膜蒸馏发展概述

2020-04-20

膜蒸馏在环保行业从业者的见闻里还是有些遥远及生疏,但是它已经衍化了50多年,最终实现了工业化。那么它是怎么衍化的呢,今天就一起带大家熟悉一下。

首先,膜蒸馏的来历。

随着地球人口的大量增多,饮用水资源日趋窘迫,400年前就有人提出海水淡化,两极冰川水融化等方案来解决问题,最终海水淡化方案可行性较高,因此科学家们开始研发海水淡化技术,大概20世纪50-60年代RO及膜蒸馏等技术被提出(这两个技术一直处于相互博弈状态),这就是膜蒸馏被提出意义。

那么,接下来是从时间线上对膜蒸馏的发展历程进行的梳理:

1. B.R.Bodell于1963申请了一种不可饮用含水流体转化为可饮用水的装置和技术。他指出了可用抽真空的方式将渗透蒸汽从装置中移走,但他并没有给出所用膜的结构和孔的大小,只说了膜仅能被蒸汽透过而不能被水透过,未给出结果和定量分析。

2. P.K.Weyl在1964年发现采用空气填充的多孔疏水膜可在蒸汽压系统内从含盐水中回收去离子水。这种新的脱盐工艺1967年在美国通过了专利申请。但是在实验室中Weyl用的膜通量只做到了1Kg/(m2·h),相比与当时已经有的反渗透技术5~75 Kg/(m2·h)通量相差甚大。因此60年代人们对膜蒸馏的兴趣逐渐减弱。

3. 60年代末Findley第一个将膜蒸馏的研究结果公开发表出来,并预言如果能找到耐高温长寿命的理想膜,膜蒸馏不仅能用于处理海水,也是一种非常经济的蒸发浓缩方式。

4. Rodger在1971年设计了板框式多效膜蒸馏,分离挥发不同组分。1972年的专利设计了膜蒸馏整套脱盐工艺。1975年的专利设计了家用饮水机。这是膜蒸馏的重要突破,不是在实验室中的模型,而实现了技术商品化的过程。

5. 在1980年以前由政府资助的科研项目产生的专利权,一直由政府拥有。复杂的审批程序导致政府资助项目的专利技术很少向私人企业转化,这一限制同样也阻碍了膜蒸馏的发展。但是随着80年由美国国会参议员Birch Bayh和Robert Dole提出的拜杜法案的出台,专利技术的转化速度加快,同时伴着膜制造技术的发展,膜蒸馏的蒸馏速率大幅增加,已经能达到原先的100倍的效率,这样使得膜蒸馏竞争力大幅提升,人们对它的关注度越来越大。

6. 1986年意大利、荷兰、日本、德国和澳大利亚的膜蒸馏专家在罗马开了膜蒸馏研讨会,会上与会专家统一规范了膜蒸馏过程涉及的各种术语,定义膜蒸馏过程应具有以下几种含义:使用的膜是疏水性多孔膜,膜不应被所处理的溶液所浸润,溶液中的挥发性组分以蒸汽的形式通过膜孔,膜孔中不发生毛细冷凝现象,组分通过膜的推动力是该组分在膜两侧的蒸气压差,膜本身不改变处理液各组份的汽-液平衡,膜至少有一侧与所处理液体直接接触,对于任何组分该膜过程的推动力是该组分在气相中的分压差。虽然这次会议将膜蒸馏规范化了,但也正是因为这次规范中对”膜不应被所处理的溶液所浸润”这一个定性的要求,阻碍膜蒸馏发展的速度。这一导向性的要求,使得很多研究者朝着寻找一种不被润湿的膜材料一直痛苦的盲从着。

7. 80年代末Enda推出了商品化的膜蒸馏系统用于海水淡化。但没有被大规模推广,其主要原因为与其他膜系统的产量及成本相比还是有不小的差距。

8. 由于上溯的那次会议,大家都在找合适的膜材料,整个90年代有很多对膜蒸馏的研究都是处于跨膜传质及不同膜材质的传热传质机理的研究,没有对组件有突破性的研究。

9. 随着工业的发展,进入了21世纪,在2005年德国的Wolfgang团队进行了膜蒸馏组件的优化,将膜蒸馏的效率大幅提升,申请了大量专利,在06年注册memsys品牌膜蒸馏,并实现了产业化。他们没有纠结于完美疏水性,将组件的构造进行了大量的研究,解决了膜被润湿后的污染问题,同时工业进入3.0时代,自动化的机器代替了人工,将膜蒸馏的组件制造时间大幅提升,产业化也同时完成。

最后简单总结一下,膜蒸馏作为制造淡水的技术被提出到工业化,用50年的时间完成了商品化的过程,这就是膜蒸馏的发展的艰苦历程,就先梳理到这里。而今天作为商品的它用途不止在制造纯水上,对于它的应用领域,之后我还会进行梳理。期待与您的分享。


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