文 献 综 述

1. 渗透汽化技术的研究背景

膜分离技术是一项新兴的高效分离技术，具有分离系数大、操作温度接近室温、能耗低、操作简单、环境友好等一系列优点，已广泛应用于各大领域，在海水、苦咸水淡化，饮用水净化，超纯水制备，电站锅炉补给水的供应，气体净化以及石油化工、医药、冶金、食品轻工、生物产品的分离、提纯和浓缩等方面发挥了巨大的作用^[1-2]。

与传统的分离工艺相比，渗透汽化(Pervaporation，简称PV)作为一种新型膜分离技术^[3]，具有高效、节能、环境友好、过程易控制、便于放大与集成等优点。渗透汽化不受气液相平衡的限制，主要依赖各组分在膜内的溶解（吸附）-扩散速率的差异达到分离的目的，对传统分离方法难以分离的热敏体系、恒沸体系的分离具有相当大的优越性^[4]。此外，渗透汽化技术在经济、技术方面对于有机溶剂中微量水的脱除、废水中少量有机污染物的去除，以及有机物水混合液中高价稀有组分的回收等都具有明显的优势^[5]。因此，在当今世界能源短缺和环境污染日益严重的情况下，渗透汽化膜分离技术受到世界各国的高度重视，已被公认为二十一世纪最有前途的工业技术之一。我国渗透汽化技术的研究始于20世纪80年代中期。目前已经进入工业化推广应用阶段。目前渗透汽化(PV)已在醇类精制（脱水）等方面实现工业化。

渗透汽化是在液体混合物中组分蒸汽压差推动下,利用组分通过膜的溶解与扩散速率的不同来实现分离的过程。在分离操作过程中，原料液先进入到膜组件，然后流过膜表面，膜的另一侧通过抽真空保持较低的压力，由于原料液中各组分透过膜的速率不同，混合物中易渗透组分会优先吸附在膜表面，并经膜孔扩散通过膜层，然后在膜的另一侧汽化，蒸汽通过冷阱时被冷凝收集，从而实现不同组分的分离。渗透汽化膜性能常采用渗透通量（J）和分离因子（α）两个参数评价，其表达式分别为：

（2）

式中w为透过膜的组分的质量，kg；A为有效膜面积，m²；Δt为操作时间，h；y_e和y_w分别表示渗透侧乙醇和水的质量分数，x_e和x_w分别表示料液中乙醇和水的质量分数。渗透汽化过程要求膜分离选择性好、渗透通量大，而在实际情况下，膜的这两个性能指标通常不可兼得。因此，在膜的制备与膜应用过程当中应根据具体需要对这两项指标进行优化。而且对于渗透汽化膜来说，长期稳定性是其能够实现工业化的重要基础。

2. 分子筛膜概述

膜是膜分离过程中最关键的因素，相比目前工业化常用的有机膜，无机膜耐高温、耐有机溶剂、耐生物降解、耐氯化物和强酸强碱溶液、机械稳定性较好、不易老化、使用寿命较长等优点使其具有无可比拟的优势，因而获得越来越广泛的关注^[6]。沸石分子筛膜是将分子筛以膜的形式加以利用,也就是在支撑体上制备一层(或多层)连续、致密的分子筛而得到的。沸石分子筛膜是最近十多年发展起来的一种新型无机膜，它利用了沸石分子筛孔径均一、孔道呈周期性排列的结构特点，具备分子筛分性能，并且比表面积大，吸附能力强。已广泛用于膜渗透汽化液体分离，生化产品分离，环境保护等领域。沸石分子筛膜已成为微孔无机膜材料的重要发展方向之一,正受到人们的极大的重视,成为新一轮技术竞争的热点^[7]。

2.1 MFI型分子筛膜概述