分离膜与膜过程国家重点实验室、生物化工研究所 刘治宇
近日，我校膜国家重点实验室生物化工研究所吕晓龙研究员带领研究团队团队在膜蒸馏过程设计方面取得新进展，他们采用在AGMD过程耦合减压膜蒸馏（VMD）原理的方法，设计出减压辅助气隙膜蒸馏（VA-AGMD）过程。相关研究成果以“Experimental study of the optimal vacuum pressure in vacuum assisted air gap membrane distillation process”为题发表在Elsevier出版社三大化工分离期刊之一《Desalination》杂志上（Desalination，2017，414，63~72）。
众所周知，空气等不凝气体在水溶液中有一定的溶解度。这样，当膜蒸馏发生时，料液中的不凝气会被水蒸气夹带进入膜孔，进而增加水蒸气分子的跨膜传质阻力。在气隙膜蒸馏（AGMD）过程中，跨过膜孔的不凝气，会被水蒸气夹带进入气隙中，随后水蒸气会在冷凝面上不断冷凝，但无法冷凝的不凝气将保留在气隙中进而富集，这一方面增加水蒸气在气隙中的传质阻力，另一方面对蒸汽的冷凝传热造成不良影响。以上情况，均削弱膜蒸馏过程的传热传质，从而降低膜蒸馏过程的性能。
针对上述问题，该研究团队在对气隙膜蒸馏（AGMD）过程的理论和气隙膜蒸馏组件的结构特点进行详细分析之后，采用在AGMD过程耦合减压膜蒸馏（VMD）原理的方法，设计减压辅助气隙膜蒸馏（VA-AGMD）过程，通过减压辅助作用，一方面移除AGMD过程中的不凝气，另一方面增加水蒸气的跨膜压差，从而显著提升AGMD过程性能。对VA-AGMD过程的理论分析发现，当气隙中的压力达到或低于冷料液的温度所对应的饱和蒸汽压时，水蒸气无法在冷凝面上冷凝，只能被真空泵抽离出膜组件，导致AGMD过程转变为没有热量回用功能的VMD过程。因此在兼顾AGMD过程的膜蒸馏通量、造水比的情况下，研究出了气隙中的最优真空度。该VA-AGMD过程，能够显著提升膜蒸馏过程的性能。该研究对促进膜蒸馏技术的发展，具有重要意义。
(a) 合适的真空度(b) 过大的真空度
图1. 真空度对VA-AGMD过程的影响示意图
(a) J(b) GOR
图2. 不同热料液温度下真空度对VA-AGMD过程性能的影响
该研究工作得到了国家自然科学基金、天津市科技支撑项目和天津市科技计划等基金的支持。（审核：膜国家重点实验室 何本桥）
文章链接：
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0011916417301285