当今世界，石油价格不断增长，环境气候问题日益严重,利用生物质发酵生产燃料乙醇来代替日益枯竭的石油资源引起了人们高度关注。目前，传统的乙醇发酵生产存在的问题是：一方面，多用间歇发酵过程，生产率低，设备庞大，产品质量不稳定。另一方面，发酵法一般都只能生产 8％-10％以下的乙醇稀溶液，当乙醇浓度增大时，乙醇的产率就会逐渐减降低直至为零，这将大大降低反应的产率。因此，要提高产品性能，必须使发酵过程连续化。

在发酵法制乙醇过程中，应用渗透汽化这一新型膜分离技术，可从发酵液中脱掉乙醇和水，而营养物质和基质仍留在发酵液中，若膜能选择性透过乙醇，则可得到高浓度的乙醇；另外，渗透汽化还可以大规模地降低生产能耗，因此受到国内外普遍重视。渗透汽化（Pervaporation，简称 PV），是一种利用液体混合物中各组分在致密膜内溶解、扩散性能的不同而使之分离的膜过程。渗透汽化是具有相变的膜渗透过程，膜的上游为料液，下游透过侧为蒸汽。与传统的精馏、吸附、萃取等分离工艺相比，它具有分离效率高、设备简单、操作方便、能耗低等优点。按照溶解#8212;扩散机理，在渗透汽化膜过程中，待分离组分在膜两侧蒸汽压差的推动下，被膜选择性吸附溶解，以不同的速度在膜内扩散，在膜下游汽化、解吸，实现混合物分离。

图1溶解-扩散模型示意图

渗透汽化过程的基本原理如下图所示：

图2 渗透汽化过程示意图

待分离混合组分于膜的一侧流出，膜的另一侧抽真空，混合物中易渗透组分优先吸附在膜表面，然后扩散通过膜，在膜的另一侧汽化，蒸汽通过冷阱被冷凝收集，达到分离纯化的目的。根据造成膜两侧蒸汽压差的方法，渗透汽化可分为多种，目前一般都采用真空渗透汽化的方式，组分在膜内的传递推动力是两侧的分压差。

渗透汽化膜的分类有很多种，以物理结构不同来划分，分为均质膜、非对称膜以及复合膜三大类。均质膜具有均匀的质地，没有物理微孔从而使结构较为致密，厚度不等，根据实验需要可制作几十至几百微米厚的膜。制备过程简单，性能可根据需要自由调控。但由于均质膜膜厚度比较大，渗透分子传递过程存在较大阻力，一般组分的通量较小，所以很少应用于工业生产，在实验室中广泛用于表征膜材料的性质。非对称膜和均质膜相比，一般通量要高得多。膜由一种材料制备，沿膜的厚度方向，其结构从疏松逐渐变的致密，非对称膜的疏松部分起机械支撑作用，而致密皮层承担起渗透汽化分离作用。膜的制备材料一般既要有良好的分离性能，还要具备优良的成膜性能。但目前的膜材料很少能同时满足这两个要求，从而极大限制了非对称渗透汽化膜的研究和应用。渗透汽化复合膜是由起分离作用的致密皮层及多孔支撑层组成，可分别选择性能优越的不同的膜材料制备致密皮层和多孔支撑层，使其功能达到最优化，从而既能使膜具有高的选择性和渗透通量，同时还能够保持良好的化学稳定性和热稳定性。

聚二甲基硅氧烷（PDMS）膜作为一种具有良好耐热性、抗氧化性、化学稳定性及疏水性的膜材料，是目前渗透汽化优先透有机物过程应用最广泛的一类膜材料。为了提高PDMS 膜的选择性、通量和机械性能，研究者以PDMS作为高分子基质，选择不同类型支撑体制备了复合膜。

复合膜在传递过程中，分离层较为致密，传质阻力大，起支撑作用的支撑层孔径较大。结构疏松，传质阻力小，基本可忽略不计。所以分离层越薄，传质阻力越小，渗透通量也就越大。因此，在渗透汽化实验研究过程中，应把重点放在制备具有超薄无缺陷分离层的复合膜，从而在保证通量的情况下，尽可能提高膜的选择性及稳定性。关于超薄膜的界定范围，目前文献中尚未有明确规定，通过对超薄分离膜相关文献中的膜厚进行总结发现，膜厚均处于纳米级或亚微米级范围，约有84%的超薄膜厚度小于300 nm。

旋涂法是在基膜上制备均匀超薄复合膜最常用的方法之一，制备出的薄膜厚度可从几十纳米至几十微米，膜厚精确可控。旋涂过程包括三个步骤：首先，将溶液滴加在基底表面；启动旋涂设备后，基底快速升至设定的转速，过量的溶液在离心力作用下被甩出，基底上溶液逐渐变薄至达到平衡厚度或溶液出现固化现象（旋转过程中溶剂大量挥发，溶液粘度增大导致出现固化现象）为止；最后，通过溶剂挥发过程使膜厚继续降低。旋涂法制膜厚度可通过溶液浓度、粘度、溶剂挥发性及旋涂设备转速等可控地进行调节。研究者运用不同的流体运动方程、边界条件及连续性方程建立起多个模型（包括理想化力学模型、溶剂挥发模型、温度梯度模型及边界模型四类）和估算公式。这些公式为实际应用时选择适当的工艺条件提供了理论指导。旋涂法制备超薄膜的优势在于膜厚均匀可控，耗时较短，制备条件温和（常温），设备结构简单且易于操作。