PTFE蒸馏膜

PTFE 蒸馏膜

1.膜蒸馏概述

膜蒸馏的概念提出于20世纪60年代，80年代开始飞速发展，因其处理对象必须是水溶液，并且必须以疏水微孔膜为中介，所以在使用上有一定的局限性。但是与传统的蒸馏和反渗透相比，膜蒸馏的成本更低、设备简单、更节能，并且能够处理高浓度溶液，所以该技术的应用研究非常趋向于工业化应用，主要用于废水脱盐，从废水中去除挥发的有机物、浓缩离子、胶体、细胞等，且已经在海水淡化、苦咸水脱盐、果汁浓缩等方面开展了大量的研究工作。

膜蒸馏是膜技术与蒸发过程相结合的热驱动过程，其所用的膜为不被待处理溶液润湿的疏水微孔膜。膜的一侧与热的待处理溶液直接接触，另一侧直接或间接地与冷的水溶液接触，由于进料侧的蒸汽压高于冷侧的蒸汽压，热侧溶液中易挥发的组分在膜面处汽化通过膜进入冷侧并被冷凝成液相，其他组分则被疏水膜阻挡在热侧，从而实现混合物的分离或提纯。

膜蒸馏是热量和质量同时传递的过程，传质的推动力为膜两侧透过组分的蒸汽压差。因此，实现膜蒸馏必需要有两个条件：①膜蒸馏必须是疏水微孔膜；②膜两侧要有一定的温度差存在，以提供传质所需的推动力。

2.PTFE 蒸馏膜

PTFE 膜优良的耐氧化性能和化学稳定性决定了其应用的广泛性,这是其他膜材料所不能比拟的。近年来，MD 过程膜材料的研究开发集中于3种膜材料,即聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)和聚丙烯(PP)。它们的疏水性能都较好。

PTFE、PVDF 和PP 的表面张力依次为(25-33)@10-3N/m、(23-34)@10-3N/m 和40@

10-3N/m,说明PTFE 膜的疏水性最好。从耐氧化性及化学稳定性看,PTFE 膜优于其他两种膜,这使得PTFE 膜所应用的物系非常广泛,PVDF 膜次之。实验表明,用PTFE 平板膜进行卤水制取纯水的DCMD 实验，在同一操作温度

Membrane

Solutions

膜蒸馏示意图PTFE 蒸馏膜

下,膜通量随搅拌速率增加而增加,当搅拌速由0增加到350r/min时,膜通量增加400%;在同一搅拌速率下,随物系温度增加,膜通量增加;实验温度由30℃增加到50℃,则膜通量增加100%;但膜通量随盐水浓度的增加而下降,实验盐水浓度由0.15mol/L增加到2mol/L,膜通量降低了20%。由此可见,搅拌速率对膜通量影响最大,因搅拌增加了流体的湍动程度,从而增加了传质速率。

PTFE膜用于MD过程的研究表明,膜结构参数的最佳范围是:微孔孔径

0.2-1μm,孔隙率62%-80%。因此,研制和开发新膜的关键是改善这两个性能参数,以便大幅度提高膜的通量。另外如何降低膜的成本也是值得关注的问题,只有研制成本较低且易于产业化的制膜工艺,才能使这种性能优良的MD用膜材料发挥更大的作用。

3.膜蒸馏技术分类

根据膜下游侧冷凝方式的不同，研发出多种膜蒸馏形式：直接接触式膜蒸馏（DCMD)、气隙式膜蒸馏（AGMD）、气扫式膜蒸馏（SGMD）和真空膜蒸馏（VMD）等四种主要膜蒸馏方式，以及渗透膜蒸馏（OMD）等多种衍生或集成工艺。以上膜蒸馏工艺各有利弊,DCMD、VMD、SGMD过程渗透通量较大,AGMD过程渗透通量相对较小；AGMD、VMD、SGMD过程可以处理挥发性有机物质且可以准确计量蒸馏产品,而DCMD过程不能；AGMD过程的热效率较高;SGMD过程需要更高的冷凝能力,若气体流速相对较小,热量传递引起气体升温,气压升高,导致推动力降低.

3.1直接接触式（DCMD）膜蒸馏

直接接触式膜蒸馏的工作原理如图3.1所示。直接接触式膜蒸馏工作时，热侧料液中的水分在膜表面汽化，穿过膜孔到达膜冷侧表面，被冷凝液吸收并带走。

3.2真空式（VMD）膜蒸馏

真空式膜蒸馏的工作原理如图3.2所示。真空式膜蒸馏工作时，冷侧处于真空状态，热侧料液中水分汽化穿膜后被真空吸走并在冷壁处被冷却为冷凝液排出。

图3.1（DCMD）图3.2（VMD）

3.3气隙式（AGMD）膜蒸馏

气隙式膜蒸馏的工作原理如图3.3所示。气隙式膜蒸馏工作时，热侧料液中水分汽化穿膜后，经过一个空气间隙到达冷壁被冷却为冷凝液排出。

3.4气扫式（SGMD）膜蒸馏

气扫式膜蒸馏的工作原理如图3.4所示。气扫式膜蒸馏工作时，热侧料液中水分汽化穿膜后，被吹扫气带走，流经冷壁时蒸汽冷却为冷凝液排出。

当热源温度升高、膜孔半经增大时，膜蒸馏的膜通量和造水比均可有效提高，可作为工艺优化和膜材料发展的基本方向。四种膜蒸馏技术中，真空式膜蒸馏的造水比和膜通量均较高，但需要配置真空单元，系统较复杂；气隙式膜蒸馏和气扫式膜蒸馏的造水比也较高，但膜通量偏小，不利于产业化应用；直接接触式膜蒸馏在合理的工作温度和膜参数下，具有较高的膜通量，造水比也可接近真空式膜蒸馏，且装置简单,易于产业化,具有较好的综合优势。

4.PTFE 蒸馏膜的特点及应用

PTFE 膜天然优异的疏水性使其能够广泛应用于膜蒸馏行业，与其他蒸馏膜产品具有以下优势：高强度、高耐水压、高透气性、化学稳定性好、洁净和低溶出物。主要应用于高盐度废水处理，如RO 废水处理、油田高盐废水处理、循环水排污水的处理和环氧树脂行业废水的处理；在含挥发性有机物的废水处理方面也有广泛应用，如含氰废水处理、含酚废水处理、含丙烯腈废水处理、低碳醇废水处理、脱出回收废水中的氨；此外，也用在酒精提纯、海水淡化、果汁浓缩方

面。

图3.3（AGMD ）图3.4（SGMD ）

为了便于大家对蒸馏膜进行深入的了解，下面的表格是PTFE 蒸馏膜的一些参数。

衡量一款蒸馏膜质量的好坏，往往是要求具有高造水量、低能耗以及较长的使用寿命。实质上是膜要有优异的疏水性，均匀的孔径以及较高的孔隙率。通时膜蒸馏系统的设计对产率和蒸馏效果影响很大，在制定蒸馏方案时，因充分考虑过滤组分与能耗。规格

厚度(μm)

酒精泡点(MPa)酒精流速(25℃,Δp =-0.07MPa)(ml/min/cm 2)透气量

(L/min/cm 2@100Kpa)MSPTFEDT0101BX

160-230

0.19-0.238-153-4MSPTFEDT0221BX 0.14-0.1718-25 4.3-5MSPTFEDT0451BX

0.07-0.1135-457.5-10.3MSPTFEDT0102BX

270-400

0.19-0.238-15 2.5-3.8MSPTFEDT0222BX 0.14-0.1718-25 4.1-5.3MSPTFEDT0452BX 0.07-0.1135-457.1-10.1迈博瑞（南通）生物膜技术有限公司