淺析膜分離技術(shù)在化工領(lǐng)域的應(yīng)用

邊雯雯

河南醫(yī)藥技師學(xué)院 河南 開封 475000

一、膜分離技術(shù)的基本概述

膜分離技術(shù)是指在在分子水平上,具有不同粒徑大小的混合物質(zhì)通過具有選擇透過性的半透膜時(shí),粒徑小的物質(zhì)通過半透膜,而粒徑較大的物質(zhì)被半透膜截留,從而實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的分離。半透膜又稱為濾膜或者分離膜,膜上布滿了一定尺寸的小孔。我國(guó)的膜分離技術(shù)從1958年開始,20世紀(jì)60年代進(jìn)入了開創(chuàng)階段,緊接著開始了對(duì)反滲透的研究探索。隨著全球?qū)Ｋ娜找嬷匾?我過更加大了對(duì)膜分離技術(shù)的研究,膜分離技術(shù)也得到了近一步的探索。20世紀(jì)70年代,我過相繼研發(fā)出來(lái)很多膜和組器,諸如微濾膜、反滲透膜、超濾膜和電滲析膜等。20世紀(jì)80年代,我國(guó)的膜技術(shù)應(yīng)用于人體組織器官的制造中。

通常來(lái)說(shuō),膜系統(tǒng)一般由回流部分和透析部分組成,對(duì)于特定的半透膜,其膜孔透析能力是一定的。在透析過程中,混合物質(zhì)中小于膜截留分子量的物質(zhì)將穿過半透膜進(jìn)入透析液中,而大于膜截留分子量的物質(zhì)將被攔截而留在回流液中,從而實(shí)現(xiàn)混合物質(zhì)的分離。

二、膜分離技術(shù)在的化工領(lǐng)域應(yīng)用

1、在水處理過程中的應(yīng)用。通常來(lái)說(shuō),在石油、天然氣等化工生產(chǎn)過程中,工藝用水的加工極其重要。就水的用途而言,水質(zhì)被分為若干級(jí)別,包括生活用水、設(shè)備用水、處理油田回注用水、鍋爐給水等。膜分離技術(shù)的出現(xiàn)及日趨成熟,極大的促進(jìn)了水處理技術(shù)的升級(jí)。其中,微濾膜、反滲透膜和超濾膜牢牢占據(jù)著極大的市場(chǎng)份額。

1.1 苦咸水和海水的淡化 由于世界的水資源分布的不均衡,很多地方的可飲用淡水極其匱乏,而海水淡化成為了獲取飲用水的唯一途徑。但采用傳統(tǒng)工藝處理海水能耗較高,帶來(lái)了較高的成本問題。反滲透技術(shù)以其低能耗的特點(diǎn),迅速成為海水淡化領(lǐng)域的寵兒,成為了海水淡化的主要途徑。如今,通過反滲透技術(shù)處理的淡水量占總淡水處理量的25%以上,

1.2 油田回注水處理 在原油開采過程中,采出水成分復(fù)雜,含有很多原油成分,鹽分及驅(qū)油劑成分。通過膜滲透技術(shù)對(duì)采出水進(jìn)行處理,不僅處理效率高,同時(shí)能將處理過后的水進(jìn)行二次回注。一舉兩得。

2、在有機(jī)溶劑混合物分離過程中的應(yīng)用。在特定需要下,膜分離技術(shù)還可以應(yīng)用于混合有機(jī)溶劑的分離。在傳統(tǒng)工藝中,人們一般采用蒸餾法對(duì)有機(jī)溶劑混合物進(jìn)行分離純化,但這種方法能耗較高,設(shè)備龐大,工藝復(fù)雜,有時(shí)候還需要加入其他試劑,更加加大了混合溶劑分離的難度,也對(duì)分離物的純度造成一定的影響。而膜分離技術(shù)在很大程度上克服了蒸餾法的弊端。現(xiàn)代膜分離技術(shù)一般分為蒸汽滲透膜和滲透汽化膜。在分離過程中,蒸汽滲透膜的分離效果僅僅取決于滲透物質(zhì)和膜組分之間相互作用關(guān)系,而不受熱力學(xué)平衡限制,因而能對(duì)恒沸物和近沸物進(jìn)行分離操作。近年來(lái),無(wú)機(jī)膜分離技術(shù)迅速發(fā)展,較之高分子膜,無(wú)機(jī)膜有如下優(yōu)點(diǎn)：化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,不易分解,孔徑均一,分離效率高,耐高溫、不易溶脹等。當(dāng)然,無(wú)機(jī)膜也存在著脆性大,制作要求高,成本高等缺點(diǎn)。

3、在氣體分離中的應(yīng)用。氣體分離膜技術(shù)從上世紀(jì)70年代得以發(fā)展。相較于傳統(tǒng)的氣體分離技術(shù),該技術(shù)具有無(wú)相變、能耗低、設(shè)備簡(jiǎn)易等優(yōu)勢(shì),因而得到廣泛的應(yīng)用。隨著科研人員的近一步研究,如今,越來(lái)越多的目光投入到了傳統(tǒng)分離技術(shù)和氣體膜的結(jié)合。

3.1 空氣分離富氧技術(shù) 在當(dāng)前的技術(shù)條件下,空氣分離富氧技術(shù)更多的應(yīng)用于石油化工領(lǐng)域,通過將富氧空氣加入到煤氣中,能夠極大提高煤氣的的氣化強(qiáng)度,從而減少煤氣使用量,降低生產(chǎn)成本。在催化氧化反應(yīng)過程中,空氣分離富氧技術(shù)能夠使產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量得到很大提升,提高反應(yīng)效率。

富氧空氣的制備,可以通過變壓吸附法、深冷法和空氣分離富氧法。其中,空氣分離富氧技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)制取氧氣體積小于40%,具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

3.2 天然氣脫濕 隨著世界對(duì)環(huán)境保護(hù)的愈發(fā)重視,傳統(tǒng)的化工燃料,如煤炭,正逐步被新型環(huán)保燃料所取代。天然氣作為一種新型的清潔能源,需求量日益增加。但天然氣從地層采出過程中,會(huì)含有一定量的水蒸氣,這部分水蒸氣可以凝結(jié)成冰,造成管路堵塞,具有很大的安全隱患。另外,水蒸氣還會(huì)使得管路中酸性氣體對(duì)管路的腐蝕作用加強(qiáng),造成管路老化,破損,增加了安全隱患和設(shè)備成本。因此,出去天然氣中的水分顯得十分重要。傳統(tǒng)的天然氣脫濕,是采用吸收劑對(duì)天然氣中的水分進(jìn)行吸收。之后對(duì)吸收劑進(jìn)行閃蒸,將吸收劑回收。但是,在吸收劑閃蒸回收過程中,吸收劑中的一些有機(jī)物會(huì)被蒸發(fā)氣化,隨水蒸氣一起排放到大氣中,造成環(huán)境污染。而膜分離技術(shù)成為了解決上述問題的法寶。4.在農(nóng)藥化工中的應(yīng)用。我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó),而害蟲、病菌和雜草是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的三大天敵,農(nóng)藥則是應(yīng)對(duì)天敵的法寶。在農(nóng)藥的制備過程中,膜分離技術(shù)滲透到分離、濃縮、提純等各個(gè)環(huán)節(jié)。與傳統(tǒng)的蒸餾萃取等技術(shù)相比,膜分離技術(shù)具有無(wú)相變、無(wú)二次污染、操作簡(jiǎn)單的無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。使用膜分離技術(shù),通過合理整合各個(gè)環(huán)節(jié)的技術(shù),可以大幅提高生產(chǎn)效率,降低生產(chǎn)成本,實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。目前,膜分離技術(shù)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)農(nóng)用抗生素,草甘膦生產(chǎn)以及IDA 母液的除鹽濃縮及廢水中IDA的回收。

三、展望

相較于傳統(tǒng)的分離技術(shù),膜分離技術(shù)有著得天獨(dú)厚的天然優(yōu)勢(shì)。如：能耗低、操作方便、設(shè)備要求簡(jiǎn)單等,因而自問世以來(lái),受到了廣泛的關(guān)注和研究,在短期內(nèi)得到了迅速的發(fā)展,出現(xiàn)了各種膜技術(shù)和膜材料。當(dāng)然,它也存在著一些弊端,如：如何制備抗污染的材料、如何對(duì)膜材料進(jìn)行有效徹底的清理、如何對(duì)膜進(jìn)行改性等。我相信,隨著科研人員的不斷探索,膜分離技術(shù)一定能夠更加完善,更加成熟。