膜润湿检测方法,并归纳了常见的预防和恢复措施,探讨了膜蒸馏技术的应用前景和研究发展方向,主要有膜蒸馏过程中膜污染和润湿机理的研究、抗污染润湿膜的开发及其工业化应用、膜蒸馏商用膜组件的设计及优化等。     

直接接触膜蒸馏海水淡化研究进展

为了解决淡水资源缺乏问题,开源利用储量丰富的海水来补充淡水资源的方式尤为重要。直接接触膜蒸馏（DCMD）作为一种膜法—热法相结合的新型蒸馏及分离技术,具有产水水质高、结构紧凑、可模块化设计,可由太阳能、风能、地热等新能源以及各种余热进行驱动。现如今DCMD工艺出现的主要问题是目前实用性膜的产水通量都较低,能量利用效率也较低,不能有效进行潜热回收,减少热能的消耗,以及长期运行困难问题。从已发表的大量文献角度对DCMD处理海水的研究方向进行了综述,同时就MD膜材料、膜组件、工艺操作条件以及膜污染等方面探讨DCMD进行海水淡化的影响因素展开讨论。     

新型气隙式膜蒸馏组件脱盐过程

利用基于聚丙烯中空纤维膜和聚丙烯中空纤维换热管的新型能量回收式膜组件(AGMD-HF),以70 g·L^-1的氯化钠溶液为研究对象,考察了膜组件长度和膜孔径大小对膜组件脱盐性能的影响。为直接衡量操作条件、组件参数以及温差、浓差极化现象对传质系数的影响,引入总传质系数,并研究进料温度和膜孔径对总传质系数的影响。实验结果表明,总传质系数随着温度的升高、膜孔径的增大而增大,提高膜孔径可有效提高总传质系数,同时可有效提高通量和造水比。通量随组件长度的增大而减小,而造水比增大,因此在应用过程中可综合考虑通量和造水比以便选择合适的组件长度。     

可旋转的太阳能集热—减压膜蒸馏式脱盐研究

设计构建了1套新型可旋转的太阳能集热—减压膜蒸馏脱盐系统装置,以太阳能集热提供热源,以3.5%的氯化钠溶液模拟海水进行脱盐实验。研究了不同进料液温度、冷侧真空度、进料液流量对膜组件性能的影响,以及1个工作日内膜通量、淡水电导率和截留率的影响变化。结果表明:当系统运行稳定时,膜组件入口进料液温度、冷侧真空度和进料液流量是影响系统性能的主要因素,且在1个工作日内系统所产淡水的电导率可达到10μS/cm以下,截留率可达到99.9%以上。     

太阳能膜蒸馏技术研究进展

介绍了太阳能膜蒸馏技术的原理、特点等,总结分析了国内外太阳能膜蒸馏技术的发展现状,展望了该技术的发展方向,新型膜材料的研发、太阳能膜蒸馏系统的连续稳定运行、提高系统耦合性为今后的研究方向。     

十二烷基硫酸钠对膜蒸馏过程影响

膜蒸馏具有较低的操作压力、操作温度以及运行成本等优点，因此在水处理方面有广泛的应用前景。但是膜蒸馏过程中的膜润湿和膜污染现象仍然是阻碍其工业化应用的主要问题。表面活性剂作为一种能显著降低溶液表面张力、改变进料液性质的物质，对膜蒸馏造成的影响值得被研究。基于此，研究了在直接接触式膜蒸馏（DCMD）过程中表面活性剂对不同商业微孔疏水膜造成的影响，选用了一种常见的阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)进行实验。结果表明，进料液中SDS浓度的上升会引起更为严重的膜润湿现象，并且所使用的三种商业膜中，双疏膜抗润湿性最强，而PVDF膜最弱。而当Ca²⁺大量存在于进料液中时，Ca²⁺与SDS的聚集降低了膜润湿的程度但其在膜表面的沉积造成了严重的膜污染。界面相互作用自由能的计算结果表明Ca²⁺/SDS与PVDF膜之间的吸引力最大、PTFE膜其次、双疏膜最小，这一结果与膜蒸馏过程中通量变化情况相符。     

膜蒸馏海水淡化研究进展及发展趋势

海水淡化是解决我国水资源短缺的重要措施之一。膜蒸馏海水淡化技术可以充分利用太阳能等低品位热源，具有成本低、设备简单、操作容易、能耗低等优点，在海水及苦咸水淡化方面应用前景广阔。     

High-performance desalination of high-salinity reverse osmosis brine by direct contact membrane distillation using superhydrophobic membranes

In this study, the direct contact membrane distillation (DCMD) with a superhydrophobic membrane (SM-DCMD) herein was designed and applied to desalinate RO brine, showing excellent performance in desalinating high salinity. The superhydrophobic membrane with good resistance to pore wetting and fouling was prepared by coating silica nanospheres onto a porous glass fiber substrate and subsequent fluorination. It maintained a stable flux (31.27 LMH at feed temperate of 80°C) and outstanding salt rejection (~100%) even in the presence of natural organic matter (NOM, a typical organic foulant) and sodium dodecyl sulfate (SDS, a typical wetting agent with low surface tension). During handling practical reverse osmosis brine, such SM-DCMD system presented excellent performances in terms of a stable flux of 23.70 LMH and salt rejection efficiency of >99% over 24 h continuous operations. The relevant COD and color removal efficiency kept a constant value of 100%. These overall findings indicate that the SM-DCMD is a hopeful candidate for desalinating practical RO brine with high performance.     

微生物脱盐燃料电池高效除盐研究进展

微生物脱盐燃料电池（MDC）是一种新兴的绿色可持续循环能源技术,利用微生物胞外呼吸作用同步驱动除盐、产电及降解有机污染物。首先,概括了传统能源密集型除盐技术（热浓缩法和膜法）的能耗及局限性;然后,介绍了MDC运行机制、耦合系统及可持续发展影响因素;重点阐述了多种MDC耦合工艺协同高效处理废水的研究进展及其可持续发展面临的挑战;最后,展望了MDC在高效、可持续和低碳废水处理、盐水淡化和能源/资源回收方面的研究前景。     

新型中空纤维空气隙式膜蒸馏用于海水淡化

利用自制的添加隔热管状隔网并呈螺旋缠绕结构编排的中空纤维膜组件进行了空气隙式膜蒸馏(AGMD)海水淡化过程性能研究, 实验以模拟标准海水(质量分数3.5%, 总溶解性固体含量35000 mg·L^-1)为热料液进水, 考察了热料液进水温度、热料液流量、冷凝液进水温度和冷凝液流量对膜通量、造水比和热效率的影响。结果表明, 随着热料液进水温度增加, 膜通量、造水比和热效率均增加;冷凝液进水温度增加, 膜通量下降而造水比和热效率增加;热料液流量增加, 膜通量上升而造水比和热效率明显下降;冷凝液进水流量对膜蒸馏过程性能影响较小。实验过程中产水TDS始终保持在3.0 mg·L^-1以下, 相应的离子去除率高于99.99%, 膜通量、造水比和热效率最高可分别达5.87 L·m^-2·h^-1、5.37和0.943。研究表明, 引入清洁能源取代传统电加热驱动热源将进一步突出膜蒸馏技术的实际应用潜力。     

腐殖酸聚集体对膜蒸馏过程膜污染的作用机理

膜污染是膜蒸馏过程应用于工业水处理中遇到的主要问题之一。选取水体中具有代表性的有机物（腐殖酸）、微溶无机盐（碳酸钙）作为典型污染物,研究有机腐殖酸聚集体对于膜蒸馏过程膜污染进程的影响规律,探讨天然有机物-无机微溶盐混合水体中腐殖酸聚集体对于无机盐结晶过程的控制机理。结果表明：膜蒸馏通量的衰减大致可分为由滤饼层的形成造成的不可恢复部分以及由浓差极化、膜孔“半润湿”而造成的可部分恢复的通量降低。Ca²⁺通过加速腐殖酸分子的聚集过程,使表面负电性降低的腐殖酸聚集体率先吸附在聚偏氟乙烯中空纤维膜内表面,形成有机基质污染层;碳酸钙在有机腐殖酸聚集体的诱导下在膜内表面异相成核,最终成长为稳定的晶体。腐殖酸聚集体为无机盐晶体在疏水性膜内表面的生长提供了异相成核的基础。可通过控制污染水体中有机物的含量控制微溶碳酸钙在膜内表面成核及生长,实现控制其在膜内表面附着进而诱发疏水膜发生亲水化的过程。     

膜蒸馏技术研究及应用进展

膜蒸馏作为一种新型分离技术,具有操作温度低、设备简单、脱盐率高等特点,在海水淡化、苦咸水脱盐、果汁浓缩等过程具有良好的应用前景。本文简述了膜蒸馏的工作原理、特点和膜材料的制备方法,指出当前膜材料的研究方向。综述了直接接触式、气隙式、真空式和气扫式4种基本膜蒸馏形式和几种改进的膜蒸馏形式的传热传质原理、研究现状和发展方向。重点介绍了可再生能源以及工业低温余热驱动膜蒸馏的技术特点、研究现状和应用,包括太阳能光伏/光热驱动膜蒸馏技术、太阳能热泵耦合驱动膜蒸馏技术、太阳池膜蒸馏技术、地热能梯级利用驱动膜蒸馏技术和低温余热驱动膜蒸馏技术等,并指出其发展方向。最后,探讨了膜蒸馏技术亟待研究和解决的问题,为该技术的进一步发展提供参考。     

A review on membrane distillation in process engineering: design and exergy equations,materials and wetting problems

One of the problems that most afflicts humanity is the lack of clean water. Water stress, which is the pressure on the quantity and quality of water resources, exists in many places throughout the World. Desalination represents a valid solution to the scarcity of fresh water and several technologies are already well applied and successful (such as reverse osmosis), producing about 100 million m³·d⁻¹ of fresh water. Further advances in the field of desalination can be provided by innovative processes such as membrane distillation. The latter is of particular interest for the treatment of waste currents from conventional desalination processes (for example the retentate of reverse osmosis) as it allows to desalt highly concentrated currents as it is not limited by concentration polarization phenomena. New perspectives have enhanced research activities and allowed a deeper understanding of mass and heat transport phenomena, membrane wetting, polarization phenomena and have encouraged the use of materials particularly suitable for membrane distillation applications. This work summarizes recent developments in the field of membrane distillation, studies for module length optimization, commercial membrane modules developed, recent patents and advancement of membrane material.