【膜蒸馏】
拼译：membrane distillation
是一种新型的用于处理水溶液的膜分离过程。膜蒸馏中所使用的膜是不被待处理水溶液润湿的多微孔膜，一般为聚四氟乙烯膜、聚偏氟乙烯膜或聚丙烯膜等。微孔孔径0．1～1μm较为适宜，孔隙率一般在50%以上。膜的一侧和热的待处理水溶液直接接触称为热侧，另一侧直接或间接地与冷却水相接触称为冷侧。热侧水溶液中的水在膜表面汽化后以气体状态通过膜孔传递到冷侧。该膜过程的直接推动力是膜面两侧水或水溶液的蒸汽压差，膜孔内的传质过程是分子扩散和努森扩散综合作用的结果。
膜蒸馏过程的水通量定义为单位时间内、单位膜面积上水的传质量，习惯上用“kg／m2·h”来表示，是衡量过程快慢的重要参数。排除膜参数(孔径、孔隙率、膜厚等)的影响，水通量主要和温度有关。多数场合下冷却水为室温，此时热侧温度60℃以上时水通量可达十几至几十kg／m2·h；40～50℃时水通量有几kg／m2·h；即使只有几度的温度差，也有水发生传递。在膜孔孔径小，不发生液体渗入膜孔而发生“短路”的情况下，对热液中不挥发性组分有极高的截留率。常压和接近常温下进行水溶液的操作处理，是膜蒸馏过程的突出特点，也是它的优点。因此，该过程可应用于海水的脱盐淡化、超纯水制备及水溶液的浓缩、结晶和净化等领域。1967年美国芬德雷(Findley)和比利时亨德利克斯(Henderyckx)分别提出了膜蒸馏概念，并进行了实验研究。当时的设想是用于海水淡化。芬德雷所用的膜是纸制多孔膜或玻璃纤维多孔膜等不被水润湿的膜。1980年，威尔伯特·李(G．Wilbert Lee)报导了用聚四氟乙烯膜进行膜蒸馏海水淡化，并申请了专利。聚四氟乙烯膜在疏水性、强度等方面的性能均优于芬德雷所用的膜。从此，由于膜的改进，使该技术得以迅速发展。1983年，瑞典卡尔森(L．Carlsson)在第1届脱盐与水再利用世界会议上报导了膜蒸馏法用于海水脱盐的实验结果，热侧温度70℃时所用的标准膜器每天可产水5m3。1985年，瑞典克杰兰德(N．Kjellander)等在大西洋海岸的Hono岛上建立了两套平板膜蒸馏海水淡化的中试设备，试验结果表明膜蒸馏装置操作稳定，数据的重复性好，可得到很纯的产品水(水中溶解的固体物总含量少于50ppm)。1990年，日本日产2．5t和10t淡水的膜蒸馏装置已接受订货，日产100t淡水的装置也已设计试行。1991年，澳大利亚霍根(P．A．Hogan)和费恩(A．G．Fane)、日本的外山茂树分别报导了用膜蒸馏技术和太阳能技术结合生产淡水的实验情况：霍根结合澳大利亚干旱少雨区太阳能资源丰富的特点，设计了可用于分散住户的家庭制水的系统，若按每天用水50kg计算，需3m2的太阳能捕集装置和1．8m2的膜面积；外山茂树认为，把膜蒸馏装置和太阳能电池结合成为混合系统，则可同时保证电力和水的使用，他建议把这种装置用于沙漠地区，这种装置有可能每平方米膜面积日产6L水。用膜蒸馏法进行水溶液的浓缩和结晶是该技术的又一应用领域。1989年蒋维钧等设想将膜蒸馏技术用于热敏性物质水溶液的浓缩，并对古龙酸发酵液和生物酶水溶液进行实验并取得了很好的效果。在热侧温度低于40℃时，水的通量可达1～5kg／m2·h且热敏性物质不被破坏、酶不失活性。用于结晶的实验最初是由王英等进行的，1987年他们用聚偏氟乙烯毛细管膜对天然盐水料液进行膜蒸馏实验，成功地将其中的氯化钠和硫酸钠分别浓缩结晶出来。1989年以来，吴庸烈等还对膜蒸馏——结晶现象进行了深入的研究，并用聚偏氯乙烯膜从牛磺酸废液中回收牛磺酸取得成功。利用膜蒸馏技术还可以净化处理含挥发性溶质的水溶液。在这一类特殊的膜蒸馏过程中，迁移的组分是水溶液中的易挥发性物质，待处理水溶液(如氨水)和吸收液(如酸液)分别与膜面相接触。1985年和1989年，
琦、于伯杉等分别报导了用膜蒸馏法处理含有氨、二氧化硫等物质的水溶液的研究成果。意大利的高斯托利(C．Gostoli)等在1989年的实验中指出，膜蒸馏可以在低浓度范围内处理乙醇－水体系(对孔径为0．2μm的聚四氟乙烯膜，乙醇浓度低于7%)，冷侧可以得到较浓的乙醇溶液。综上所述膜蒸馏技术的发展是同它的应用领域的扩展相联系的，同时又受当时膜和膜器研制水平的制约。因此，研制出分离性能好、价格低廉并能适应不同分离场所需要的膜和膜器将是膜蒸馏技术得以继续发展的基础。在应用方面，应着眼于该过程的独特之处，开拓应用领域，并注意将该过程和反应过程或其它分离过程相结合进行研究。例如，将膜蒸馏技术应用于需要不断去除水(或某一挥发组分)的反应过程中，便可提高反应的效率。【参考文献】：1 Findley M E．Vaporization through porous membranes，Ind．Eng．Chem．，1967，6(2)∶226～2302 Yves Henderyckx．Process and apparatus for the distillation of a liquid，especially salt water，Belg．695，620，19673 Gore，Wilbert Lee，et al．Eur．Pat．Appl．EP 39，197，19814 Qi Zhang，et al．AIChE Journal，1985，31(9)∶1548～15535 Nils Kjellander．Design and field tests of a membrane distillation system for sea water desalination，Desalination，1987，61∶237～2436 Gostoli C，et al．Journal of Membrane Science，1989，41∶211～2247 吴庸烈，等．水处理技术．1989，15(5)∶267～2718 Hogan P A，et al．Desalination by solar heated membrane distillation，Desalination，1991，81∶81～909 余立新，等．水处理技术，1991，17(3)∶187～191(清华大学余立新博士撰；刘茂林教授审)