渗透气化膜分离技术

渗透气化是由渗透和气化组成的一个名词。也叫作透过气化簇。如果出现不准液体分子透过，而只准气体分子透过的膜，就称为渗透气化膜，它可以利用减压蒸馏的原理只取出气化的成分。若要取出溶解在液体中的气体，其研究之一是用有机硅制造的人工鳃，纤维高分子研究所正从事这方面的研究。

渗透气化的基本原理渗透气化是具有相变化的膜分离过程，渗透气化过程中的传质推动力为膜两侧的浓度差或表现为两侧被渗透组分的分压差，任何能产生这种推动力的技术都可用来实现渗透气化过程。在渗透气化过程中，膜的上游侧压力一般维维持常压，而膜的下游侧有三种方式维持组分的分压差：

1)油体混合物的渗透气化是最常见的—种；它寸以靠渗透侧的高真空来维持组分的分压差。

2)液体混合物渗透气化也可以靠惰性气体吹扫透过侧，将被渗透组分带走，以维持渗透组分的分压差。

3)采用渗透侧以冷凝器连续冷却方式，靠温度差造成分压差；

其中真空渗透气化的方法比较简单，一般实验室常采用，而工业上大都采用热渗透气化法，三种不同形式的渗透气化可适用于不同的场合。渗透气化(又称渗透蒸发)的基本原理可以用溶解扩散理论来解释，该理论认为渗透气化由以下三步组成：

1)原料混合物中各组分溶解于混合物接触的膜表层中；

2)溶解于膜表层的渗透组分以分子扩散的方式通过膜而到达膜的另—面；

3)在膜的另一表面，膜中的渗透组分蒸发(气化)解吸而脱离膜。1

渗透气化的特点1、渗透气化最显著的优点是单级分离度很高，一级分离系数可高达1000；渗透气化最大的缺点是渗透通量小，一般不超过1000g(m2·h)，有时仅为100-200g/(m2·h)。

2、渗透气化操作过程中，蒸发耗能可忽略不计，由低温冷凝所消耗的能量也很小，和通常的分离手段相比，是一个很经济的分离过程，一般比精馏法节能1/2-2/3。

3、渗透气化工艺适应性强，无共沸现象，脱水容易，易于调节，对产品质量控制手段简单可靠，开工和停车程序简单易行。

4、渗透气化是发生相变的一种膜分离过程，PV过程不需加人第三组分，它具有污染少其至无污染的优点。

影响渗透气化的主要因素1、膜材料、结构以及被分离组分的物理化学性质。膜材料的选择是一个关键问题，膜材料中的官能团和渗透组分之间存在着相互的亲和力。使者达到某种平衡状态， 才会使渗 透气化处于最佳分离水平。

2、温度的影响。研究表明渗透气化速度和操作温度T之间的关系，操作温度高时，渗透气化速率降低。

3、料液浓度的影响。PV膜的选择性随原料液浓度变化，在渗透气化的设计中起重要作用。

4、分压差的影响。对渗透气化分离特性影响甚大的操作因素是膜的渗透侧的压力，即气相边渗透组分的分压。气相边渗透组分分压的降低，总是引起渗透通量的增加，这是由传质推动力的增加而引起的。而上游(即液相)侧的压力对分离影响则不大。

5、膜厚度的影响。随着膜厚度的增加传质阻力则加大。1

渗透气化膜的分类按渗透气化膜材料来分，一般可分为无机膜和有机高分子膜两大类。根据膜结构形态分则有以下几种：

1、对称膜(或称均质膜)。这种膜的孔径在1nm以下，膜结构呈致密无孔状，成膜方法多采用自然蒸发凝胶法。这类膜选择性好、耐压，但其结构致密，流动阻力大，通量往往偏小。

2、非对称膜。这种膜由同一种材料的活性皮层(约0.1~1μm厚)及多孔支撑层构成。其中活性层保证膜的分离效果，而多孔支撑层减少膜的传质阻力。这种膜成膜方法是用索里拉金的流延法。

3、复合膜。复合膜是将超薄的致密活性层附在一层多孔、惰性但结构稳定的支撑层上，最下面再附以一层增强纤维布，这样既由于致密层的变薄增加了渗透速率，又有足够的机槭强度。由于复合膜使用不同的材料，可以满足不同方面的要求，因此它是开发渗透气化膜的主要方向。

渗透气化膜的制备渗透气化膜的制备方祛与RO和UF膜的制法相类似，现以常用的聚乙烯醇(PVA)膜为例：

1) PVA均质膜制法。先配制一定浓度的PVA水溶液，经脱泡后在水浴，上加热至60-70℃，然后在洁净的玻璃板上刮膜，并在室温或高于室温的无尘箱中干燥，最后将该膜置于一定温度下的交联浴中处理一定时间，再用蒸馏水洗涤残余的交联液，即制得均质膜。

2) PVA 复合膜制法。首先制得聚砜底膜(溶剂为DMF，添加剂为PEG)，再配制PVA 稀水溶液，用砂滤器过滤后，采用浸渍法或涂布法在聚砜底膜上形成皮层(由PVA 浓度控制其厚度)。然后在一定温度下干燥，再二次涂敷、干燥，即制得复合膜。1

本词条内容贡献者为:

王宁 - 副教授 - 西南大学