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。

超声场强化直接接触式膜蒸馏研究

为了解决膜蒸馏分离过程中聚四氟乙烯(PTFE)膜通量低的问题,构建了超声场强化膜蒸馏反应器,并对膜分离工艺进行了研究。结果表明,当原水流经中空纤维膜壳程时,诸如空化、声冲流等超声效应能有效增大传质驱动力、减缓含量极化现象并提高膜蒸馏通量,其传质过程得到强化,实验范围内的PTFE膜通量可提高30%以上;原水流经中空纤维膜管程时,由于冷侧声能量高过热侧,故造成传质推动力下降,进而导致膜通量有一定程度的下降,相对通量降低了3.2%。低频高功率超声场、低温与低流速浓盐水比较有利于提高超声场强化传质效果。

直接接触式膜蒸馏的膜渗透性能

采用直接接触式膜蒸馏测定了材料和特性参数不同的 5种微孔疏水膜的渗透通量。通过对实验数据的拟合得到了每种膜的渗透系数与膜厚之比A/δ ,并计算了每种膜的过程热效率。根据计算结果确定出了一种渗透性能和热效率均为最佳的膜。A/δ随平均膜温的变化关系表明 。

直接接触式膜蒸馏不同操作温度下的能耗分析研究

膜蒸馏(MD)过程伴随相变,能量利用效率是决定其是否具有竞争力的重要因素。考察了直接接触式膜蒸馏(DCMD)法海水淡化过程中操作温度对跨膜通量和()效率的影响,计算和分析了不同操作温度下的系统()损失和()效率。结果表明,膜透过侧冷却至常温以下时,冷却部分的()损失较大,占总能耗的35%以上;料液侧温度在50℃以下时膜组件的()损失占总()损失的50%以上,升高至55℃以上时则加热部分()损失比例升高至50%以上。合适的膜蒸馏操作温度可提高系统的()效率,透过侧温度为环境温度(25℃)、膜两侧温差为33.5℃左右时,可获得相对较高的系统总()效率、膜组件()效率和膜通量,膜组件()效率可达50%以上,系统总()效率为0.5%以上。提高膜组件以外其它部分的()效率是提高系统总()效率的关键。

直接接触式膜蒸馏过程的膜曝气强化

针对直接接触式膜蒸馏(direct contact membrane distillation,DCMD)过程存在的膜通量小及膜污染问题,设计了一种新型结构的膜蒸馏组件。以蔗糖溶液为处理液,考察了膜组件装填密度Φ、膜曝气量q、蔗糖浓度c与温度T0对DCMD过程的影响。结果表明:随着Φ、q的增加,DCMD过程的膜通量先增大,后逐渐降低,Φ、q均存在最优值;随着c的增加,膜通量逐渐降低;随着T0的增加,膜通量增大;对c为30%(mass)的蔗糖溶液进行DCMD法处理330 min时,膜曝气可使DCMD的初始膜通量Jinitial提升24.7%、膜通量衰减率ΔJ降低55.0%,维持高膜通量的连续运行时间t0延长4倍。主要原因是膜曝气强化了DCMD过程的传热传质,进而强化过程的分离性能;有效控制了DCMD过程的浓差极化,进而延缓过程的膜污染进程。研究结果有利于推进DCMD的工程化应用。

直接接触式膜蒸馏用于处理含盐溶液的实验研究

采用聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜作为膜材料,利用直接接触式膜蒸馏法处理质量分数分别为5%、15%和25%的NaCl溶液;使用正交实验方法对操作条件进行优化设计,研究表明当料液侧入口温度T1为80℃,渗透液侧入口温度T3为20℃,流量100 L/h时膜通量最大,可达12.599 kg/(m2·h);当料液侧入口温度T1为80℃,渗透液侧入口温度T3为35℃,流量Q为40L/h时造水比最高,可达13.775,截留率均可达到99.9%以上;单因素实验结果表明膜通量随着T1和Q的增大而增加,随着T3的升高而降低;造水比随着T1、T3的升高而增加,随着Q的增加而降低。研究表明膜蒸馏技术处理含盐溶液具有很好的应用前景。

直接接触式膜蒸馏技术处理模拟放射性废液

采用聚丙烯中空纤维膜开展直接接触式膜蒸馏(DCMD)过程处理模拟放射性废液的研究,主要考察了料液温度、冷却水温度、料液流速以及冷却水流速的变化对膜通量和目标元素(Sr(Ⅱ)、Co(Ⅱ)和Cs(Ⅰ))截留效果的影响,并探讨了DCMD过程的传质传热机理。考察的四个运行参数中,料液温度的变化对膜通量的影响最大,料液温度由40℃增加至80℃,膜通量由2.7L/(m^2·h)增加至29.2L/(m^2·h)。此DCMD过程中,水蒸气在膜孔内的传质机理以努森-分子扩散为主,传质阻力主要来自于膜本身。在考察的料液温度(40~80℃)、冷却水温度(10~30℃)、料液流速(425~1450mL/min)和冷却水流速(75~600mL/min)范围内,DCMD过程对Sr(Ⅱ)、Co(Ⅱ)和Cs(Ⅰ)的去污因子(DF)均保持在105以上。结果表明:DCMD过程对模拟放射性废液具有良好的处理效果,可作为一种新的放射性废液处理技术。

直接接触式膜蒸馏处理假发废水的研究

针对假发废水处理中存在的问题,设计了膜蒸馏处理工艺.研究了进料液温度、流量、pH、表面活性剂浓度及操作时间对直接接触式膜蒸馏(Direct contact membrane distillation,DCMD)渗透通量和截留率的影响,同时对被污染膜进行了表征和清洗.结果表明,在进料温度为60.0℃,进料流速为120 L·h^(-1),冷却水流量为60 L·h^(-1),进料液pH为1.48的条件下运行100 h后,渗透通量约为66.0 kg·m^(-2)·h^(-1),并保持99.25%以上的截留率,产水pH为6.82,化学需氧量(Chemical oxygen demand,COD)和总溶解固体量(Total dissolved solids,TDS)未检出,产水满足排放标准.采用直接接触式膜蒸馏处理假发废水具有可行性.

直接接触式膜蒸馏脱盐过程的建模及多指标优化

为了在较低能耗下获得较高的产水率,采用响应曲面法和满意度函数法对直接接触式膜蒸馏脱盐过程进行了建模和多指标优化,考察指标为产水率和热效率,考察因素包括操作参数料液入口温度、透过侧入口温度、膜面流速和组件参数装填系数、长径比等。通过方差分析对预测模型进行了验证。研究分析了各参数对指标的交互作用,发现各参数对考察指标影响显著。利用满意度函数法对膜蒸馏过程进行了多指标优化,获得最优条件为料液入口温度70℃、透过侧入口温度40℃、膜面流速60m/min、装填系数50%和长径比20。在最优条件下进行实验,获得的产水率为1.697kg·h-1,热效率为88.2%。研究结果可为膜蒸馏过程的优化以及放大设计提供参考。

直接接触式膜蒸馏工艺处理高浓度氨氮模拟废水中操作条件的影响

采用直接接触式膜蒸馏处理高浓度氨氮模拟废水。实验对初始pH值、原料液流量和渗透液流量等3项操作条件进行了比较研究。结果表明,提高原料液的初始pH值可以大幅度地提高氨氮的去除效率、传质系数和分离效率,当初始pH达到12时,30 min内氨氮去除率可达到98%以上;提高料液流量可以得到同样的规律,当初始pH值为11,料液流量由400 L/h提高至800 L/h时,氨氮去除率由79.8%提高至88%;但渗透液流量的提高对处理效果的影响并不明显。

直接接触式膜蒸馏活化能的研究

利用聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯(PP)3种疏水性平板膜,各取3种孔径,进行直接接触式膜蒸馏(DCMD)纯水实验,考察了进料流量、膜结构、膜材料等因素对DCMD表观活化能和指前因子的影响。实验结果表明:随着进料流量的增加,表观活化能和指前因子降低。综合考虑膜材料、膜孔结构等因素的影响,较大孔径的PTFE膜具有最好的膜蒸馏性能。

PTFE中空纤维膜直接接触式膜蒸馏过程抗污染性能

通过研究不同原水对直接接触式膜蒸馏过程的影响,考察了聚四氟乙烯膜对无机盐、胶体和有机物的抗污染性能。研究表明,在35 g/L氯化钠溶液的4倍浓缩过程中,PTFE膜的相对通量降低至0.72;与碳酸钙饱和溶液的浓缩过程相比,由于溶解度的差异,硫酸钙饱和溶液浓缩过程中晶体析出量更多,通量衰减也更为严重;浓缩硅溶胶时,二氧化硅单体聚合并吸附于膜面从而引起膜通量的衰减,随着浓缩的进行,料液p H值不断上升,使得胶体体系愈加稳定,浓缩到2.6倍后相对通量没有随着浓缩倍数的增加出现明显下降,维持在0.73左右;腐殖酸在水中表现出的亲水性和电负性使其难以在具有较强疏水性的聚四氟乙烯膜表面上形成滤饼层,浓缩过程中相对通量始终保持在0.9以上。

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.

亲/疏水Janus PVDF复合膜制备及其膜蒸馏性能

为改善聚偏氟乙烯(PVDF)膜的膜蒸馏渗透通量,以PVDF为成膜聚合物,在亲水无纺布表面涂覆PVDF铸膜液,通过溶液相转化(NIPS)法制得亲/疏水Janus PVDF复合膜;考察PVDF铸膜液中添加剂邻苯二甲酸二辛酯(DOP)含量对复合膜结构与性能的影响;将所得亲/疏水复合膜用于直接接触式膜蒸馏(DCMD)过程,分析复合膜中亲水层对DCMD过程的影响。结果表明:随着铸膜液中DOP含量的增加,促进了PVDF铸膜液的相分离过程,使得膜孔隙率和膜孔径尺寸逐渐增加,而膜的液体渗透压(LEP)和断裂强度逐渐降低;复合膜中的亲水层可有效促进DCMD过程中水蒸汽的传质和冷凝过程,进而提高膜蒸馏通量,Janus PVDF复合膜的通量相较于PVDF膜提高了28.39%,提高冷侧渗透液流速和降低渗透液温度均可有效提高DCMD的渗透通量,而保持脱盐率在99%以上。

PTFE平板膜用于不同膜蒸馏过程淡化盐水的实验研究

为了提高膜蒸馏的通量、热效率,并加快膜蒸馏产业化进程,采用聚四氟乙烯(PTFE)平板疏水多孔膜开展膜蒸馏淡化盐水的实验研究,着重考察直接接触式膜蒸馏(DCMD)、真空膜蒸馏(VMD)、吹扫式膜蒸馏(SGMD)过程中热侧料液进口温度、热侧料液流速、冷侧料液流速、进料液浓度、真空度对膜蒸馏性能的影响。实验结果表明,膜通量随着热侧料液进口温度、热侧料液流速和真空度的增加而增加,其中,热侧料液进口温度对膜通量影响最大,热侧料液进口流速对膜蒸馏影响很小,而DCMD中冷侧料液流速对膜通量基本没有影响。在本实验研究范围内,料液浓度对膜通量和截留率的影响很小。在VMD过程中获得的膜通量的最大值为35 kg/(m^2·h),其对应的操作条件分别为热侧料液进口温度为80℃,流速为130 L/h,真空度0.07 MPa,进料液浓度6%。整个实验过程中截留率都在98%以上。

PVA-PAA/PTFE复合膜的制备及其在膜蒸馏中浓缩垃圾渗滤液的性能

膜蒸馏(MD)技术由于受浓差极化影响小,有望在浓盐水的深度浓缩中发挥作用,但在实际运行过程中会面临膜污染和润湿的问题.本研究采用旋涂法在商用疏水性聚四氟乙烯(PTFE)膜上涂覆一层亲水性皮层,制备了一种Janus复合膜.该皮层由聚乙烯醇(PVA)和聚丙烯酸(PAA)通过高温脱水缩合而成,在热水中性质稳定,具有较强的耐污染能力.Janus复合膜具有不对称的润湿性,PTFE膜表面呈疏水性,空气中水接触角为144.3°;涂层在空气中亲水,水接触角为59.1°,水下憎油.采用Janus复合膜,以含500 mg/L腐殖酸(HA)、14.7 mmol/L硫酸钙(CaSO_(4))以及各自添加氯化钠(NaCl)的溶液作为进料液,进行直接接触式膜蒸馏(DCMD)测试.浓缩不含NaCl的HA溶液以及含有NaCl的HA溶液时,两种膜的通量相差不多,复合膜通量分别为16.2 kg/(m^(2)·h)和15.5 kg/(m^(2)·h).浓缩1.9倍CaSO_4溶液时,PTFE膜的通量为14.9 kg/(m^(2)·h),复合膜通量为20.8 kg/(m^(2)·h),表现出一定的耐CaSO_(4)结垢性能.研究复合膜的有机污染和无机结垢过程.将Janus复合膜用于浓缩实际垃圾渗滤液3倍时,复合膜通量在17.6 kg/(m^(2)·h),较PTFE基膜更加稳定;冷凝液电导率低于3μS/cm,表明制得的Janus复合膜在处理垃圾渗滤液方面具有一定的应用潜力.

膜蒸馏脱盐用超疏水复合膜的研制

通过溶胶凝胶法和表面涂覆法,先后在PVDF中空纤维膜表面引入亲水SiO_(2)纳米粒子和低表面能PDMS涂层,构建具有高粗糙度、低表面能的超疏水复合膜,并探究SiO_(2)粒径、SiO_(2)溶液涂覆时间、PDMS涂覆时间等条件对复合膜性能的影响。SiO_(2)/PVDF复合膜接触角只有25.8°,而PDMS/SiO_(2)/PVDF复合膜接触角则达到162.3°,膜蒸馏通量约24.5 kg/(m^(2)·h);在60 h质量分数3.5%氯化钠盐溶液膜蒸馏测试中性能稳定,截留率始终保持在99.8%以上.

一步法制备Janus中空纤维膜及其膜蒸馏性能研究

利用亲水改性材料与聚偏氟乙烯共混配制铸膜液,通过正丙醇水两次凝胶调控相转化过程,促进亲水性聚合物向中空纤维内表面偏析,从而改变了膜两侧亲疏水性结构,制备出具有非对称浸润性的Janus中空纤维膜,考察亲水性聚合物添加量等因素对膜性能的影响.所制备的Janus中空纤维膜外侧水接触角超过135°,内侧水接触角约为55°.在原料液温度60℃、渗透液温度10℃情况下,直接接触式膜蒸馏(DCMD)过程渗透通量约为35kg/(m^(2)·h).200 min连续实验中盐截留率始终保持在98%以上.

热致相分离法制备球状结构超高分子质量聚乙烯膜

使用不同分子质量的UHMWPE原料和十氢萘,利用热致相分离(TIPS)法制备UHMWPE膜,得到新型“球状”结构形貌,并通过差示扫描量热仪(DSC)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和孔径分析仪等表征了UHMWPE膜的基本性能,并探索了其应用领域。

以核孔膜为基底疏/亲水复合膜的制备及其DCMD性能研究

创新性地将核孔膜作为基膜,使用聚偏氟乙烯(PVDF)为膜材料,N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂,采用非溶剂致相分离法制备了PVDF/PET核孔膜复合疏水/亲水膜,并对复合膜的微观结构、机械性能、亲疏水性、孔隙结构进行深入表征,研究了添加剂含量和核孔膜孔径对膜微观形态和性能的影响.结果表明,提高LiCl添加剂含量使得铸膜液的黏度增大,膜指状孔结构变小且海绵状结构变紧密,PVDF/PET核孔复合膜的平均剥离力从4.48 N下降为1.19 N,孔径从0.132 7μm减少到0.080 4μm,孔隙率从44.65%减少至37.60%;核孔膜孔径增大导致复合膜的机械强度下降.直接接触式膜蒸馏(DCMD)分离性能测试表明,PVDF/PET核孔复合膜通量比相同厚度单层PVDF疏水膜通量提升约30%;可稳定运行超过39 h.