用于海水淡化的超疏水耐污染透湿膜的制备与性能调控
发布时间：2021-07-07 23:58
膜蒸馏式海水淡化（MD）是热驱动的膜式海水淡化技术。海水淡化过程依赖于憎水性多孔隔膜起到“透气不透水”的作用实现产水。在运行过程中污染物会使膜材料本身性能下降,从而导致系统的产水量降低;污染也会导致膜从疏水变成亲水而产生润湿渗透现象。因此膜材料本身的性能是制约膜蒸馏式海水淡化高效稳定运行的关键因素。一般说来,用于膜蒸馏的膜应满足:（1）较低的传质阻力以满足产水量的要求;（2）本身具有较低的导热以减少热量损失;（3）疏水微孔膜。另外,薄膜应具有良好的热稳定性和良好的抗污染性以期实现海水淡化高效稳定地运行。低导热膜可以降低海水淡化过程中膜的热损失,但其对海水淡化性能的影响需要系统的研究。疏水膜在真实海水淡化过程中耐污染的作用及其机理也尚不清楚。上述问题严重影响了膜蒸馏式海水淡化的商用应用前景。膜润湿是限制膜蒸馏工业化发展的主要因素。海水成分复杂,当含有机或无机污染物的进料液附着在膜表面时,膜孔极易被润湿并堵塞膜孔,最终导致膜侧浓差极化严重,传质推动力下降,膜渗透通量减少。针对上述问题,本文进行了以下几方面的研究:第一,首先制备了一种用于海水淡化的低导热复合聚偏氟乙烯（PVDF）/二氧化硅（...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：135 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
太阳能蒸馏法工作原理图
第一章绪论31.2.1.2低温多效法(MED)图1-2低温多效蒸馏法工作原理图Fig.1-2SchematicdiagramofMulti-effectdistillation(MED)低温多效法(MED)在一系列压力递减的蒸发室中进行，蒸发室的个数即为效数，一般为7效以上。图1-2为工作示意图[6]，在各个蒸发室内都安装多排蒸发管束，蒸发管束的传热性能优异，且有较好的机械强度。海水首先从每个蒸发室的顶部喷洒到排列的蒸发管束上，由于重力的作用，海水在沿着蒸发管束自上而下流动的过程中吸收蒸发管表面的热量，温度逐渐升高，部分海水蒸发成水蒸气；蒸发管内部的蒸气由于放热，而逐渐被冷凝生成淡水。前一个蒸发室中生成的二次蒸汽在经过除杂（如盐类等物质）后，又进入到下一效的蒸发管束上，用作下一效中蒸发管内的加热蒸汽。随着蒸气运输的方向，各蒸发室内的温度和压力也逐渐下降。仅有第一效蒸发管束中的冷凝水会回流到蒸汽发生器，剩余各效的冷凝水即为淡水。通过改变蒸发室内的实际压力，MED可以在较低的温度(<70°C)下实现海水的循环蒸发和冷凝。MED的优点是节约能量，且有较高的热利用率。但缺点是仅仅适用于大中规模以上的工业应用，而且设备复杂，锅炉的结垢也比较严重，较难实现小型化。1.2.1.3多级闪蒸法(MSF)工作原理如图1-3所示[7,8]，海水首先流经位于蒸发室顶部的冷凝管束中，在闪蒸室内，海水被闪蒸室中各级产生的逐渐加热的蒸汽预热，然后到达盐水加热器中。在加热器中海水可以被加热到最高温度(90～115°C)，并被送到第一级闪蒸室。闪蒸室中的压力将低于对应于海水的饱和蒸汽压，海水因此迅速沸腾，直到温度下降到沸点时，部分海水将蒸发。所产生的蒸气被除雾装置除去溶解的盐。最后，在顶部入口的冷凝管表面冷凝后，可收集到淡水。未蒸发的海水由于温度较低，会流
华南理工大学博士学位论文4室内继续闪蒸过程，因此重复的蒸发和冷凝过程可以继续产生淡水。作为循环MSF系统中最关键的预处理步骤，脱气可以去除水中溶解的氮气，氧气和二氧化碳。这些气体的导热性相对较差，这会降低冷凝管束内部的传热效率，而氧气和二氧化碳又会进一步腐蚀设备。MSF的缺点是能耗较高，设备复杂且庞大，难以实现小型化。图1-3多效闪蒸法工作原理图Fig.1-3SchematicdiagramofMulti-stageflash(MSF)distillation1.2.1.4压汽蒸馏法(VC)压汽蒸馏(VC)的原理如下：首先将蒸发器内的海水蒸发出来的蒸气通过压缩机进行绝热压缩，由于气体被压缩时温度会升高，因此该蒸气的温度、压力和热焓都将增加，然后再次被送回蒸发器内的加热室，可以用作加热蒸汽，使得蒸发器内的海水继续蒸发，加热蒸汽则被冷凝成液态的水。此方法可以充分利用蒸气的潜热。工作原理如图1-4[9,10]。图1-4压气蒸馏法工作原理图Fig.1-4Schematicdiagramofvaporcompression(VC)distillationVC的优点是可充分利用蒸汽冷凝热，热功利用率高。但缺点也很明显，对海水进
本文编号：3270622
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：135 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
太阳能蒸馏法工作原理图
第一章绪论31.2.1.2低温多效法(MED)图1-2低温多效蒸馏法工作原理图Fig.1-2SchematicdiagramofMulti-effectdistillation(MED)低温多效法(MED)在一系列压力递减的蒸发室中进行，蒸发室的个数即为效数，一般为7效以上。图1-2为工作示意图[6]，在各个蒸发室内都安装多排蒸发管束，蒸发管束的传热性能优异，且有较好的机械强度。海水首先从每个蒸发室的顶部喷洒到排列的蒸发管束上，由于重力的作用，海水在沿着蒸发管束自上而下流动的过程中吸收蒸发管表面的热量，温度逐渐升高，部分海水蒸发成水蒸气；蒸发管内部的蒸气由于放热，而逐渐被冷凝生成淡水。前一个蒸发室中生成的二次蒸汽在经过除杂（如盐类等物质）后，又进入到下一效的蒸发管束上，用作下一效中蒸发管内的加热蒸汽。随着蒸气运输的方向，各蒸发室内的温度和压力也逐渐下降。仅有第一效蒸发管束中的冷凝水会回流到蒸汽发生器，剩余各效的冷凝水即为淡水。通过改变蒸发室内的实际压力，MED可以在较低的温度(<70°C)下实现海水的循环蒸发和冷凝。MED的优点是节约能量，且有较高的热利用率。但缺点是仅仅适用于大中规模以上的工业应用，而且设备复杂，锅炉的结垢也比较严重，较难实现小型化。1.2.1.3多级闪蒸法(MSF)工作原理如图1-3所示[7,8]，海水首先流经位于蒸发室顶部的冷凝管束中，在闪蒸室内，海水被闪蒸室中各级产生的逐渐加热的蒸汽预热，然后到达盐水加热器中。在加热器中海水可以被加热到最高温度(90～115°C)，并被送到第一级闪蒸室。闪蒸室中的压力将低于对应于海水的饱和蒸汽压，海水因此迅速沸腾，直到温度下降到沸点时，部分海水将蒸发。所产生的蒸气被除雾装置除去溶解的盐。最后，在顶部入口的冷凝管表面冷凝后，可收集到淡水。未蒸发的海水由于温度较低，会流
华南理工大学博士学位论文4室内继续闪蒸过程，因此重复的蒸发和冷凝过程可以继续产生淡水。作为循环MSF系统中最关键的预处理步骤，脱气可以去除水中溶解的氮气，氧气和二氧化碳。这些气体的导热性相对较差，这会降低冷凝管束内部的传热效率，而氧气和二氧化碳又会进一步腐蚀设备。MSF的缺点是能耗较高，设备复杂且庞大，难以实现小型化。图1-3多效闪蒸法工作原理图Fig.1-3SchematicdiagramofMulti-stageflash(MSF)distillation1.2.1.4压汽蒸馏法(VC)压汽蒸馏(VC)的原理如下：首先将蒸发器内的海水蒸发出来的蒸气通过压缩机进行绝热压缩，由于气体被压缩时温度会升高，因此该蒸气的温度、压力和热焓都将增加，然后再次被送回蒸发器内的加热室，可以用作加热蒸汽，使得蒸发器内的海水继续蒸发，加热蒸汽则被冷凝成液态的水。此方法可以充分利用蒸气的潜热。工作原理如图1-4[9,10]。图1-4压气蒸馏法工作原理图Fig.1-4Schematicdiagramofvaporcompression(VC)distillationVC的优点是可充分利用蒸汽冷凝热，热功利用率高。但缺点也很明显，对海水进
本文编号：3270622
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