[实用新型]一种基于疏水多孔陶瓷膜的膜蒸馏装置

说明书

本实用新型属于陶瓷膜表面处理技术领域，公开了一种基于疏水多孔陶瓷膜的膜蒸馏装置。该膜蒸馏装置，包括膜蒸馏组件、与膜蒸馏组件相连的料液循环系统和冷却水循环系统、冷凝水收集系统。所述的疏水改性多孔陶瓷膜为纳米尺度，且为共型镀膜方式，不改变原材料的内部结构、孔隙结构和表面结构。所述冷凝壁为疏水改性处理过的材料制成的。本实用新型所述膜蒸馏装置简单易行，膜蒸馏组件方便拆装，降低了操作要求。该装置中疏水冷凝壁促进膜蒸馏过程的进行；疏水改性多孔陶瓷膜有效使用寿命长，在膜蒸馏实验的长期运行中保持较稳定的渗透通量以及很高的脱盐率(＞99.9％)。

技术领域

本实用新型属于陶瓷膜表面处理技术领域，特别涉及到一种基于疏水多孔陶瓷膜的膜蒸馏装置。

背景技术

我国淡水资源总量少，时间和地域分布上又很不均衡。近年来随着我国经济的快速发展和城镇化进程的不断推进，水资源匮乏、水体污染、工业废水、生活污水逐渐成为制约我国经济发展的重要因素。特别是在经济发达、人口密度高的沿海地区，水资源短缺及废水污水处理成为事关经济社会发展乃至子孙后代生存空间的重要问题。

膜分离技术作为一种新型的高效分离、浓缩、提纯及净化技术，已经在海水淡化、工业废水处理、生活污水处理等领域得到了广泛应用。

膜蒸馏技术是一种新型的膜分离技术，它是以疏水多孔膜作为进料侧和渗透侧之间的选择性屏障，以疏水多孔膜两侧的蒸气压力梯度作为驱动力。在膜蒸馏过程中，膜材料的疏水特性阻止了进料侧料液直接进入膜孔，只允许料液中的水和挥发性组分以蒸气的形式扩散通过膜孔，因此理论上对于无机离子、大分子及其他非挥发性组分能达到100％的理论截留率。与其他膜分离技术相比，膜蒸馏过程具有操作条件温和、操作压力低、膜材料机械性能要求低、可处理高浓度溶液等优点。膜蒸馏技术是一种利用低品位热源或者废热的热法膜脱盐技术。随着对工业低品位余热和废热越来越多的重视，膜蒸馏的能耗问题找到了解决途径，使得膜蒸馏在海水淡化和高浓度工业废水处理领域中的应用前景愈加广阔。

膜材料对于膜蒸馏过程至关重要。膜蒸馏过程的性能一般取决于所用膜材料的结构和物化性质。膜材料必须是多孔疏水膜，且对待处理料液有良好的热稳定性、化学稳定性和抗污染性。

目前用于膜蒸馏过程的膜材料主要为有机膜，如聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)和聚丙烯(PP)等。但此类膜材料具有化学稳定性较差、耐热性较差和抗污染能力较弱等缺点，导致长期运行时膜结构发生改变，膜性能随之衰减。

陶瓷膜是以氧化铝、氧化锆、氧化钛和氧化硅等无机陶瓷材料作为支撑体，经特殊工艺制备而形成的非对称膜。与传统有机膜材料相比，陶瓷膜具有以下优点：①热稳定性好，在400℃以上环境中可正常工作；②耐高压；③耐酸碱腐蚀，耐有机溶剂侵蚀，化学稳定性好；④外形稳定，机械强度大；⑤易于清洗，可反复使用。介于这些优点，使得陶瓷膜在水处理、石油化工、食品工程、生物工程、环境工程、冶金工业等领域得到了广泛的应用。然而，在常规状态下，陶瓷膜表面或内部存在大量的亲水性羟基官能团(-OH)，从而展现出亲水性质，这限制了它们在膜蒸馏领域的应用。因此，对陶瓷膜表面进行疏水化处理，成为一种拓宽膜蒸馏领域膜材料选用范围的重要途径和手段，具有重要的现实和经济意义。

目前，陶瓷膜材料的疏水改性及在膜蒸馏领域的应用研究已取得一定的进展。常用的陶瓷膜疏水改性方法有表面接枝法、表面喷涂法、浸泡法、表面刻蚀法等。专利CN102423641A公开了一种陶瓷膜的疏水改性方法，首先对陶瓷膜进行预处理；其次配制改性溶液，即含氟硅烷/氨基硅油/含氯硅烷和有机溶液的混合溶液；然后将陶瓷膜浸泡于有机溶剂中进行表面接枝反应；之后将陶瓷膜进行热处理。该方法的缺点在于操作时间长，操作程序较为繁琐，改性所消耗的试剂量很大。表面刻蚀法可以在不改变材料整体性能的基础上对材料进行疏水化改性，然而其存在着制备工艺复杂、设备昂贵、成本较高等缺点，难以实现大规模工程化应用。因此，开发一种成本低、工艺简单、过程可控、疏水改性效果好的多孔陶瓷疏水改性方法及基于疏水多孔陶瓷的膜蒸馏装置非常重要。