第十一章无机模.ppt

第十一章第十一章 无机膜无机膜11.1 11.1 无机膜发展概况及优势无机膜发展概况及优势11.1.1 11.1.1 无机膜的发展概况无机膜的发展概况无机膜的研究和应用经历了三个发展阶段：无机膜的研究和应用经历了三个发展阶段： 第第一一个个阶阶段段是是在在第第二二次次世世界界大大战战期期间间，，为为了了实实施施Manhattan原原子子弹弹计计划划，，欧欧美美等等国国家家采采用用气气体体扩扩散散分分离离技技术术，，利利用用多多孔孔陶陶瓷瓷膜膜材材料料从从天天然然铀铀矿矿中中分分离离六六氟氟化化铀铀UF6，，以以用用于于制制备备核核裂裂变变原原料料235U由由于于UFUF6 6具具有有腐腐蚀蚀性性，，故故可可供供选选择择的的材材料料仅仅是是一一些些金金属属或或陶陶瓷瓷材材料料美美国国橡橡树树岭岭国国家家研研究究实实验验中中心心和和法法国国原原子子能能研研究究中中心心以以及及前前苏苏联联都都建建成成了了类类似似的工厂以满足核工业的需要的工厂以满足核工业的需要 第第二二个个阶阶段段是是在在2020世世纪纪8080年年代代初初至至2020世世纪纪9090年年代代，，始始于于工工业业无无机机膜膜超超滤滤和和微微滤滤技技术术的的创创立立与与发发展展，，是是由由以以下下三三方方面面的的因因素素促促成成的的：：（（1 1））在在生生产产核核裂裂变变原原料料过过程程中中，，为为了了提提高高气气体体扩扩散散分分离离富富集集的的效效率率，，对对无无机机膜膜的的制制造造已已经经积积累累了了相相当当的的经经验验；；（（2 2））利利用用高高聚聚物物膜膜开开发发的的超滤技术在许多领域中获得了广泛的应用；超滤技术在许多领域中获得了广泛的应用；9/19/2024（（3 3））高高分分子子材材料料制制成成的的分分离离膜膜具具有有热热稳稳定定性性和和化化学学稳稳定定性性差差、、力力学学强强度度低、膜污染严重等缺点。

低、膜污染严重等缺点 第第三三个个阶阶段段是是在在2020世世纪纪9090年年代代以以后后，，即即以以气气体体分分离离应应用用为为主主的的陶陶瓷瓷膜膜分分离离器器- -反反应应器器组组合合构构件件的的研研究究阶阶段段陶陶瓷瓷膜膜可可以以将将空空气气中中的的氧氧、、氮氮分分离离，，将将合合成成氨氨排排放放气气中中的的氢氢、、氮氮分分离离，，并并从从天天然然气气中中脱脱出出水水汽汽将将无无机机膜膜与与催催化化反反应应过过程程相相结结合合而而构构成成的的膜膜催催化化反反应应过过程程被被认认为为是是催催化化学学科科未未来三大发展方向之一来三大发展方向之一 我我国国无无机机膜膜的的研研究究始始于于2020世世纪纪8080年年代代末末，，已已在在实实验验室室规规膜膜制制备备出出了了无无机机微微滤滤膜膜、、超超滤滤膜膜以以及及高高通通量量的的金金属属钯钯膜膜南南京京工工业业大大学学实实现现了了管管式式、、多多通通道道陶陶瓷瓷微微滤滤膜膜的的工工业业化化生生产产，，并并在在相相关关的的工工业业过过程程中中获获得得成成功功的的应应用，膜催化反应的基础性研究也具备了良好的基础用，膜催化反应的基础性研究也具备了良好的基础。

9/19/202411.1.2 11.1.2 无机膜的优势无机膜的优势 （（1 1）化学稳定性好，能耐酸、耐碱、耐有机溶剂；）化学稳定性好，能耐酸、耐碱、耐有机溶剂；（（2 2））机机械械强强度度大大，，承承载载无无机机膜膜或或金金属属膜膜可可承承受受几几十十个个大大气气压压的的外压，并可反向冲洗；外压，并可反向冲洗；（（3 3））抗抗微微生生物物能能力力强强，，不不与与微微生生物物发发生生作作用用，，可可以以在在生生物物工工程程及医学科学领域中应用；及医学科学领域中应用；（（4 4）耐高温，一般均可以在）耐高温，一般均可以在400℃400℃下操作，最高可达下操作，最高可达800 ℃800 ℃ 不不足足之之处处在在于于造造价价较较高高，，并并且且无无机机材材料料脆脆性性大大，，弹弹性性小小，，给膜的成型加工及组件装备带来一定的困难给膜的成型加工及组件装备带来一定的困难9/19/202411.2 11.2 无机膜的分类无机膜的分类 无无机机膜膜就就其其表表层层结结构构可可分分为为多多孔孔膜膜和和致致密密膜膜两两大大类类图图11-111-1列出了目前研制出的无机膜的种类及其代表。

列出了目前研制出的无机膜的种类及其代表图图11-1 无机膜的类型无机膜的类型9/19/202411.3 无机膜单管指标无机膜单管指标 单膜管单膜管单膜管单膜管 微滤膜元件微滤膜元件微滤膜元件微滤膜元件 超滤膜元件超滤膜元件超滤膜元件超滤膜元件膜平均孔径膜平均孔径膜平均孔径膜平均孔径3 3～～～～9μm9μm　　　　　　　　　　　　 0.2 0.2～～～～0.60.6μmμm孔隙率　　　孔隙率　　　孔隙率　　　孔隙率　　　 38% 38%　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　 35% 35%支撑载体材质支撑载体材质支撑载体材质支撑载体材质 α-Al α-Al2 2OO3 3 ( (抗氧化抗氧化抗氧化抗氧化SiC) α-AlSiC) α-Al2 2OO3 3膜材质　　　膜材质　　　膜材质　　　膜材质　　　 α-Al α-Al2 2OO3 3 　　　　 α-Al α-Al2 2OO3 3/Cr/Cr2 2OO3 3α-Alα-Al2 2OO3 3 含量含量含量含量 ≥99% ≥99%　　　　　　　　　　　　　　　　 ≥99% ≥99%外径　　　　外径　　　　外径　　　　外径　　　　 400mm 400mm　　　　　　　　　　　　 400mm 400mm通道数量通道数量通道数量通道数量 9(1) 9(1)　　　　　　　　　　　　　　　　 9 9通道直径通道直径通道直径通道直径6.0 (40)mm 6.0 (40)mm 　　　　　　　　 　　　　 6.0mm 6.0mm膜管长度膜管长度膜管长度膜管长度1000(1500)mm1000(1500)mm　　　　　　　　 1000mm 1000mm过滤面积过滤面积过滤面积过滤面积0.2(2.8)m0.2(2.8)m2 2　　　　　　　　　　　　　　　　 0.2m 0.2m2 2纯水通量纯水通量纯水通量纯水通量≥800(l/m≥800(l/m2 2.h.bar) ≥500(l/m.h.bar) ≥500(l/m2 2.h.bar).h.bar)耐酸碱（耐酸碱（耐酸碱（耐酸碱（pHpH））））1 1～～～～1414　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1 1～～～～14149/19/2024ØØ净化山西老陈醋的研究净化山西老陈醋的研究净化山西老陈醋的研究净化山西老陈醋的研究ØØ白酒除浊的研究白酒除浊的研究白酒除浊的研究白酒除浊的研究ØØ啤酒生产中的应用研究啤酒生产中的应用研究啤酒生产中的应用研究啤酒生产中的应用研究ØØ中药生产中的应用研究中药生产中的应用研究中药生产中的应用研究中药生产中的应用研究11.4 无机膜的应用领域无机膜的应用领域ØØ浓硫酸除杂净化的研究浓硫酸除杂净化的研究浓硫酸除杂净化的研究浓硫酸除杂净化的研究ØØ处理含超细颗粒乳化液的研究处理含超细颗粒乳化液的研究处理含超细颗粒乳化液的研究处理含超细颗粒乳化液的研究ØØ金属清洗液净化的研究金属清洗液净化的研究金属清洗液净化的研究金属清洗液净化的研究ØØ油田注水净化回用技术的研究油田注水净化回用技术的研究油田注水净化回用技术的研究油田注水净化回用技术的研究 无无机机膜膜的的应应用用主主要要涉涉及及液液体体的的分分离离与与净净化化，，应应用用行行业业有有食食品品工工业业、、医药工业、生物工程、化学工业、石油化工等。

医药工业、生物工程、化学工业、石油化工等9/19/2024 食食醋醋已已成成为为餐餐桌桌上上的的一一种种时时尚尚，，国国内内外外很很多多人人都都把把““多多醋醋少少盐盐””、、““重重醋醋轻轻盐盐””作作为为饮饮食食生生活活中中的的重重要要信信条条，，认认为为这这是是人人类类健健康康的的长长寿寿之之道道从从国国际际来来看看，，日日本本、、美美国国、、澳澳大大利利亚亚以以及及东东南南亚亚许许多多国国家家都都是是食食醋醋消消费费大大国国，，如如日日本本每每年年每每人人食食醋醋7.88kg7.88kg、、美美国国6.51kg6.51kg，，而而中中国国仅仅为为0.91kg0.91kg由由此此看看出出，，食食醋醋消消费费市市场场具具有有较较大大的的潜潜力力据据有有关关部部门门统统计，我国年产食醋计，我国年产食醋2.8×102.8×106 6t t，同时以每年，同时以每年15%15%的速度递增的速度递增 山山西西老老陈陈醋醋是是中中国国四四大大名名醋醋之之一一，，它它的的生生产产至至今今已已有有30003000余余年年的的历历史史，，素素有有““天天下下第第一一醋醋””的的盛盛誉誉，，含含有有丰丰富富的的氨氨基基酸酸、、有有机机酸酸、、糖糖类类、、维维生生素素和和盐盐等等。

以以老老陈陈醋醋为为基基质质的的保保健健醋醋有有软软化化血血管管、、降降低低甘甘油油三三酯酯等等独独特特功功效效山山西西老老陈陈醋醋不不同同于于其其它它三三种种醋醋的的发发酵酵工工艺艺，，其其采采取取固固态态发发酵酵，，醋醋化化高高温温接接种种引引火火，，别别具具一一格格的的熏熏酷酷工工艺艺，，一一般般要要陈陈放放一一年，形成香、甜、绵、酸的特点年，形成香、甜、绵、酸的特点项目背景项目背景 净化山西老陈醋除菌除浊技术净化山西老陈醋除菌除浊技术9/19/2024研究内容研究内容表表11-1 11-1 老陈醋物性参数（老陈醋物性参数（25℃25℃））固含量固含量粘度（与温度关系）粘度（与温度关系）浊浊度度密度密度表面表面张张力力0.2%1.1967×10-3Pa·s（正比）（正比）622NTU1.2kg/m373.23×103N/m　　　　对对老老陈陈醋醋沉沉淀淀物物经经离离心心机机2600r/min2600r/min的的转转速速离离心心20min20min后后，，倒倒掉掉上上清清液液，，收收集集底底部部的的沉沉淀淀物物，，透透析析、、浓浓缩缩、、冷冷冻冻、、干干燥燥后后经经SEMSEM电电镜镜、、粒粒径径仪仪和和显显微微镜镜分分析析得得出出：：老老陈陈醋醋中中菌菌体体粒粒径径0.10.1μmμm以以上上，，沉沉淀淀物物粒粒径径0.5μm0.5μm以以上上。

物性参数见表物性参数见表11-111-1，其理化和卫生指标如表，其理化和卫生指标如表11-211-2所示9/19/2024研究内容研究内容表表11-2 老陈醋理化和卫生指标老陈醋理化和卫生指标分析项目分析项目分析结果分析结果单位单位总总 酸酸5.26g/100ml氨基酸态氮氨基酸态氮0.15g/100ml不挥发酸不挥发酸0.96g/100ml还还 原原 糖糖1.75g/100ml蛋蛋 白白 质质2.19g/100ml淀淀 粉粉2.79g/100ml菌落总数菌落总数230个个/ml大肠菌群大肠菌群＜＜3MPN/100ml透透 光光 率率33.79/19/2024研究内容研究内容1—清洗罐；清洗罐；2—储醋罐；储醋罐；3—离心泵；离心泵；4－流量计；－流量计；5－膜组件；－膜组件；6－液体－液体缓冲罐；缓冲罐；7－气体缓冲罐；－气体缓冲罐；8－空压机；－空压机；K1-15－截至阀；－截至阀；V1-10－调节阀－调节阀图图图图11-211-2　陶瓷膜过滤老陈醋及清洗污染膜的工艺流程图　陶瓷膜过滤老陈醋及清洗污染膜的工艺流程图　陶瓷膜过滤老陈醋及清洗污染膜的工艺流程图　陶瓷膜过滤老陈醋及清洗污染膜的工艺流程图9/19/2024研究内容研究内容9/19/2024复合膜元件复合膜元件复合膜元件复合膜元件研究成果研究成果膜组件膜组件9/19/2024（（1 1）净化老陈醋的膜管衰减慢，平均过滤通量大于）净化老陈醋的膜管衰减慢，平均过滤通量大于70L/70L/（（h·mh·m2 2）；）；（（2 2）净化后透光率增加）净化后透光率增加60%60%以上，菌落总数减少以上，菌落总数减少95%95%；；（（3 3）淀粉及蛋白质的减少量小于）淀粉及蛋白质的减少量小于2%2%；；（（4 4）净化后总酸度、氨基酸态氮、不挥发酸、还原）净化后总酸度、氨基酸态氮、不挥发酸、还原糖等降低不超过糖等降低不超过1%1%。

达到的技术指标达到的技术指标 9/19/2024达到的技术指标达到的技术指标 无机陶瓷复合膜净化后的精品老陈醋无机陶瓷复合膜净化后的精品老陈醋9/19/2024　　　　　　　　白白酒酒贮贮藏藏时时，，溶溶于于酒酒基基的的棕棕榈榈已已酯酯、、油油酸酸、、亚亚油油酸酸已已酯酯等等会会析析出出，，形形成成絮絮状状悬悬浮浮物物，，出出现现浑浑浊浊为为解解决决这这一一问问题题，，利利用用无无机机膜膜超超滤滤技技术术来来处处理理，，酒酒酒酒味味味味纯纯纯纯正正正正爽爽爽爽口口口口，，，，具具具具有有有有澄澄澄澄清清清清效效效效果果果果好好好好、、、、能能能能耗耗耗耗低低低低、、、、工工工工艺艺艺艺简简简简单单单单、、、、结结结结构构构构紧紧紧紧凑凑凑凑、、、、安安安安全全全全可可可可靠靠靠靠、、、、管管管管理理理理方方方方便便便便、、、、易易易易于于于于控制膜污染等优点控制膜污染等优点控制膜污染等优点控制膜污染等优点11.4.2 11.4.2 白酒除浊的研究白酒除浊的研究9/19/2024 啤酒生产中的应用研究啤酒生产中的应用研究啤酒生产中的应用研究啤酒生产中的应用研究　　微孔滤膜过滤技术在啤酒生产中的工艺微孔滤膜过滤技术在啤酒生产中的工艺原料原料原料原料糖化糖化糖化糖化发酵发酵发酵发酵后发酵后发酵后发酵后发酵硅藻土过滤硅藻土过滤硅藻土过滤硅藻土过滤缓冲罐缓冲罐缓冲罐缓冲罐膜过滤膜过滤膜过滤膜过滤1 1膜过滤膜过滤膜过滤膜过滤2 2罐装罐装罐装罐装　　　　膜膜过过滤滤技技术术在在常常温温下下除除去去啤啤酒酒中中的的残残留留酵酵母母菌菌和和污污染染菌菌，，可可代代代代替替替替高高高高温温温温瞬瞬瞬瞬时时时时杀杀杀杀菌菌菌菌或或巴巴巴巴氏氏氏氏灭灭灭灭菌菌菌菌，，以以保保持持生生啤啤酒酒原原有有的的风风味味。

且且其其运运行行费费用接近甚至低于高温瞬时杀菌和巴氏杀菌，因而用接近甚至低于高温瞬时杀菌和巴氏杀菌，因而节能节能节能节能、、省时省时省时省时 9/19/2024•中药有效成份的提取；中药有效成份的提取；中药有效成份的提取；中药有效成份的提取；•口服液的生产；口服液的生产；口服液的生产；口服液的生产；•浸膏制剂的制备；浸膏制剂的制备；浸膏制剂的制备；浸膏制剂的制备；•热源的去除；热源的去除；热源的去除；热源的去除；•从制药废水中回收药物有效成分从制药废水中回收药物有效成分从制药废水中回收药物有效成分从制药废水中回收药物有效成分 11.4.4 中药生产中的应用研究中药生产中的应用研究9/19/2024•适合净化炸药等生产中的废酸适合净化炸药等生产中的废酸适合净化炸药等生产中的废酸适合净化炸药等生产中的废酸•具备长时间耐酸，防腐蚀性能具备长时间耐酸，防腐蚀性能具备长时间耐酸，防腐蚀性能具备长时间耐酸，防腐蚀性能•有有有有效效效效除除除除去去去去浓浓浓浓缩缩缩缩废废废废酸酸酸酸中中中中悬悬悬悬浮浮浮浮物物物物，，，，处理后废渣含量＜处理后废渣含量＜处理后废渣含量＜处理后废渣含量＜0.2%0.2%•处理后能达到循环利用的要求处理后能达到循环利用的要求处理后能达到循环利用的要求处理后能达到循环利用的要求11.4.5 11.4.5 浓硫酸除杂净化技术浓硫酸除杂净化技术浓硫酸除杂净化技术浓硫酸除杂净化技术9/19/2024• •具具具具备备备备净净净净化化化化金金金金属属属属清清清清洗洗洗洗液液液液、、、、轧轧轧轧钢钢钢钢废废废废水水水水复复复复杂体系杂质的能力；杂体系杂质的能力；杂体系杂质的能力；杂体系杂质的能力；• •有有有有效效效效去去去去除除除除废废废废液液液液中中中中表表表表面面面面活活活活性性性性剂剂剂剂等等等等有有有有机机机机大分子；大分子；大分子；大分子；• •处理后净化水循环使用；处理后净化水循环使用；处理后净化水循环使用；处理后净化水循环使用；• •费用低、设备简单、劳动强度小。

费用低、设备简单、劳动强度小费用低、设备简单、劳动强度小费用低、设备简单、劳动强度小11.4.6 金属清洗液净化的研究金属清洗液净化的研究9/19/2024•目目目目前前前前油油油油田田田田注注注注水水水水的的的的处处处处理理理理采采采采用用用用气气气气浮浮浮浮、、、、重重重重力力力力沉沉沉沉降降降降、、、、旋旋旋旋流流流流分分分分离离离离、、、、深深深深床床床床过过过过滤滤滤滤等等等等方方方方法均不能达到注水的要求；法均不能达到注水的要求；法均不能达到注水的要求；法均不能达到注水的要求； •中中中中心心心心在在在在大大大大庆庆庆庆油油油油田田田田进进进进行行行行了了了了无无无无机机机机膜膜膜膜处处处处理理理理技技技技术术术术净净净净化化化化油油油油田田田田注注注注水水水水试试试试验验验验，，，，结结结结果果果果表表表表明明明明出出出出水水水水水水水水质质质质好好好好，，，，水水水水质质质质稳稳稳稳定定定定，，，，完完完完全全全全能能能能满满满满足足足足SY/T5329-1994SY/T5329-1994标标标标准准准准对对对对低低低低渗渗渗渗油油油油层层层层注水水质要求注水水质要求。

注水水质要求注水水质要求11.4.7 油田注水净化回用技术的研究油田注水净化回用技术的研究9/19/2024第十二章第十二章 膜蒸馏（膜蒸馏（Distillation））12.1 蒸馏及膜蒸馏蒸馏及膜蒸馏 蒸馏蒸馏蒸馏：一种分离液体混合物的方法蒸馏：一种分离液体混合物的方法 蒸馏的原理：蒸馏的原理：利用液体混合物中各组分挥发度的差别，使液体混合物部利用液体混合物中各组分挥发度的差别，使液体混合物部分汽化并随之使蒸气部分冷凝，从而实现其所含组分的分离分汽化并随之使蒸气部分冷凝，从而实现其所含组分的分离 图图12-1 12-1 早期蒸馏设备早期蒸馏设备图图12-2 12-2 实验室蒸馏设备实验室蒸馏设备9/19/2024 膜蒸馏背景膜蒸馏背景 膜膜蒸蒸馏馏首首先先出出现现于于19661966年年，，美美国国内内务务部部盐盐水水局局的的海海水水淡淡化化研研究究报告中对此作了介绍报告中对此作了介绍 1967 1967至至19691969年间，年间，Findley提出了膜蒸馏的概念提出了膜蒸馏的概念，并进行了实验；，并进行了实验； 19821982年年GoreGore发发表表用用聚聚四四氟氟乙乙烯烯进进行行膜膜蒸蒸馏馏，，并并论论述述了了这这种种技技术术进进行海水脱盐的可能性。

行海水脱盐的可能性 膜蒸馏，是膜技术与蒸发过程相结合的膜分离过程膜蒸馏，是膜技术与蒸发过程相结合的膜分离过程 膜膜蒸蒸馏馏已已被被用用于于小小规规膜膜的的海海水水淡淡化化、、超超纯纯水水生生产产以以及及高高沸沸点点、、高高浓度含水制品的脱水、浓缩，可望成为一种廉价、高效的分离手段浓度含水制品的脱水、浓缩，可望成为一种廉价、高效的分离手段9/19/202412.2 膜蒸馏原理及特征膜蒸馏原理及特征 膜膜蒸蒸馏馏过过程程采采用用疏疏水水微微孔孔膜膜，，以以膜膜两两侧侧蒸蒸汽汽压压力力差差为为传传质质驱驱动动力力，，即即用用微微孔孔疏疏水水高高分分子子膜膜将将温温度度不不同同的的料料液液隔隔开开，，挥挥发发组组分分在在料料液液侧侧膜膜表表面面蒸蒸发发，，蒸蒸汽汽在在膜膜两两侧侧蒸蒸汽汽压压差差的的作作用用下下通通过过膜膜孔孔，，在在膜膜冷冷侧侧得得到到冷冷凝9/19/2024膜蒸馏特征膜蒸馏特征 与传统的分离过程相比，膜蒸馏过程具有如下独特的优点：　　与传统的分离过程相比，膜蒸馏过程具有如下独特的优点：　　1)100%1)100%的排斥溶液中的不挥发性物质，如离子、大分子、固体颗粒；的排斥溶液中的不挥发性物质，如离子、大分子、固体颗粒；2 2））操作温度比传统蒸馏过程低得多；操作温度比传统蒸馏过程低得多；3 3）操作压力比其它压力驱动的膜分离过程低许多；）操作压力比其它压力驱动的膜分离过程低许多；4 4）处理液与膜之间的化学作用很小；）处理液与膜之间的化学作用很小；5 5）对膜的机械强度要求很低；）对膜的机械强度要求很低；6 6）与传统的蒸馏过程相比，操作时所需的汽相空间很小。

与传统的蒸馏过程相比，操作时所需的汽相空间很小膜蒸馏所用的膜膜蒸馏所用的膜1.1. 用用于于膜膜蒸蒸馏馏的的膜膜一一般般采采用用疏疏水水性性微微孔孔膜膜，，同同时时膜膜材材料料必必须须耐耐温温，，以以保保证证膜膜在在热热溶溶液液中中稳稳定定运运行行几几种种高高分分子子材材料料，，如如聚聚四四氟氟乙乙烯烯(PTFE)(PTFE)、、聚聚偏偏氟氟乙乙烯烯(PVDF)(PVDF)、、聚聚丙丙烯烯(PP)(PP)等等，，表表面面能能很很低低，，具具有有疏疏水水性性，，有有很很好好的的化化学学稳稳定定性性和和热热稳稳定定，，因因而而常常用用于于制制备备膜膜蒸蒸馏馏所用的膜所用的膜9/19/202412.3 膜蒸馏主要应用领域膜蒸馏主要应用领域l海水和苦咸水淡化海水和苦咸水淡化l超纯水制备超纯水制备l溶液浓缩和回收溶液浓缩和回收l溶液的结晶溶液的结晶l废水处理废水处理12.4 膜蒸馏分类膜蒸馏分类l直接接触式膜蒸馏直接接触式膜蒸馏l空气间隙膜蒸馏空气间隙膜蒸馏l吹扫气膜蒸馏吹扫气膜蒸馏l真空膜蒸馏真空膜蒸馏9/19/2024直接接触式膜蒸馏直接接触式膜蒸馏(Direct Contact Membrane Distillation) 直直接接接接触触式式膜膜蒸蒸馏馏(DCMD)(DCMD)，，由由于于其其低低温温侧侧液液体体是是在在膜膜组组件件外外冷冷却却的的，，也也称称外外冷冷式式膜膜蒸蒸馏馏。

透透过过侧侧为为冷冷却却的的纯纯水水，，在在膜膜两两侧侧温温差差引引起起的的水水蒸蒸汽汽压力差驱动下传质，透过的水蒸汽直接进入冷侧的纯水中冷凝压力差驱动下传质，透过的水蒸汽直接进入冷侧的纯水中冷凝 DCMDDCMD具具有有组组件件和和流流程程简简单单、、通通量量大大等等优优点点，，具具有有广广阔阔的的应应用用前前景景DCMDDCMD的不足之处在于其能量利用率相对较低的不足之处在于其能量利用率相对较低9/19/2024 空气间隙膜蒸馏空气间隙膜蒸馏(Air Gap Membrane Distillation) 空空气气隙隙膜膜蒸蒸馏馏（（AGMDAGMD）），，由由于于其其低低温温侧侧的的冷冷源源设设在在膜膜组组件件内内，，由由于于冷冷壁壁与与膜膜之之间间存存在在一一空空气气隙隙，，也也称称内内冷冷式式膜膜蒸蒸馏馏透透过过侧侧的的冷冷却却介介质质与与膜膜之之间间有有一一冷冷却却板板相相隔隔，，膜膜与与冷冷却却板板之之间间存存在在气气隙隙，，从从膜膜孔孔透透过过气气隙隙中中的的水水蒸蒸汽汽在在冷冷却却板板上上冷冷凝凝而而不进入冷却介质不进入冷却介质 由由于于AGMDAGMD分分离离热热效效率率较较高高，，且且冷冷凝凝渗渗透透物物不不与与膜膜直直接接接接触触，，可应用特殊场合。

可应用特殊场合9/19/202412.4.3 吹扫气膜蒸馏吹扫气膜蒸馏（（Sweeping Gas Membrane Distillation）） 吹吹扫扫气气膜膜蒸蒸馏馏（（SGMDSGMD）），，操操作作方方式式为为：：在在透透过过侧侧通通入入干干燥燥的的气气体体吹吹扫扫把把透透过过的的水水蒸蒸汽带出组件的外面冷凝汽带出组件的外面冷凝 SGMDSGMD中中，，由由于于载载气气的的吹吹扫扫而而形形成成负负压压，，导导致致传传质质推推动动力力比比DCMDDCMD和和AGMDAGMD大大但但是是SGMDSGMD中中冷冷凝凝器器件件的的负负荷荷很很大大，，因因为为在在大大量量的的吹吹扫扫气气中中，，只只有有很很少少一一点汽化的渗透物点汽化的渗透物9/19/2024 真空膜蒸馏真空膜蒸馏（（Vacuum Membrane Distillation）） 真真空空膜膜蒸蒸馏馏（（VMDVMD）），，也也称称减减压压膜膜蒸蒸馏馏，，其其操操作作方方式式为为：：在在透透过过侧侧施施加加一一个个小小于于液液体体进进入入膜膜孔孔压压力力的的负负压压，，增增大大膜膜两两侧侧的的水水蒸蒸汽汽压压力力差差，，从从而而得得到到较较高高的的蒸蒸馏馏通通量量，，透透过过的的水水蒸蒸汽汽被被抽抽出出组组件件外冷凝。

外冷凝 VMDVMD与与其其它它膜膜蒸蒸馏馏过过程程的的最最根根本本区区别别在在于于有有真真空空系系统统提提供供增增强强驱动力9/19/2024总结总结9/19/202431Ø 19851985年年Zhang Zhang QiQi & & CusslerCussler将将膜膜分分离离技技术术与与传传统统吸吸收收技技术术相相耦耦合合，，开开发发了了一一种种新新型型气气体体吸吸收收技技术术————膜膜吸吸收技术Ø 该该技技术术既既克克服服了了传传统统吸吸收收过过程程中中操操作作条条件件的的限限制制，，又又消消除除了了膜膜分分离离过过程程中中选选择择性性和和传传质质通通量量不不可可兼兼得得的的矛矛盾盾当当采采用用中中空空纤纤维维膜膜接接触触器器时时，，其其巨巨大大的的比比表表面面积积使使得得快快速速传传质质得得以以实实现31图图12-1 膜吸收过程基本原理膜吸收过程基本原理图（对于疏水膜）图（对于疏水膜）第十三章第十三章 膜吸收膜吸收5.1.1 5.1.1 概述概述13.1 膜吸收概述膜吸收概述9/19/202432膜解吸膜解吸Ø膜法解吸是利用多孔膜或者致密膜作为支撑介质进行解吸膜法解吸是利用多孔膜或者致密膜作为支撑介质进行解吸图图12-3 膜解吸基本原理图膜解吸基本原理图 图图12-2 用于解吸的膜接触器用于解吸的膜接触器 从传质机理来看，膜解吸是膜吸收的逆过程。

5.1.1 5.1.1 概述概述9/19/2024339/19/202434疏水多孔膜气体吸收传质过程示意图疏水多孔膜气体吸收传质过程示意图 疏水多孔膜解吸传质过程示意图疏水多孔膜解吸传质过程示意图 PA：气相主体组分A的分压；PA,m：膜气相侧组分A的分压；PA,i：膜液相侧气体组分A的分压；CA,l：组分A的液相主体浓度；CR,l：不挥发组分R的液相主体浓度5.1.1 5.1.1 概述概述13.2 膜吸收原理膜吸收原理 溶质传质过程主要由三步组成：溶质传质过程主要由三步组成：（（1 1）溶质由原料相主体扩散到膜壁；）溶质由原料相主体扩散到膜壁；（（2 2）通过膜微孔扩散到膜另一侧；）通过膜微孔扩散到膜另一侧；（（3 3）由另一侧膜壁扩散到接受相主体由另一侧膜壁扩散到接受相主体9/19/202435 膜吸收技术最早膜吸收技术最早2020世纪世纪7070年代用于血液的充氧后来年代用于血液的充氧后来 Yang Yang与与 CusslerCussler把这种膜装置用作人工鳃．膜吸收技术可以用于：把这种膜装置用作人工鳃．膜吸收技术可以用于：北京化工大学传质与分离实验室1SO2、CO2等酸性气体的脱除 2废水中挥发性污染物的处理 3氨气回收 5.1.4 5.1.4 膜吸收技术的应用膜吸收技术的应用13.3 膜吸收应用领域膜吸收应用领域9/19/202436脱除脱除SOSO2 2、、COCO2 2等酸性气体的应用等酸性气体的应用 工工业业上上脱脱除除酸酸性性气气体体的的方方法法大大多多容容易易造造成成二二次次污污染染，，且且投投资资费费用用高高。

膜膜吸吸收收法法除除去去酸酸性性气气体体可可降降低低能能耗耗，，减减少少投投资资，，简简化化操操作作，，避避免免 二次污染二次污染 5.1.4 5.1.4 膜吸收技术的应用膜吸收技术的应用9/19/202437 20世纪世纪90年代国际能源署（年代国际能源署（International Energy Agency）研究认为膜吸收技术是脱除）研究认为膜吸收技术是脱除CO2等温室气体等温室气体较有前途的方法之一较有前途的方法之一5.1.4 5.1.4 膜吸收技术的应用膜吸收技术的应用非稳态膜吸收非稳态膜吸收COCO2 2实验装置图（第三相粒实验装置图（第三相粒子强化）子强化）中空纤维膜吸收中空纤维膜吸收CO2装置图装置图9/19/202438废水中挥发性污染物的处理废水中挥发性污染物的处理Ø 朱朱振振中中等等在在聚聚丙丙烯烯中中空空纤纤维维膜膜接接触触器器中中处处理理焦焦化化厂厂废废水水中中的的氨氨及及苯苯酚酚，，先先以以10%H10%H2 2SOSO4 4溶溶液液除除氨氨，，再再以以10%NaOH10%NaOH溶溶液液为为吸吸收收剂剂除除苯苯酚酚，，在在适适当当条条件件下下，，氨氨和和苯苯酚酚的的脱脱除除率率均均大大于于99.5%99.5%。

5.1.4 5.1.4 膜吸收技术的应用膜吸收技术的应用膜吸收废水处理中试实验装置膜吸收废水处理中试实验装置9/19/202439在氨气回收中的应用在氨气回收中的应用 合合成成氨氨工工业业生生产产中中的的脱脱氨氨一一般采用：般采用：Ø填填料料塔塔吸吸收收：：产产生生大大量量的的难难以以处处理理的的稀稀氨氨水水，，容容易易给给环环境境造造成成严重的氨氮污染；严重的氨氮污染；Ø蒸蒸氨氨法法：：能能耗耗高高，，且且蒸蒸余余液液里里仍仍含含有有大大量量的的稀稀氨氨水水而而同同样样会会造造成综合废水处理的困难成综合废水处理的困难 采采用用膜膜吸吸收收法法利利用用中中空空纤纤维维把把再再生生气气和和吸吸收收液液隔隔开开，， 显显示示了对氨气的良好的脱除效果了对氨气的良好的脱除效果5.1.4 5.1.4 膜吸收技术的应用膜吸收技术的应用9/19/202440 膜膜萃萃取取就就是是将将一一微微孔孔膜膜置置于于原原料料液液与与萃萃取取剂剂之之间间，，因因萃萃取取剂剂对对膜膜的的浸浸润润性性而而迅迅速速地地浸浸透透膜膜的的每每个个微微孔孔并并与与膜膜另另一一侧侧原原料料液液相相接接触触形形成成稳定界面层，微分离溶质透过界面层从原料液移到萃取剂中。

稳定界面层，微分离溶质透过界面层从原料液移到萃取剂中第十四章第十四章 膜萃取膜萃取5.2.1 5.2.1 概述概述膜萃取过程优势：膜萃取过程优势： 1 1））膜膜萃萃取取由由于于没没有有相相的的分分散散和和聚聚结结过过程程，，可可以以减减少少萃萃取取剂剂在在料料液液中中的的夹夹带带损损失失；；有有机机溶溶剂剂用用量量少少，，可可以以使使用用某某些些价价格格稍稍高高的的有有机机溶剂，同时简化了操作手续，节省了庞大的澄清设备溶剂，同时简化了操作手续，节省了庞大的澄清设备 2)2)膜膜萃萃取取时时料料液液相相和和溶溶剂剂相相各各自自在在膜膜两两侧侧流流动动，，并并不不形形成成直直接接的的液液液液两两相相流流动动在在选选择择萃萃取取剂剂时时对对其其物物性性要要求求大大大大放放宽宽，，可可使使用用一一些高浓度的高效萃取剂些高浓度的高效萃取剂14.1 膜萃取概述膜萃取概述9/19/202441 3)3)在在膜膜萃萃取取过过程程中中两两相相分分别别在在膜膜两两侧侧作作单单相相流流动动，，使使过过程程免免受受““返返混混””的影响和的影响和““液泛液泛" "条件的限制条件的限制。

4)4)膜膜萃萃取取过过程程可可以以较较好好地地发发挥挥化化工工单单元元操操作作中中的的某某些些优优势势，，提提高高过过程程的的传传质质效效率率，，如如实实现现同同级级萃萃取取反反萃萃过过程程，，采采用用萃萃合合物物载载体体促促进进迁迁移等5)5)料料液液相相与与溶溶剂剂相相在在膜膜两两侧侧同同时时存存在在，，可可以以避避免免与与其其相相似似的的支支撑撑液液膜内溶剂的流失问题膜内溶剂的流失问题5.2.1 5.2.1 概述概述9/19/202442v 基础理论基础理论 以双膜理论为基本出发点，可以建立包括膜阻在内的膜萃取传质膜型，如图13所示§ 传质膜型传质膜型假设： 1) 系统处于稳定状态； 2) 液液接触面处于平衡状态； 3) 膜的微孔被有机相(或水相)完全浸满； 4) 微孔膜视为由有一定弯曲度、等直径的均匀孔道构成； 5) 忽略微孔端面液膜的曲率对于传质的影响5.2.2 5.2.2 基础理论基础理论图图13 在有机相和水相间置疏水膜溶质浓度分布图在有机相和水相间置疏水膜溶质浓度分布图9/19/20244314.2 膜萃取的应用研究膜萃取的应用研究 随随着着膜膜萃萃取取研研究究工工作作的的进进一一步步深深入入，，膜膜萃萃取取在在各各方方面面的的应应用用日日益益受受到到人人们们的的重重视视。

19841984年年, , SirkarSirkar等等人人和和 Kim Kim 相相继继提提出出了了膜膜萃萃取取的的方方法法许许多多研研究究者者都都选选用用了了有有工工业业应应用用背背景景的的体体系系进进行行研研究究膜膜萃萃取取作作为为一一种种富富集集、、分分离离手手段段，，在在金金属属萃萃取取、、有有机机物物萃萃取取、、生生化化产产物物及及药药物物的的萃萃取取以以及及膜膜萃萃取取生生物物降降解解反反应应器器和和酶酶膜膜反反应器等方面都取得很大的进展应器等方面都取得很大的进展 膜膜萃萃取取技技术术正正由由基基础础研研究究向向实实用用化化阶阶段段发发展展，，解解决决全全部部问问题题还还相相当当遥遥远远膜膜萃萃取取数数学学膜膜型型的的建建立立并并指指导导膜膜器器件件的的设设计计，，萃萃取取剂剂的的选选择择等等问问题题还还需需要要做做很很多多的的工工作作乳乳状状液液膜膜的的研研究究相相对对比比较较成成熟熟，，在在膜膜萃萃取取的的研研究究过过程程中中, ,把把乳乳状状液液膜膜的的一一些些概概念念和和优优点点移移植到膜萃取中，可能推进膜萃取分离技术的发展植到膜萃取中，可能推进膜萃取分离技术的发展。

5.2.4 5.2.4 膜萃取的应用研究膜萃取的应用研究9/19/2024。