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  膜蒸馏技术发展背景及其简介

  近年来,随着膜分离技术的快速发展,反渗透膜技术(RO)逐渐成电力、冶金等部门工业废水和循环水深度回用处理的首选技术。但是反渗透膜技术的产水率一般只有75%,其浓水的处理与排放问题日益突出。

膜蒸馏技术在水处理中的两种应用


  目前解决反渗透排放浓水主要采用的有三种方案:(1)浓水经冲洗多介质过滤器后排放;(2)对排 放水集中回收处理,利用石灰软化法等去除钙镁硬 度,处理后再利用或达标排放;(3)直接结合生产工 艺状况综合利用。但是这些方法都没有彻底解决问 题,对浓水的利用率很低,甚至造成对环境的二次污 染。因此开发高效的浓盐水处理过程,以弥补RO等 处理过程的不足,以实现节水减排,具有重要意义。 减压膜蒸馏(VMD)是将膜技术与传统蒸馏技 术结合的一种新型膜分离过程。具有操作温度低、设 备简单,对无机盐、大分子等不挥发物的截留率可达 100%,可实现高浓度溶液的处理等优点 。

  膜蒸馏(Membrane Distillation,简称MD)是近十年得到迅速发展的一种新型高效的膜分离技术,是以疏水性微孔膜两侧蒸汽压差为传质推动力的膜分离过程。膜蒸馏过程区别于其他膜过程的特征是:膜是微孔膜;膜不能被所处理的液体浸润;膜孔内无毛细管冷凝现象发生;只有蒸汽能通过膜孔传质。膜不能改变操作液体中各组分的汽液平衡;膜至少有一侧要与操作液体直接接触;对每一组分而言,膜操作的推动力是该组分的气相分压梯度。同其他的分离过程相比,膜蒸馏具有以下优点:① 截留率高(若膜不被润湿,可达100%);② 操作温度比传统的蒸馏操作低得多,可有效利用地热、工业废水余热等廉价能源,降低能耗;③ 操作压力较其他膜分离低;④ 能够处理反渗透等不能处理的高浓度废水。

  膜蒸馏技术的分类

  根据在膜冷侧收集水蒸气的方式不同,膜蒸馏的类型可分为:

  (1)直接接触式膜蒸馏(水吸式或外冷式(DCMD ) (见图2)

  该组件内,膜两侧的液体直接与膜面接触。其一面是经过加热的原溶液为热侧,另一面是冷却水为冷侧,膜孔内为汽相(蒸气和空气),在热侧膜面上生成的水蒸气透过膜至冷侧凝结成水,并和冷却水合而为一。

  (2)气隙式膜蒸馏(内冷式)(AGMD) (见图1)

  该组件内,膜的冷侧装有冷却板,在其间就是气隙室。当热侧水蒸气透过膜在气隙室扩散遇冷壁凝结成液态导出,而冷却水在组件内部降温。凝结水和冷却水各有通道,互不混合。和直接接触膜蒸馏组件相反,蒸发面和冷却面之间有一定距离(气隙室宽度),这样通量和热传导均受到了阻力。其优点是热量损失小,热效率高;不需另加热能回收装置。缺点是组件结构较直接法复杂;其膜通量比直接法小。

  (3)扫气式膜蒸馏(见图3)

  该组件内,膜的冷侧通常以隋性气体(如氮气等)作载体,将透过膜的水蒸气带至组件外冷凝。

  (4)减压膜蒸馏

  与气隙式膜蒸馏相类似,只是将冷侧施以低压处理。

  膜蒸馏技术的特点

  1膜蒸馏的优点

  (1)该过程几乎在常压下进行,设备简单、操作简便,在技术力量较弱的地区也有可能实现。

  (2)在该过程中无需把溶液加热到沸点,只要膜两侧维持适当的温差,该过程便可以运行,这就有可能利用太阳能、地热、温泉等廉价的天然能源以及工厂的余热等,对在能源日趋紧张的情况下,利废节能是很有意义的。

  (3)在非挥发性溶质水溶液的膜蒸馏过程中,因为只有水蒸气能透过膜孔,所以蒸馏十分纯净,有望成为大规模低成本制备超纯水的手段。

  (4)膜蒸馏耐腐蚀、抗辐射,故能处理酸性、碱性和有放射性的溶液。

  (5)膜蒸馏组件很容易设计成潜热回收的形式,可进一步降低能耗。膜蒸馏可广泛应用于海水和苦咸水淡化,污水和工业废水的处理,非挥发性酸、碱性溶液、挥发性溶液的浓缩和提纯以及在医药、食品加工等方面的应用。

  2膜蒸馏的主要缺点

  (1)膜成本高蒸馏通量小;(2)由于温度极化和浓度极化的影响,运行状态不稳定;(3)研究工作多处于实验阶段,对传质和传热机理及参数影响的定量分析还很不够;(4)研究所用物料一般都是简单的水溶液,对一些工业废水的研究甚少,同时可以查看中国污水处理工程网更多关于膜蒸馏技术的技术文档。

  膜蒸馏过程的机理

  膜蒸馏过程是传热与传质的偶合过程,并且这两种传递过程都分别由边界层内的传递和跨膜传递两部分组成,因此传热和传质之间的关系比较复杂。

  1 质量传递在膜蒸馏过程中,当料液流过膜表面时,难挥发的物质被截留,而易挥发的物质(通常为水)以蒸气的形式透过膜,导致难挥发物质在膜表面处的浓度高于其在料液主体中浓度的浓度极化现象。Martlnez通过计算发现,在料液流速和温度相同的情况下,分别以4mol/L的NaCl水溶液以及40%的蔗糖溶液为料液时,其通量均与以纯水为料液存在较大差异。作者认为前者主要归因于随着NaCl浓度的升高,水的活度降低,后者则主要归因于温差与浓差极化。Peng Ping等在研究中发现,当水溶液中NaCl的浓度为20%时,水通量是纯水通量的64%。Alklaibi的实验结果表明,盐溶液的浓度从2%增加到5%,通量下降16%。

  就理论上而言,浓度极化会削弱浓度边界层内的传质推动力,从而使MD过程的跨膜通量减小,但若挥发性组分的蒸汽压随溶质浓度的升高下降不明显,浓度极化对跨膜通量的影响可以忽略。浓度极化对膜蒸馏过程影响的另一方面是当膜表面处溶质浓度高至一定程度将会导致膜被润湿。

  膜蒸馏的跨膜传质过程包括挥发性组分(通常为水)在热侧浓度边界层内的传递及其在膜孔内的传递过程。对于在膜孔内进行的跨膜传质过程,众多研究者均采用如下简化形式来描述跨膜通量从即认为它与水的跨膜蒸气压差成正比:

  N=C(ptfm~Ptpm) (1)

  式中,C为渗透系数或传质系数;tfm和tpm分别为进料侧及渗出侧膜表面的温度。文献中出现MD跨膜传质机理通常包括:黏性流动、Kundsen扩散和分子扩散或它们之间的组合, 即Molecular&Knudsen扩散模型、Knudsen扩散-黏性流动模型及Knudsen&Molecular扩散-黏性流动模型。

  Phattaranawik等提出了传递区域的概念,将DCMD传质过程中膜内按照孔径分布划分成Knudson扩散区和过渡区,并认为过渡区对传质起到了主要作用。通过计算和实验结果的对比发现,膜的孔径分布和传质过程膜中空气反方向分子扩散通量对DCMD通量的影响并不显着。Lawson等在通过模型预测VMD过程的通量时,将传递过程看作Knudson扩散和黏性流动两种机理共同作用的结果。Ding等提出了三参数模型预测直接接触式膜蒸馏系数和MD的通量,称为Knudsen扩散-分子扩散-Poiseuille流动传递模型(KMPT),并考察了中空纤维膜组件中纤维丝随机分布所造成的沟流效应对膜蒸馏组件通量的影响,结果发现沟流效应的存在使膜组件的通量大大降低。

  研究者们通过上述传质机理建立跨膜传质模型,对传质模型中跨膜传质系数的确定可归结为两种方法:一是通过确定膜的空隙率、曲率因子、平均孔径及膜厚等结构参数,由经验公式关联;另一种方法是结合对膜两侧壁温和水蒸气分压的计算,通过测定通量,对实验数据的非线性回归得到。传质系数确定后,再反过来计算膜蒸馏通量,因此,模拟计算结果与实验结果通常能够较好的吻合。

  2 热量传递

  由于热边界层的存在,料液侧膜表面处的温度低于料液主体的温度,渗透液侧膜表面的温度高于渗透液主体的温度,造成温度极化现象。温度极化是影响MD过程热效率的重要因素,通常定义温度极化系数Θ用以衡量MD过程对外加推动力的利用程度。

  Θ=(Tfm-Tpm)/(Tf-Tp) (2)

  优良的MD系统要求边界层的传热情况达到最佳,即Θ应接近于1(通常在0.4~0.6)。Schofield等将MD系统的Θ值提高至0.65;Lawson通过采用性能优良的膜及优化组件设计,将Θ值提高至0.8左右;Martinez等也通过使用特殊结构的支承网令Θ值大大提高。

  膜蒸馏过程中的热量传递主要由汽化潜热和跨膜热传导两部分。丁忠伟等通过对膜两侧进行热量衡算,并假设传热为稳态过程,得到了流体在膜两侧表面温度的表达式。阎建民等针对气隙式膜组件给出了热边界层内传热系数的经验关联式。Rodriguez-Maroto等针对直接接触式膜蒸馏组件给出了流道内的速度和温度分布曲线,将流道内的温度分布表示为由膜组件入口和出口处测得的温度的函数,通过对计算值和实验值的比较指出,当工作流体温度较高且做层流流动的情况下,用分别测得的组件进、出口处的温度来表示膜两侧的主体温度存在着较大的误差。Phattaranawik等对直接接触式膜蒸馏研究表明,强化传质对传热系数的影响可以忽略,料液的温度对传热起较大的作用。

  膜蒸馏过程组件

  膜蒸馏过程可能采用的组件形式有板(框)式、卷式、管式和中空纤维式。其中,由于平板膜易于清洗、检查或更换,大多数实验室规模的膜组件采用板式膜组件。管式或中空纤维膜组件通常作为组件的固定部分而不易更换,但在工业应用中,由于中空纤维膜不需额外支撑部件,边界层阻力比板式膜组件小,同时还具有更大的膜比表面积,生产能力更高,因此中空纤维膜组件比板式膜组件更具吸引力。

  Schofield等针对几种形式的组件研究了其温度极化,结果表明,湍流流动下的管式膜内或层流流动下的中空纤维膜内的温度极化最弱;板框式组件中温度极化较强,搅拌槽中温度极化最强。David Wirth等对海水脱盐的VMD中空纤维膜组件的管程进料和壳程进料进行了研究发现,对于PVDF中空纤维膜而言,管程进料和壳程进料对传热系数、渗透率和水通量基本无影响。

  Li Baoan等用矩形膜蒸馏组件,采用表面涂上不同多孔等离子聚合硅树脂含氟聚合物涂层的疏水性多孔PP中空纤维膜,对真空膜蒸馏过程进行研究。实验结果表明,同一膜组件,对于壳程进料而言,料液相对于中空纤维膜错流流动的水通量[65.0 kg/(m2•h)]远远大于平行流动的水通量[15.6kg/(m2•h)]。

  阎建民对中空纤维式膜组件中中空纤维膜的结构参数进行优化指出,为获得最大的MD通量,膜的厚度、孔径和长度存在最佳值。随着膜组件封装分率的增加,通量下降,单位时间馏出量上升。

  综上所述,膜蒸馏的种类及组件组装结构的不同,会对膜蒸馏效果,尤其是膜蒸馏通量的大小产生比较大的影响,但对膜通量大小起决定作用的是膜蒸馏用膜的性质。膜蒸馏的工艺指标及影响因素

  1 截留率

  从理论上讲,对不挥发性溶质而言其截留率应 为100%,但实际上往往达不到100%.其原因有两 方面,一方面是膜的缺陷,如孔隙大小分布很宽,有 部分孔隙太大或膜有针孔、裂纹等;其二是运行过程 中膜发生“湿化”现象,即疏水性局部丧失使溶液通 过了膜孔.

  水通量

  影响水通量的因素有:

  1)溶液浓度:一般情况下,溶液浓度高,水平衡分压小,水蒸气通量小,因此随着热侧溶液的不断浓缩,水通量渐渐下降.

  2)膜两侧之温差:温差大,则传质推动力也大, 水的通量增加.

  3)溶液的流动状态:随两侧流动状态的改善, 膜两侧之温差会增加,蒸汽压差也会相应增加,水通量亦相应提高.

  4)膜的疏水性及结构参数的影响:包括孔径、 孔隙率、膜厚和膜孔的弯曲因子。

  膜蒸馏(MD)作为膜分离家庭新成员,提出于 20世纪60年代,发展始于80年代,至今已在不少 领域取得可喜的研究成果,特别是近些年来适合蒸 馏用的疏水膜性能的不断改进,使膜蒸馏过程的开 发和应用得到了进一步的发展.各种膜蒸馏过程 具有以下共同特点:1)操作条件温和,在常压和较 低温度下只要两侧有一定温差便有足够之推动力实 现水的传递,因此可以利用废热、地热或太阳能作热 源.2)由于仅有水蒸气扩散通过膜孔达到冷侧,无 机盐等不能通过膜孔,因此在冷侧得到纯水的同时, 在热侧实现溶液浓缩.3)可处理高浓度的水溶液.在能源供应日趋紧张,水资源匮乏、环保要求更加严格的情况下,作为膜分离家族的新成 员———膜蒸馏对发展高效、节能、无污染冶金新工 艺无疑是一种具有广泛发展前景的重要手段。

  随着膜蒸馏技术研究的不断深入,冶金工作者开始考虑利用膜蒸馏技术来浓缩浓度在1 mol/L左 右而不适于用其它膜技术处理的冶金工业生产中所 产生的含酸、碱、盐的废水.膜蒸馏对冶金工作者的吸引力不在于它能制备纯水的性能,而在于它能利 用低温热源及其具有的高度浓缩性能.冶金工业是一个耗能大户,普遍存在大量废热的回收利用问题, 湿法冶金工艺中又经常有溶液浓缩的需要,因此膜蒸馏的工业化对冶金工业的技术进步无疑是一个巨大的推动.

  膜蒸馏应用于钛白废酸的浓缩

  实验所用装置如图所示,它由加料系统、膜蒸 馏器、接收系统和真空系统四部分组成.其中,加料 系统主要包括恒温控制器、加热器和料液循环槽;膜 蒸馏器是整个实验的核心部分.实验采用平板式,主 要由料液室、圆形微孔分离膜、膜支撑板、密封圈等 组成;收集系统主要由冷凝器和真空接收瓶等组成; 真空系统主要由真空泵、压力计和压力调节阀等组成.

  减压膜蒸溜实验装置示意图

  首先用稀的纯硫酸进行试验.结果表明,采用 VMD工艺可将2.1 mol/L(18.3%)的硫酸浓缩到 10.32 mol/L(65.5%),如图3所示.开始控制热侧 温度为70℃,冷侧为2.67 kPa的低真空,当浓缩到 硫酸为6.23 mol/L(55.1%)时,水的通量已很小, 为此将热侧温度提高至80℃,以增大传质推动力, 此时可使硫酸进一步浓缩至65.5%.但是用废酸直 接浓缩时发现随硫酸浓度增加,由于盐析效应, FeSO4结晶析出,这一结晶使膜发生“湿化”现象,丧 失疏水性.深入研究发现,废酸中的钛对膜蒸馏并无 影响,因此研究了先用扩散渗析法分离硫酸,但由于 盐的泄漏,尽管渗析产酸可以用VMD浓缩至65%, 但仍有亚铁结晶析出的问题,为此又研究了三异辛 胺萃取硫酸的办法,反萃得到酸浓度为1.12 mol/ L,酸回收率达91.4%.将反萃回收的酸在热侧80 ℃,冷侧5.64 kPa条件下浓缩可得到10.30 mol/L (65.1%)的浓硫酸.

  纯硫酸的膜蒸馏浓缩

  膜蒸馏从RECl3溶液中用分离回收盐酸

  用P2O4萃取分组混合稀土得到的中稀土反萃 液及重稀土反萃液中均含有较高浓度的盐酸,目前 不得不耗费大量的MgO进行中和.

  因为盐酸有共沸点,按常规理解似乎不可能回 收浓的盐酸,但考虑到RECl3的盐析效应,首先从 理论上计算了含SmCl3的盐酸体系中水及HCl的 分压,发现相对于纯盐酸溶液而言,同条件下,由于 SmCl3存在,导致溶液体系H2O分压减小,而HCl 分压增大,而且随SmCl3浓度增大,H2O分压的减 小及HCl分压增大趋势更为明显.图4为根据计算 结果作出的气液平衡关系图.

  SmCl3浓度/(mol·kg-1):从下往上5条线分别代表0;0.4;0.8;1.2;1.4

  这表明,由于SmCl3的存在,气相中的nHCl/ nH2O会增大,溶液的共沸点组成向HCl减小的方 向移动.在实际膜蒸馏过程中,RECl3浓度会不断增 加,温度也远大于25℃,这些均有利于气相组成中 HCl浓度的增大,即蒸馏产品液中HCl浓度会增大, 而热侧料液中盐酸浓度则会不断减小.实验结果证实 了理论判断的正确性,表1及表2分别为实际结果.

  试验中稀土反萃液CRE=0.6~0.9 mol/L, CHCl=2~2.5 mol/L,重稀土反萃液:CRE=0.2~ 0.4 mol/L,CHCl=4.5~5.5 mol/L,每次用料液 5 L,料液温度62~63℃,冷侧压力8~10 kPa,料液 循环速度5.4 cm/s.

  随蒸馏过程进行,蒸馏产品液体积不断增大,料液体积不断减小,稀土得到不断浓缩.开始时水蒸气 分压较大,所以蒸馏液中盐酸浓度较低,而料液中盐 酸浓度还有不断增加趋势.随过程进行,盐析效应增 强,故蒸馏液中盐酸浓度增加而料液中盐酸浓度下降.

  表1 中稀土反萃液膜蒸馏试验结果

  表2 重稀土反萃液膜蒸馏试验结果

  集成膜法回收硫酸稀土溶液中硫酸

  集成膜法回收硫酸稀土溶液中硫酸,系指先采用减压膜蒸馏浓缩低浓度的硫酸稀土溶液,再采用扩散渗析法处理浓缩液以回收其中硫酸,其中扩散渗析的料液为减压膜蒸馏浓缩硫酸稀土溶液的浓缩液.由于扩散渗析处理的是浓缩液,较之单独采用扩散渗析法回收硫酸稀土溶液中的硫酸,处理量大大减小,设备的一次性投资因此降低,而且回收得到的硫酸浓度增大.表为经减压膜蒸馏浓缩不同程度 的硫酸稀土溶液,再经扩散渗析的实验结果.实验固定条件,料液成分:CRE=0.070 mol/L,CH2SO4= 0·468 mol/L,减压膜蒸馏浓缩时,温度60℃,料液流速5.8 cm/s,减压侧压力12.7 kPa;扩散渗析操作方式为一次通过式,料液流量150 mL/h左右,流量比1.0左右,温度28~29℃,渗析料液为减压膜蒸馏浓缩过程所得的浓缩液.

  减压膜蒸馏-扩散渗析综合实验结果

  此外由于扩散渗析的渗析料液为减压膜蒸馏浓缩过程所得的浓缩液,因此扩散渗析过程截留率的计算实际上包括了两个过程对稀土的截留率.由表 实验结果可以看出,对比而言,经减压膜蒸馏浓缩后,再采用扩散渗析法回收,回收液硫酸浓度显着增大,而且由于扩散渗析处理的是浓缩液,尽管其单 位时间的处理量并没有增大,但由于浓缩液体积远小于原液体积,其实际处理的原液量显然增大了,而浓缩倍数越大,效果越明显;同时可以看出,采用减 压膜蒸馏预浓缩到不同倍数对后面用扩散渗析法回收稀土的截留率没有什么影响.

  膜蒸馏浓缩氧化铝厂炭分母液

  氧化铝生产过程中用CO2分解析出Al(OH)3 后的母液主要成分为Na2CO3,还含有部分NaOH 及少量Al2O3、SiO2,现行生产工艺是蒸发浓缩后返 回配制生料浆,耗能很高,为此探索了用膜蒸馏法浓 缩它的可行性.在进行了如前所述相同的批量循环试验基础上进行了连续浓缩试验.试验装置如图1所示.

  连续式减压膜蒸馏装置示意图

  以预浓缩至碱浓度为244 g/L的2 L溶液循环 液置于槽2中.碱浓度为122 g/L的料液连续从11 号高位槽进入2号槽,从2号槽上部溢流口相应连 续流出浓缩液至13号计量槽.8号槽收集冷侧之蒸 馏液.图2为循环槽溢流流出液及蒸馏液流量随时 间的变化关系.

  循环槽溢流流出液及蒸馏液的流量与时间的关系

  蒸馏液pH基本稳定在13,表明碱的截留率很 高.图3为循环槽溢流口流出液之总碱浓度,显然在 稳态操作情况下,能保持浓缩液总碱浓度为料液碱 浓度两倍的水平,同时可以查看中国污水处理工程网更多关于膜蒸馏技术的技术文档。

  循环槽溢流流出液总碱浓度与时间的关系

  膜蒸馏技术的发展方向

  膜蒸馏技术的研究始于20世纪60年代的美国。1963年美国的Sodell首先在其专利申请中对膜蒸馏的初步成果进行了介绍。1967~1969年,Findley在美国、Hendergcky在欧洲同时进行了试验。Findley尝试了多种膜材料,然而膜通量却非常小,但他预言只要找到合适的膜材料,这种技术是很有前途的。进入90年代以后对膜蒸馏的研究逐渐增多,但多数还是处于实验研究阶段。P. A Hogan与Sudjito等在澳大利亚利用太阳能作为热量来源进行了直接接触膜蒸馏,实验证明太阳能膜蒸馏在技术上是可行的,可以进行实际应用。机理研究方面,1995年俄罗斯的Agashichcv和Sivakov基于质量和热量平衡方程,考虑温度和浓度极化提出直接接触式膜蒸馏的数学模型,但因其过于复杂而没有被广泛接受。1998年,Gryta等考虑在温度极化影响的情况下对毛细管状物膜组件层流问题进行了研究,并得出了一些理论依据。

  我国对膜蒸馏技术的研究始于20世纪80年代,1988年,吴庸烈综述了膜蒸馏及其相关的膜过程、挥发性溶质水溶液的膜蒸馏,微孔膜的透过蒸发和蒸发吸收等膜过程的发展、机理和应用等情况。1991年余立新等使用北京塑料研究所提供的孔径0.3μm、膜厚80μm的聚四氟乙烯微孔膜对古龙酸水溶液进行蒸馏浓缩。结果发现这一方法是可行的,并得出结论是膜蒸馏可用于热敏性物质水溶液的浓缩,并能很好地发挥该过程低温浓缩的优势。机理研究方面,1999年,李凭立等进行了膜蒸馏传质的强化研究,提出了传质通量因子的概念。

  20世纪80年代才开始有关于气隙式膜蒸馏的研究报道,而且理论和实验研究比较少。尽管与直接接触式膜蒸馏相比,气隙式膜蒸馏通量低,但是因其热效率相对高而且能耗少,冷却水与凝结水分开,各行其道。所以在制取超纯水和含挥发性物质时,有着直接接触式膜蒸馏无法比拟的优势,因此气隙式膜蒸馏越来越受到人们的青睐。1989年,Gostod采用PTFE膜,以乙醇水溶液为实验物系,对含易挥发溶质水溶液的空气隙膜蒸馏作了研究,提出用分离因子的概念来表示挥发性溶质的提纯程度,初步探明了挥发性溶质水溶液膜蒸馏的规律。2000年,阎建民等对气隙式膜蒸馏传递过程进行研究,他们测定膜两侧流体的温度、流量及料液浓度对膜通量的影响,并从理论上描述了传热、传质过程,建立了可以预测膜蒸馏通量的数学模型,实验结果与模型预测吻合较好。2002年,丁忠伟等采用模拟计算和实验的方法对直接接触式膜蒸馏(DCMD)和气隙式膜蒸馏(AGMD)过程进行了比较研究,模拟计算及实验结果表明,AGMD中的气隙构成了过程的主要阻力,使得跨膜温差远小于膜两侧流体主体温差,在AGMD中随气隙厚度的增加膜通量是下降的,随气隙厚度的增大,下降速度有所减缓,为提高AGMD的膜通量,减少气隙厚度是有效手段之一。

  膜蒸馏技术主要的房展方向主要有以下几个方面:

  (1)研制分离性能好,价格低廉的膜。目前之所以膜蒸馏与其他分离技术相比较竞争力不强,一个很主要的原因是用于膜蒸馏的膜成本较高。迫切需要研制出具有良好分离性能而且价格低廉的膜以适应膜蒸馏的发展。

  (2)完善机理模型。机理模型是进行过程优化及设计计算的理论指导。虽然许多研究者已经从不同角度对膜蒸馏的机理进行了研究,但仍存在着不少缺陷,有必要加以进一步完善。

  (3)提高热量利用率。膜蒸馏是具有相变的、需要消耗热量的过程,热量利用率是它的一个重要技术经济指标。膜蒸馏中不可避免地存在着因热传导造成的热量损失,如何减少这部分热量损失,是值得研究的重要课题。

  (4)发挥常压低温脱水的优势,开展应用研究。研究表明重点应用是热敏性物质水溶液的浓缩。另外,膜蒸馏过程简单和设备技术要求不高等特点,很适合于小规模的盐水淡化,这对偏远地区及野外作业人员解决饮用水问题有着重要意义。

  (5)和其他过程的结合。膜蒸馏可与其他分离过程相结合,以提高分离效率如反应与蒸馏的集成、渗透蒸发与膜蒸馏的结合。

  (6)加强对减压膜蒸馏的研究。在四种膜蒸馏方式中,减压膜蒸馏的通量相对较大,而且操作过程中膜不易损坏,下游侧的阻力也较其他三种小。