渗透蒸发技术

渗透蒸发的原理及其应用渗透蒸发，又称渗透汽化(Pervaporation，简称PV)，包括蒸气渗透(Vapour Permeation，简称VP)是用于液(气)体混合物分离的一种新型膜技术 [1]。

它是在液体混合物中组分蒸气分压差的推动下，利用组分通过致密膜溶解和扩散速度的不同实现分离的过程，其突出的优点是能够以低的能耗实现蒸馏、萃取和吸收等传统方法难以完成的分离任务。

渗透蒸发技术在石油化工、医药、食品和环境保护等工业领域中具有广阔的应用前景及市场，是一种符合可持续发展战略的“清洁工艺”，不仅本身具有少污染或零污染的优点，而且可以从体系中回收污染物。

定义渗透蒸发（pervaporation,PV）是在膜的渗透边侧形成真空，以膜的前后两侧的化学位差为推动力伴随着相变，由膜选择吸附及在膜中渗透速率不同而进行分离。

本质原因：料液中各组分在膜中的溶解度和扩散速度存在差异。

分离推动力：组分在膜两侧的蒸汽压差。

分压差越大，推动力越大。

尽可能提高膜两侧的蒸汽压差。

实现方法：提高膜上游蒸汽分压；降低膜下游的蒸汽分压。

技术优势（1）可分离近沸点、恒沸点的有机混合物（2）有机溶剂中微量水的脱出、废水中少量有机物污染物的分离或水溶液中高价值的有机物的回收（3）属于“清洁工艺”，本身具有污染少或零污染的优势，适合于食品，医药环保，领域原理编辑播报(1) 溶解一扩散一脱附的过程(2) 渗透蒸发所用的膜是一种致密、无孔的高分子膜(3) 组分在膜中的溶解度的差别越大，膜的选择性就越高(4) 组分在蒸汽压的推动下，从膜的一侧迁移到另一侧(5) 真空侧的液体组分在减压下全部气化(6) 脱附过程对膜的选择性影响不大(7) 渗透蒸发使混合物中含量较少的组分气化。

PV A渗透蒸发膜分离乙二醇水溶液高分子物理与化学MG1124028 黄新摘要：渗透蒸发以其绿色、高效、节能的突出特点在乙二醇脱水中具有良好的应用前景，渗透蒸发技术的核心是高性能渗透蒸发膜的研制。

本论文以聚乙烯醇（PVA）为主体膜材料，调研了PVA分离膜的改性。

关键词：渗透蒸发；乙二醇脱水；聚乙烯醇；一.渗透蒸发过程简介：渗透蒸发（pervaporation，简称PV）是膜分离技术的一个新的分支，也是膜分离领域的研究热点之一。

渗透蒸发是利用膜对组分的溶解和扩散行为的差异来实现液体组分分离的过程。

其过程是（见图1）：液体混合物流过膜的上游侧，同时在膜的下游侧抽真空或吹扫气体使液体组分在膜的两侧形成化学位差，组分在化学位差的推动下透过膜，并以汽相的形式从膜的下游侧逸出。

由于膜与不同组分的相互作用大小不同以及组分本身性质上的差异，各组分在高分子膜中的溶解度和扩散速度不同，从而实现选择性分离。

图1.渗透蒸发过程示意图在众多解释渗透蒸发传递现象的理论模型中，溶解－扩散理论普遍为人们所接受。

该理论将渗透蒸发过程分为三步（如图2）[1]：（1）在原料侧，溶液中各组分在膜的表面溶解；（2）溶解在膜表面的组分在化学位差推动力的作用下，以分子扩散的形式从膜上游侧向下游侧扩散；（3）在膜的下游侧，渗透组分在较低的蒸汽分压下蒸发。

一般认为待分离组分在膜下游侧的解吸对整个传质过程影响不大，受热力学控制的溶解和受动力学控制的扩散是影响渗透蒸发分离过程的决定因素。

图2.渗透蒸发过程传质机理示意图渗透蒸发技术具有高效、节能、工艺简单、环境友好、不受气液平衡限制等特点，被誉为“绿色技术”。

渗透蒸发可以与精馏、吸附等过程耦合改造传统工艺，由此获得巨大的节能效果。

因而，渗透蒸发膜分离过程可以广泛用于石油化工、环境化工及相关工业领域进行有机溶剂脱水；从水中脱除有机物（脂肪烃、卤代烃、芳香族化合物：己烷、环己烷，氯甲烷、氯仿、氯乙烯，苯、甲苯、二甲苯、乙苯及醇、酮、酯、醛）；或进行有机－有机混合物的分离（醇－醚类、醇－脂肪烃类,醇－芳香烃类等，苯－环己烷混合物以及二甲苯异构体混合物，环己烷－环己酮－环己醇混合物等）[2-4]。

渗透蒸发膜的研究进展摘要：渗透蒸发或称渗透汽化是用于液体混合物分离的一种新型膜技术。

在过去的几十年中，渗透蒸发膜的基础研究和运用已经取得了长足的进步和惊人的如破。

这篇综述介绍了目前国内外PV膜的发展概况和取得的最新成就。

介绍了渗透蒸发膜的种类及其分离特性，另外也介绍了部分渗透蒸发膜的表面改性，最后，介绍了渗透蒸发膜的主要应用领域，特别是在燃料电池中的广泛应用。

关键词：渗透蒸发膜，共混膜，杂化膜，膜的表面改性，电池燃料1.引言1.1 渗透蒸发膜技术的简介膜分离技术是近三十多年来发展起来的高新技术，是多学科交叉的产物，也是化学工程学科发展的新增长点。

随着经济的发展、社会的进步和人民生活水平的提高，能源紧张、资源短缺和环境污染的矛盾越来越突出，而膜分离技术正是解决这些人类所面临的重大问题的新技术。

因而，近年来获得了极为迅速的发展，已经形成了独立的新兴技术产业。

我国膜技术的研究开始于20实际50年代末，经过四十多年的发展，已经在能源、电子、石化、食品、医药卫生、重工业、轻工业和环境保护等各个领域发挥了重要的作用。

在膜技术家族中，除以成熟的微滤、超滤、电渗析、反渗透、和气体分离外，近年来，也不断的发展了一些新型的膜技术。

渗透蒸发就是用于液（气）体混合物分离的一种新型膜技术[1]。

它是在液体混合物中组分蒸汽分压差的推动下，利用组分通过致密膜溶解和扩散速度的不同实现分离的过程，其突出的优点是能够以低的能耗实现蒸馏、萃取和吸收等传统方法难以完成的分离任务。

渗透蒸发特别适用于蒸馏法难以分离或不能分离的近沸点、恒沸点有机混合物溶液的分离；对有机溶剂及混合溶液中微量水的脱除、废水中少量有机污染的分离及水溶液中高价值有机组分的回收具有明显的技术上和经济上的优势[2]。

渗透蒸发还可以同生物及化学反应耦合，将反应生成物不断脱除，使反应转化率明显提高[3]。

1.2 分离原理渗透蒸发过程的分离原理：具有致密皮层的渗透蒸发膜将料液和渗透物分离为两股独立的物流，料液侧（膜上游侧或膜前侧）一般维持常压，渗透物侧（膜下游侧或膜厚侧）则通过抽真空或载气吹扫法的方式维持很低的组分分压。

新型渗透蒸发膜在海水淡化领域的应用研究随着经济的发展和全球人口的增长，淡水资源变得越来越宝贵。

在全球范围内，有许多水资源短缺的地区，其中最常见的原因是干旱和缺乏可用的淡水来源。

一种解决方法是通过海水淡化将海水转化为可使用的淡水。

然而，现有的海水淡化技术存在一些问题，包括能源成本高、膜污染等。

为了克服这些问题，新型渗透蒸发膜正在逐渐成为海水淡化领域的研究热点。

1. 渗透膜技术的优点传统的海水淡化技术是利用反渗透技术（RO）和多级闪蒸技术（MSF）进行的。

但是，RO技术需要高压泵来推进水分子通过带有孔洞的膜，这需要大量能源。

MSF则需要高温和高压，设备体积大，维护成本也很高。

相比之下，渗透膜技术具有以下优点：（1）设备体积小，可悬挂在悬线上，通过太阳能或地面加热等方式驱动水向膜内渗透，再通过外部环境的自然蒸发或人工蒸发完成海水的脱盐。

（2）省电、设备简单，可以为小型社区、港口、旅游区提供便捷的淡水资源。

（3）对污染物的适应性强。

2. 渗透膜技术的研究进展渗透膜技术可以分为两类，一类是纳米渗透膜技术，另一类是蒸发渗透膜技术。

其中，纳米渗透膜技术可以通过对纳米孔的设计和外部加压来将水从溶液中分离出来。

蒸发渗透膜技术以海水渗透到渗透膜内部的钙钛矿蒸发为主要特点，实现了不需要电源的海水淡化。

这两种技术都可以提高海水淡化的效率和降低其能源成本。

目前，已有学者对不同材料和结构进行了渗透膜的研究。

有文献表明，钙钛矿渗透膜可以实现海水脱盐率达到95%，同时具有良好的抗污染性能。

同时，蒸发渗透膜技术还可以通过添加特殊配方的水凝胶粉末来提高海水脱盐效率。

这些研究结果表明，渗透膜技术在海水淡化领域具有广阔的应用前景。

3. 渗透膜技术的未来展望随着全球经济和人口的增长，未来淡水资源短缺的问题将更加严重。

传统海水淡化技术存在一些问题，如需要大量能源、设备体积大、维护成本高等，限制了其发展。

因此，新型渗透蒸发膜技术具有突破传统技术的潜力，并有望成为未来海水淡化领域的主流技术。

渗透蒸发的原理及其应用渗透蒸发是一种通过渗透现象实现蒸发的方法，它涉及到溶液通过半透膜进入另一个溶液并蒸发的过程。

这种方法常用于海水淡化、废水处理、浓缩溶液等领域。

渗透蒸发的原理是通过构建半透膜来实现物质的传输和分离。

半透膜是一种能够选择性地允许溶质通过而阻止溶剂通过的薄膜。

溶液中的溶质在浓度梯度的驱动下通过半透膜进入另一个溶液中，同时溶剂则反向扩散，使得溶质的浓度逐渐增加。

当溶质浓度达到一定程度时，溶液开始蒸发。

蒸发过程中，水分子从低浓度的溶液中通过半透膜蒸发到高浓度的溶液中，从而达到分离溶质和溶剂的目的。

渗透蒸发的应用十分广泛。

其中最重要的领域之一是海水淡化。

海水淡化是指将海水中的盐分去除，以便供给人类和农业用水的过程。

渗透蒸发技术通过将海水与淡水分别分隔在两侧的半透膜上，利用溶解度的差异，使得海水中的溶质通过半透膜向淡水一侧扩散，从而实现海水的淡化。

海水淡化工艺中的蒸发器通常采用多级蒸发器，将淡化的海水逐渐进一步浓缩，提高水的回收率。

另一个重要的应用是废水处理。

渗透蒸发可以将废水中的有机物、重金属等溶剂与溶质分离，实现废水的净化。

废水经过预处理后，通过半透膜进入浓缩池，其中的溶质随着蒸发滞留在池中，而溶剂则通过半透膜回收。

经过多次循环的蒸发浓缩过程，废水中的溶质可达到较高浓度，以便进行进一步的处理或回收利用。

此外，渗透蒸发还广泛应用于浓缩溶液。

对于一些需要浓缩的溶液，可以通过渗透蒸发实现溶质的分离。

溶质随着蒸发逐渐浓缩，提高了原溶液的浓度。

这种方法在食品、制药、化工等行业中得到了广泛应用。

总的来说，渗透蒸发是一种通过渗透现象实现蒸发的方法。

它的应用领域包括海水淡化、废水处理和溶液浓缩等。

通过渗透蒸发技术，我们可以实现对水资源的高效利用和废水的净化处理。

随着技术的不断进步，渗透蒸发技术在提高效率、降低成本等方面还有很大的发展潜力。