气液两相流对直接接触膜蒸馏传质强化和阻垢性能研究

系统研究了气液两相流对板框式膜组件内直接接触膜蒸馏过程的传质强化特性和阻垢性能,结合对流道内气泡尺寸和流动特性的观察和定量分析,讨论了不同进料温度、进料浓度、进气流量和进料流量条件下鼓泡对膜蒸馏的传质强化效果.研究结果表明:在相同鼓泡强度下,低进料温度和高进料浓度的系统由于温差极化和浓差极化更严重,鼓泡对传质的强化效果更显著;随着进气流量的增加,气泡尺寸增大,气泡的上升速度随气泡尺寸先增大后减小,对膜通量的提高比也先增加后减小.50~100 mm^(2)的气泡具有最快的上升速度,对膜面边界层扰动最强,传质强化效果最好;大于100 mm^(2)的气泡由于体积过大,受到来自隔网、壁面的阻力也会更大,导致气泡的上升速率减小,且过大的气泡尺寸使料液与膜壁接触面积减小,导致有效传质面积减小,强化效果减弱.随着进料流量提高,隔网对气泡的剪切作用增强,气泡变小,最佳进气流量增大.研究结果也表明鼓泡能提升高盐溶液浓缩过程的水通量,推迟晶体在膜面沉积发生的时间,显著减缓结垢层的增长速度.研究结果将为气液两相流对膜分离过程的传质强化研究提供重要参考.

基于直接接触膜蒸馏脱盐过程传质传热的综合实验设计

基于直接接触膜蒸馏过程中膜组件发生的传质传热过程和机理,设计了一个适用于化工或高分子材料工程专业本科生的综合实验。采用小型直接接触膜蒸馏实验装置,通过建立稳态下的传质传热数学模型,计算得到在不同料液及渗透液进料温度及流速条件下,膜通量J及料液侧和渗透侧膜表面温度(T_(fm),T_(pm)),并与实验得到膜通量J对比。通过该实验的学习,可使学生深入理解膜蒸馏过程中温差极化、浓差极化的概念,掌握克努森扩散、分子扩散、黏性流等传质公式及适用条件;体会边界层传热系数、膜传质系数对膜通量的作用,进而能通过分析得出提高膜通量的措施。该实验将科研与教学进行了较好的结合,能锻炼学生综合运用知识解决实际问题的能力,培养科学研究的思维和方法。

接触膜脱氨法处理离子型稀土矿山氨氮废水的工程实践

采用接触膜脱氨法处理某离子型稀土矿原地浸矿开采方式所产生的氨氮废水,详细介绍了该方法的原理、工艺、特点及主要设备参数。采用接触膜脱氨法处理某离子型稀土矿山实际生产废水,出水氨氮浓度在15mg/L以下,氨氮脱除率稳定在98%以上,实现了氨氮废水达标排放。该方法具有脱除效率高,操作简单方便,占地面积小,运行稳定,可流动作业的优点。

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。

氨碱法制碱中基于直接接触膜蒸馏原理的膜吸收氨回用技术

氨碱法制碱中,为回收氨,氨冷却塔产生的冷凝氨液需经二次蒸氨工序,因此过程能耗高;循环回用的高含水率氨,降低了氨化工序中精盐水的浓度,最终限制了钠利用率的提高.本文采用精盐水作为吸收液,研究基于直接接触膜蒸馏原理的膜吸收氨回用技术.将模拟冷凝氨液中的氨转移到精盐水中而被吸收,同时抑制与氨传质同向的水传质过程,从而降低回用氨的含水率,节省水的汽化相变热.实验研究了膜吸收组件用聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维疏水膜丝内径ri和组件装填密度δ、吸收液与原料液进入膜组件时的温度差ΔT对膜吸收氨回用过程性能的影响.当ri为0.80mm,δ为16.8%,ΔT为9℃时,氨通量为1.17kg/(m^2·h),水通量仅为0.04kg/(m^2·h),表明该技术具有可行性.

直接接触膜蒸馏过程的模拟和实验研究

建立了直接接触式膜蒸馏(DCMD)的传递模型,对膜蒸馏过程中膜通量和热效率等影响因素进行了详细研究.实验探索了膜蒸馏热侧进口温度、冷侧和热侧流量对过程的影响,为膜通量和热效率优化提供依据.结果表明,热侧进口温度升高、热侧和冷侧流量增加均有助于膜通量增加;热侧进口温度升高、热侧流量增加和冷侧流量减小均有利于提高热效率.膜通量取决于传质推动力,即蒸汽压差;热效率取决于平均膜面温度,凡是有利于膜面温度提高的操作条件都会增大热效率.

PVDF膜接触器在电厂含氨废水处理中的应用研究

燃煤电厂含氨废水具有水量大、氨氮浓度高、水质波动大的特点,常规脱氨工艺处理困难.本文采用PVDF膜接触器处理燃煤电厂高浓含氨废水,考察了膜接触器类型、水侧流量、气侧真空度、气液接触面积、进水水质等因素对脱氮效率的影响.结果表明,基于PVDF膜接触器的气液分离工艺,能够将高浓含氨废水中的氨氮浓度由1 250 mg/L降至300 mg/L以下;外压式和内压式膜接触器都有理想的应用效果;提高膜接触器水侧流量、气侧真空度能够有效提高NH3传质效率;增大传质膜面积能够显著提升循环液氨氮脱除率.提出了分离NH3在燃煤电厂的多种资源化回用途径,为膜接触器的工程化应用提供参考.

基于中空纤维膜接触器的氨水吸收CO_(2)的膜润湿性能模拟研究

膜接触器吸收(膜吸收)技术结合了膜分离与气体吸收的优点,在碳捕集技术中应用潜力巨大,但膜润湿是制约其发展和应用的主要障碍之一。着重研究了基于中空纤维膜接触器的氨水吸收CO_(2)过程中的膜润湿问题。本工作通过引入润湿分数的概念,利用COMSOL建立了润湿状态的二维稳态非润湿膜吸收模型,考察了不同操作参数下膜润湿对CO_(2)吸收性能的影响。结果显示膜润湿对传质性能具有显著的影响,完全润湿条件下的CO_(2)脱除效率和传质速率相比非润湿条件分别下降了38.5%和32.5%;气相参数的变化对非润湿状态的影响更大,而液相参数则对润湿状态的影响更明显。

应用于高浓度氨氮废水处理及资源化利用绿色高效的膜接触器技术

随着国家和社会环保意识的提高,废水处理越来越受到重视。氨氮作为水体的一个重要污染指标,出现了各种处理工艺。本文会引入一种新型的采用舒万诺Liqui-Cel膜接触器处理并回收氨氮的新工艺,叫做跨膜化学吸收法(TransMembrane ChemiSorption,以下简称“TMCS工艺”)。本论文引入TMCS工艺处理氨氮废水的原理,会以一个具体的案例详细的介绍TMCS系统的选型、设计、工艺实施等。目前采用Liqui-Cel膜接触器TMCS工艺处理氨氮废水已经广泛应用于微电子行业、电厂、市政等各个领域,实现了氨氮的高效回收利用,节能减排等环保要求。

PTFE膜接触吸收船舶烟气CO_(2)影响因素的研究

为减少航运业二氧化碳的排放,选择海水作为吸收剂,以脱碳率为评价指标,探究了海水温度、海水流量、CO_(2)混合气体流量、CO_(2)浓度、海水pH值对PTFE膜接触器吸收CO_(2)的影响。结果表明:海水温度和pH值影响CO_(2)的溶解度及中和反应,18℃、pH=8时脱碳率最高,分别为64.83%、87.67%;CO_(2)的浓度影响气液两相CO_(2)浓度差,20%时脱碳率最高(67.81%);海水流量影响气液接触面的吸收剂更新速度,200 L/h时脱碳率最佳;CO_(2)混合气体流量影响混合气体在膜接触反应器内的停留时间,0.10 m^(3)/h时脱碳率最佳;根据实验结果优化了PTFE膜接触吸收CO_(2)的条件。

过氧化物酶体的稳态维持机制与膜接触位点

过氧化物酶体是保守存在于真核生物中的一种细胞器,参与多种生化代谢过程,包括脂肪酸β氧化反应、活性氧的产生和降解等。过氧化物酶体在生物发生和应对环境胁迫过程中,通过数量和时空分布的规律性动态变化,实现质量控制,以维持其生化代谢的稳态,从而保持机体的正常生命活动。同时,作为真核细胞的代谢枢纽,过氧化物酶体功能的正常发挥与稳态维持需要与其他细胞器相互协作。过氧化物酶体膜接触位点在过氧化物酶体与各细胞器相互连接和交流中发挥着重要作用。近年来,过氧化物酶体稳态维持机制和膜接触位点的组成和功能成为国内外相关研究的热点,本文对相关研究的进展进行了综述。

膜接触-吸收法去除市政污水厂恶臭气体研究

以PTFE中空纤维膜为膜接触器,采用碱性吸收液,开展膜接触吸收法对恶臭气体的去除研究。结果表明:气体流量增加,恶臭气体去除率降低,总传质效率增加;液体流量增加,恶臭气体去除率和总传质效率均增加;当气体流量为1 L·min^(-1),液体流量为0.6 L·min^(-1)时,对气体的综合处理效果最佳。在长时间运行过程中稳定性较好,H_(2)S、NH_(3)、VOC和臭气浓度平均去除率分别为96.99%、42.91%、55.24%和82.04%;H_(2)S的平均传质效率为33.41×10^(-5)m·s^(-1)。相较于传统化学吸收法,该法对气体处理效率高,单位时间处理气量大,膜组件可模块化,能够满足更高的标准要求,且经济性和安全性较好,预期具有广阔的发展应用前景。

面向烟气脱硫过程的膜接触器应用研究进展

工业化石燃料的广泛使用造成大量的含硫烟气排放,为了满足环境保护要求必须对烟气进行脱硫处理.膜吸收技术具有脱硫率高、传质效果好的特点,在烟气脱硫领域具有广泛的应用前景.本文以膜材料与膜接触器设计为主线,重点综述了膜接触器在烟气脱硫中的应用情况,分析不同吸收剂对膜吸收过程的影响;总结了无机膜、有机膜、混合基质膜在膜吸收脱硫方面的研究进展;汇总了膜接触器设计方法,以吸收过程阻力串联模型为基础建立相应膜材料与吸收过程的传质模型,利用模型对膜材料、膜组件、操作条件等进行优化.以期对烟气脱硫膜材料和膜接触器设计开发具有一定的参考价值.

PVDF/SiC疏/亲水Janus复合膜的制备及其膜蒸馏处理酸性废水性能

着眼于采用直接接触式膜蒸馏(DCMD)技术对酸性废水进行处理和资源再利用,针对传统蒸馏膜机械稳定性不高、通量低等问题,使用刮涂法和非溶剂致相分离(NIPS)法在亲水碳化硅(SiC)微滤膜表面构建疏水聚偏氟乙烯(PVDF)多孔薄层,制备得到具有不对称润湿性的PVDF/SiC疏/亲水双层Janus复合膜,用于DCMD性能研究.使用N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂,水-乙醇体系为非溶剂凝固浴,探究了制膜过程中PVDF铸膜液浓度、凝固浴成分、凝固浴温度等因素对PVDF层表面形貌和浸润性的影响,研究了复合膜在DCMD浓缩稀硫酸和处理模拟酸性矿山废水中的性能.结果表明,铸膜液中质量分数10%PVDF和纯乙醇凝固浴为最佳制膜条件,所得复合膜水接触角达140°,分离层孔隙率为45%,平均孔径为0.6μm,并且PVDF层与SiC基体结合力强.复合膜在DCMD浓缩质量分数10%(107 g/L)稀硫酸溶液和处理模拟酸性矿山废水实验中水的膜通量均达10 L/(m^(2)·h)以上,对非水组分截留率近100%,并具有长期运行稳定性,表现出DCMD处理酸性废水的应用潜力.

聚偏氟乙烯双疏膜的制备及其膜蒸馏性能

膜蒸馏处理含表面活性剂等复杂料液时,常规疏水膜存在易被润湿和污染的问题.目前,多层嵌入型表面结构的双疏膜受到广泛关注.本研究提出了一种新的无多层嵌入表面的聚偏氟乙烯(PVDF)双疏膜.首先,采用复合相转化法制备了PVDF和聚苯乙烯-马来酸酐(SMA)共混基膜,再经低表面能的全氟癸基三乙氧基硅烷(17-FAS)改性制备出双疏膜.该膜上、下表面对水和乙二醇接触角分别为135.9°、147.3°和112.2°、123.5°.在含表面活性剂和有机污染物的盐水料液中表现出高于0.4 MPa的优异液体穿透压力(LEP)。采用直接接触式膜蒸馏处理含盐含表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)及有机污染物黄腐酸(FA)或腐殖酸(HA)的复杂料液,结果表明,PVDF双疏膜的水通量达36kg/(m^(2)·h),盐截留率达99.9%,表现出优异的抗润湿和耐污染性能.

中空纤维膜接触器捕集燃煤电厂烟气中CO_(2)研究进展

以燃煤发电为主的基础能源电力行业是煤消耗大户和大型的CO_(2)固定排放源,通过捕集系统减少燃煤电厂CO_(2)排放是实现我国碳达峰和碳中和减排目标的重要途径之一。膜气吸收分离CO_(2)工艺同时具备了化学吸收法的高选择性和膜分离工艺结构紧凑的特点,是一种有望代替传统燃煤电厂烟气低浓度CO_(2)的分离方法。概述了膜气吸收法分离CO_(2)的主要工作原理,重点从吸收剂选择、膜材料分类、膜-溶剂交互作用机理和系统长周期运行稳定性4个方面介绍中空纤维膜接触器分离燃煤电厂烟气中CO_(2)的研究进展,最后对中空纤维膜接触器分离烟气CO_(2)工艺的发展趋势和应用挑战进行了展望。

厌氧膜生物反应器出水溶解甲烷回收研究进展

厌氧膜生物反应器(AnMBR)是一种能耗低、处理效率高的污水处理技术.然而,受温度、污泥龄、水力停留时间等工艺参数的影响,生成的甲烷大量溶解在出水中形成过饱和溶液,并随出水排放至环境中,造成了能源物质损失和温室气体排放.若将溶解甲烷有效回收,其可作为补充能源或脱氮碳源原位利用,具有重要的应用价值.为了实现AnMBR出水溶解甲烷有效回收或再利用,本文阐述了目前3种主流回收溶解甲烷技术(膜回收技术、反硝化厌氧甲烷氧化技术、微生物燃料电池)的原理、回收效能和局限性.在此基础上,评估了AnMBR处理污水全过程的碳足迹,并针对AnMBR出水溶解甲烷回收的未来研究进行了展望.本研究可为双碳背景下AnMBR技术实现能量盈余和资源回收提供理论依据和技术参考.

食品接触用复合膜袋氧气透过率测量不确定度评定

按照GB/T 1038.1—2022中的压力传感器法测量食品接触用复合膜袋的氧气透过率,并分析测量不确定度的来源,对测量不确定度进行评定。结果表明,该方法的扩展不确定度为0.9900 cm^(3)/(m^(2)·0.1 MPa·d),包含因子k=2,置信水平约为95%。

生物膜接触氧化法处理苯胺废水

以AN3菌和硝化类细菌构成的复合生物膜降解苯胺 ,研究挂膜过程中苯胺代谢产物的变化情况、生物膜内异养菌与硝化类细菌生态分布情况 ,以及水质条件对苯胺代谢速率的影响 .结果表明 ,挂膜期间苯胺中的氮首先被降解成氨 ,然后进一步生成亚硝酸根或硝酸根 .反应器内的稳定生物膜主要由AN3菌构成 ,但靠近出水位置生物膜中的硝化类细菌密度较进水位置高 10 0倍以上 .生物膜代谢的最佳pH值范围是 6 9— 7 5 .重金属离子 ,尤其是Hg2 + 。

膜孔径分布对直接接触式膜蒸馏传质速率的影响

膜蒸馏用膜是一种孔径不均一的多孔介质。文中考察孔径分布的存在对直接接触式膜蒸馏跨膜传质速率的影响。按“熵最大”原则导出了膜孔面积的取值服从指数分布规律,其不对称性可能导致按平均孔径预测的传质速率与考虑孔径分布时预测的传质速率有差异,后者应该更接近于真实情况。模拟计算结果表明,按这两种方法预测的传质速率确实存在不容忽视的差别。两种聚四氟乙烯(PTFE)平面膜的直接接触式膜蒸馏实验结果表明,考虑孔径分布的传质速率预测值更接近于实测值。因此,考虑孔径分布的质量传递模型能更准确地描述直接接触式膜蒸馏的跨膜传质过程。