渗透汽化膜分离过程的特点在于组分的汽液平衡不影响膜分离过程,尤其适用于传统分离方法难以分离的恒沸物和近沸物,主要体现在:分离因子大,易达到较高的分离效果;操作简单,附加过程少,分离过程中减少了不必要的污染;虽然分离过程中发生了相变,但透过物量很少,所以前后汽化与冷凝需要的能量较少[2]。
1。1。2 渗透汽化的用途
渗透汽化膜的研究始于上个世纪末,由于在当今工业产业的广泛应用,尤其是石油化工产业,一直作为研究的热点,主要针对从有机溶剂中脱去微量水分、从水中提炼有机物以及石油工艺中各种有机混合物的分离。
渗透汽化(PV)是一种新型的分离技术,相比于其他传统分离技术,具有操作简单、不引入第三组分、选择性好和能耗低等优点,除了具有与吸附、蒸馏、萃取相同作用外,还能应用于液体混合物的分离,尤其是沸点相近液体混合物和恒沸物的分离,也能低能耗的脱除有机溶剂(醇类、酯类、胺类、醚类、酮类等)中的微量水分以及在生成水的化学反应中脱水[3,4]。
目前,渗透汽化膜分离技术主要运用于水的纯化、溶剂脱水以及有机物一有机物的分离,并广泛运用于环境保护、石油化工、医药工业、食品工业、生化工业等领域,在苦咸水和海水的淡化、饮用水的净化超纯水制备都发挥了巨大作用[1,5]。
1。2 渗透汽化膜的发展及分类
长久以来,因为没有找到选择性好和渗透通量高能够用于渗透汽化的膜材料,所以渗透汽化技术始终没有得到利用,
在八十年代中期,我国着手研究渗透汽化膜分离技术,主要工作是醇水混合溶液的脱水和优先透水膜的研制。全国多所高等院校以及中科院都参与了研究,包括清华大学、浙江大学、南京工业大学和天津大学等在内,已发表了三百多篇论文[6]。清华大学是从事膜技术研究最早的一个单位,并承担了多个国家重点项目。我国目前的研究任务主要是水中有机物的脱除、透有机物膜、有机物-有机物分离和渗透汽化与反应耦合的集中过程。
(1) 有机溶剂脱水膜论文网
20世纪80年代,渗透汽化对有机溶剂进行脱水的研究,是我国渗透汽化研究最早的一个方向,也是目前为止研究最多、技术较为成熟且应用最广的一门技术。例如丙酮、丁酮、乙酸乙酯、含氯烃化合物、有机硅等物质的脱水[6]。
(2) 水脱有机物膜
20世纪90年代渗透汽化在水中脱除有机物方面正式在工业中投入应用,可用来从酒类产品中提取乙醇,从果味饮料中提炼香味物质,包括醚类、酯类等芳香烃化合物,还可以去除废水中的有机污染物。
(3)有机混合物分离膜
1998年,浙江大学化学系的谭军老师对渗透汽化在有机混合物的分离进行了研究,研究了两类混合物,(1) C4、C5醚的混合物中提出甲醇(2)从对二甲苯和间二甲苯中分离出对二甲苯[7]。渗透汽化对有机混合物的分离广泛运用于石油化工产业,石油中分离有机物时往往有普通精馏难以分离的恒沸物、沸点相近以及同分异构体,此时运用渗透汽化的原理来解决不仅方便快捷而且能耗低[8]。
1。3 渗透汽化膜的制备材料
膜材料都具有优良的成膜性、热稳定性、化学热稳定性以及对分离组分较高的溶解度和选择性。
1。3。1 渗透汽化透水膜
近年来,为了满足资源能源的需求,越来越多的研究者致力于将水从分子和离子中分离出来,基于他们的付出和不断的探索,渗透汽化透水膜已经受到了广泛的关注。优先透水即表示渗透汽化膜的活性层必然有亲水性的高分子聚合物,在高聚物中引入正电荷或负电荷使聚合物具有亲水性,可以有效的提高膜对水的溶解性,增加通量,但离子容易流失,稳定性小。因此大多数时候采用非离子型的高分子聚合膜或者共聚共混的改性杂化膜,例如聚乙烯醇(PVA)、海藻酸钠(SA)、甲氧基甲基化尼龙-3(PA)、交联聚甲基丙烯酸(PAA)等。