文 献 综 述

一、膜蒸馏脱盐研究背景及盐水淡化新技术

随着人类文明的快速发展，淡水资源使用量增加，淡水资源面临严重短缺，即成为当今社会面临的主要挑战之一^[1]。目前，美国、中国、俄罗斯和澳大利亚等众多国家都存在着不可忽视的淡水资源使用压力，都在寻求改善水资源供应的工程方案来改善淡水供应，在众多举措中如中国南水北调方案来解决北部地区的饮用水供应^[2]。其次，由于淡水资源使用、浪费和污染等多重因素，导致了淡水生态系统面临不容乐观的现状，承受着巨大压力，造成淡水资源危机。在我国经济和社会的快速发展中，我们又面临着严重的工业废水和生活污水污染问题，其对生态环境的破坏和可持续发展的严重影响逐步显现。为解决淡水资源问题，提出了从盐水中获得淡水的可行性方法。其方法是把各类水体作为资源，通过先进的脱盐技术处理，实现对淡水资源的开源增量的同时降低生态环境的污染负荷，是我国社会经济可持续发展的必由之路^[3]。

当前，广泛应用的盐水脱盐淡化方法可分为热法和膜法^[4]，但由于这两大技术都存在各自技术上的制约性，如何能得到高效的盐水脱盐淡化方法已经成为研究热点。解决现阶段脱盐淡化现状问题的一个重要思路就是发挥膜法和热法的优势，避其劣势^[5]。近年来得到广泛关注和着力研究的热点是膜法新脱盐技术，其可分为膜蒸馏技术（MD）和渗透汽化技术（PV），两者都结合热法和膜法的优点，但是存在着本质的差别。

1.1 膜蒸馏技术

MD是针对脱盐应用的一种热驱动的分离过程^[6]。在MD中蒸汽分子从进料液蒸发并通过微米尺寸的孔被输送疏水膜作为馏出物。MD过程的驱动力是气-液界面中气相中蒸气的蒸汽压和液相中的饱和蒸汽压。MD传质机理解释是：1.与常规蒸馏一样都存在气-液界面，通过相变实现物质分离；2.在膜中存在温度梯度，传递组分的蒸汽压力不平衡；3.膜的作用是气-液界面，增加了界面面积，不影响分离作用；4.膜材料多为多孔疏水材料，溶液不能从膜孔中通过，但是膜孔中存在气-液界面，在驱动力的作用下水蒸气从孔隙中透过，从而实现了脱盐目的^[7]。

膜蒸馏技术在脱盐方面兼具了多种热法脱盐技术的优点，提高了单位体积内淡水的产量和系统的能量回收利用率^[8]。另外，在非挥发盐溶液中理论脱盐率可以达到100%。并且过程中采用的操作温度为50 ^oC~90 ^oC，依靠蒸汽压差传质推动，不需要提供传统的压力、操作费用相对较低。

目前，MD中通常使用的膜材料有聚丙烯（PP）、聚四氟乙烯（PTFE）、聚乙烯（PE）等疏水材料，装置类型可分为直接接触式（DCMD）、气隙式（AGMD）、减压式（VMD）和吹扫气体式（SGMD），其中DCMD是一个最广泛使用的装置^[9]。MD具有良好的特性，如在非挥发性成分的溶液中理论截留率100%。与常规蒸馏相比，其可以在常压下通过较低的工作温度实现分离，较低的温度条件使得它能够从低品位热源如太阳能、地热能和工业废热中获得能量^[10]，在此基础上和RO相比，MD预处理要求较低，可处理RO不能处理的高盐水，因此水回收率更高，所以MD与RO相比更具优势。

但是在MD中疏水膜的湿润问题导致膜蒸馏过程无法继续进行，是公认的具有挑战性的问题。由于非极性物质在膜表面的沉积将严重降低膜的疏水性，引起膜性能严重下降造成成本增加，特别是在长期运行过程中。DCMD的能量损失较高，其次膜被利用的特性仅限于膜表面的疏水性^[11]。所以，在严格意义上膜蒸馏过程没有充分发挥膜的分离选择作用，在”扬长避短”中结合热法和膜法脱盐优势的局限性是显而易见的。因此，需要在脱盐领域中继膜蒸馏技术进一步开发出具有更加优异性能的技术，来进行盐水脱盐淡化。