直接接触式与气隙式膜蒸馏的比较研究

采用模拟计算和实验的方法对直接接触式膜蒸馏 (DCMD)和气隙式膜蒸馏 (AGMD)过程进行了比较研究。模拟计算及实验结果表明 ,AGMD中的气隙构成了过程的主要阻力 ,使得跨膜温差远小于膜两侧流体主体温差 ,这是两种膜蒸馏方式行为差别的主要原因所在。与AGMD相比 ,DCMD不仅膜通量水平高 ,而且膜通量对操作条件反应灵敏 ,易于实施过程的强化。而DCMD的热效率与AGMD相比差距并不太大。

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。

直接接触式膜蒸馏工艺处理高浓度氨氮废水的影响研究

采用直接接触式膜蒸馏工艺处理高浓度氨氮废水,以硫酸溶液为吸收液,考察了吸收液浓度对膜蒸馏过程中氨氮的传质和分离性能的影响。结果表明,以硫酸为吸收液对高浓度氨氮废水的处理有很好的效果,吸收液浓度的增加对氨氮的传质过程和去除没有明显的促进效果,但可极大地促进水的传质,从而导致分离系数下降,易造成疏水膜的润湿。

热泵—两效直接接触式膜蒸馏装置及其性能研究

研制了热泵—两效直接接触式膜蒸馏试验装置,对其性能进行了较系统的试验研究。结果表明,装置可在常压下实现料液的低温浓缩,且通过调节辅冷器等部件,实现装置在设定工况下稳定运行;膜组件的膜通量和热效率随料液温度的升高而大幅提高,装置的造水比受膜组件热效率和热泵制热系数的共同影响,在66℃时,可达1.58。

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.

质子交换膜燃料电池/直接接触式膜蒸馏分布式联产系统性能

为提高能源利用率和实现能源的梯级利用,该研究提出了一种基于质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC)/直接接触式膜蒸馏(Direct Contact Membrane Distillation, DCMD)的分布式联供系统,利用DCMD回收PEMFC发电时产生的余热,可对外界提供可饮用淡水。建立了联供系统的数学模型,研究了其在设计和非设计工况下的热力性能,采用NSGA-Ⅱ多目标优化算法对系统进行了多目标最优化研究。研究结果表明,在设计工况下,PEMFC输出功率、DCMD膜通量、联供系统的能源效率和?效率分别为19.26k W、15.340 5kg/(m^(2)·h)、57.77%和52.68%,在研究的参数范围内,电流密度、氢气与氧气过量系数、换热器3夹点温度以及渗透液质量流量对联供系统性能影响显著,并通过TOPSIS法确定了该系统在不同权重下各目标的最佳运行工况。研究结果可为发展基于PEMFC和DCMD的分布式联供系统提供参考依据。

热泵-两效直接接触式膜蒸馏装置的研制及性能测试

热泵-两效直接接触式膜蒸馏装置具有结构简单、可在常压下实现料液的低温浓缩、能耗低等特点,在对膜蒸馏技术进行简要介绍的基础上,分析了该集成装置的构成、工作原理和工况参数,并给出了该装置的典型实测数据,即当料液进一效膜组件温度在53~73℃变化时,装置的造水比为0.98~1.56,热泵制热系数为3.0~3.5,膜组件的平均热效率为20.8%~49.6%,膜组件的平均膜通量为1.13~2.54 kg/(m^2·h),表明装置造水比和热泵制热系数均较好,对膜组件的热效率和膜通量偏低,则需要进一步对膜组件的材料和结构进行改进优化。

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/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.

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。

聚偏氟乙烯中空纤维膜蒸馏性能研究

采用疏水性聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维微孔膜,以3.5%的NaCl水溶液为测试液,进行直接接触膜蒸馏(DCMD)脱盐过程研究。考察了盐水温度、流速、PVDF膜的壁厚、内径、组件长度及封装分率等因素对DCMD过程性能的影响。结果表明:盐水温度、流速提高都有利于提高DCMD过程的通量;随中空纤维膜壁厚增加,通量逐渐降低;内径从0.5mm增加到1.0mm,通量略有提高,且壁厚较薄的膜,内径变化对通量的影响较明显;膜组件长度、装填分率增加,产水通量降低但组件产水总量提高。截留率受操作条件、膜和组件结构的影响较小,基本保持在99.99%,产水电导率<4μS/cm。

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。