滲透蒸發膜

滲透蒸發是近十幾年中頗受人們關注的膜分離技術。滲透蒸發是指液體混合物在膜兩側組分的蒸氣分壓差的推動力下，透過膜並部分蒸發，從而達到分離目的的一種膜分離方法。可用於傳統分離手段較難處理的恆沸物及近沸物系的分離。具有一次分離度高、操作簡單、無污染、低能耗等特點。

滲透蒸發的實質是利用高分子膜的選擇性透過來分離液體混合物。由高分子膜將裝置分為兩個室，上側為存放待分離混合物的液相室，下側是與真空系統相連接或用惰性氣體吹掃的氣相室。混合物通過高分子膜的選擇滲透，其中某一組分滲透到膜的另一側。由於在氣相室中該組分的蒸氣分壓小於其飽和蒸氣壓，因而在膜表面汽化。蒸氣隨後進入冷凝系統，通過液氮將蒸氣冷凝下來即得滲透產物。滲透蒸發過程的推動力是膜內滲透組分的濃度梯度。由於用惰性氣體吹掃涉及大量氣體的循環使用，而且不利於滲透產物的冷凝，所以目前一般都採用真空氣化的方式。

對於滲透蒸發膜來說，是否具有良好的選擇性是首先要考慮的。基於溶解擴散理論，只有對所需要分離的某組分有較好親和性的高分子物質才可能作為膜材料。如以透水為目的的滲透蒸發膜，應該有良好的親水性，因此聚乙烯醇(PVA)和醋酸纖維素(CA)都是較好的膜材料；而當以透過醇類物質為目的時，憎水性的聚二甲基硅氧烷(PDMS)則是較理想的膜材料。

對於二元液體混合物，要求膜與每一組分的親和力有較大的差別，這樣才有可能通過傳質競爭將兩組分分開。滲透過程取決於組分與膜之間的相互作用，這種作用因素可歸納為4個方面：色散力、偶極力、氫鍵和空間位阻。

用於製備滲透蒸發膜的材料大體上可分為兩類：一類是天然高分子物質，另一類是合成高分子物質。

天然高分子膜主要包括醋酸纖維素(CA)、羧甲基纖維素(CMC)、膠原、殼聚糖等。這類膜的特點是親水性好，對水的分離係數高，滲透通量也較大，對分離醇-水溶液很有效。但這類膜的機械強度較低，往往被水溶液溶脹后失去機械性能。如羧甲基纖維素是水溶性的，只能分離低濃度的水溶液。採用加入交聯劑的方法可以增強膜的機械性能，但同時會降低膜性能，即使經過交聯處理的膜，經長時間使用后也會逐步失去其最初的較優良的分離性能。由於上述原因，用天然高分子材料製備的滲透蒸發膜的適用性受到很大限制，近年來逐步被合成高分子材料所取代。

用於製備滲透蒸發膜的合成高分子材料包括聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PSt)、聚四氟乙烯(PTFE)等非極性材料和聚乙烯醇(PVA)，聚丙烯腈(PAN)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)等極性材料。非極性膜大多被用於分離烴類有機物，如苯與環已烷、二甲苯異構體，甲苯與庚烷以及甲苯與醇類等，但選擇性一-般較低。

極性膜一般主要用於醇-水混合物的分離。其中聚乙烯醇是最引人注目的一種分離醇-水混合物的膜材料。聚乙烯醇對水有很強的親和力，而對乙醇的容解度很小，因此有利於對水的選擇吸附。該膜在分離低濃度水-乙醇溶液時有很高的選擇性。但當水的濃度大於40%時，膜溶脹加劇，導致選擇性大幅度下降。

滲透蒸發作為一種無污染、高能效的膜分離技術已經引起廣泛的關注。該技術最顯著的特點是很高的單級分離度，節能且適應性強，易於調節。滲透蒸發膜分離法已在無水乙醇的生產中實現了工業化。與傳統的恆沸精餾製備無水乙醇相比．可大大降低運行費用，且不受汽-液平衡的限制。

除了以上用途外，滲透蒸發膜在其他領域的應用尚都處在實驗室階段。預計有較好應用前景的領域有：工業廢水處理中採用滲透蒸發膜去除少量有毒有機物(如苯、酚、含氯化合物等)；在氣體分離、醫療、航空等領域用於富氧操作；從溶劑中脫除少量的水或從水中除去少量有機物；石油化工工業中用於烷烴和烯烴、脂肪烴和芳烴、近沸點物、同系物、同分異構體等的分離等。