压力延迟渗透膜技术

ＰＲＯＧＲＥＳＳＩＮＣＨＥＭＩＳＴＲＹ化学进展ＤＯＩ：１０虞源等：压力延迟渗透膜技术综述与评论化学进展，２０１５，２７（１２）：１８２２～１８３２·１８２３·２Ｒｅｖｉｅｗ化学进展·１８２４·ＰｒｏｇｒｅｓｓｉｎＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，２０１５，２７（１２）：１８２２～１８３２力延迟渗透膜技术的操作过程与发电原理、膜结构与性能改善、应用等方面的研究进展进行全面综述。２压力延迟渗透过程２虞源等：压力延迟渗透膜技术综述与评论化学进展，２０１５，２７（１２）：１８２２～１８３２·１８２５·苦盐水分散。该闭合系统的关键在于设计了以铁⁃柠檬酸钠络合物为溶质的新型汲取液，其可通过乙醇沉淀的方法加以再生。其次，ＰＲＯ系统可引入双级结构。如图４（ａ）所示，Ａｌｔａｅｅ等［１２］提出将两段ＰＲＯ过程串联而成，第一阶段供给液为苦咸水或淡水，汲取液为海水，第二阶段供给液为废水，而汲取液为第一阶段产生的稀释海水。结果表明第一阶段当Δｐ＝Δπ／２时，能量密度最大；第二阶段当Δｐ＝Δπ／１Ｒｅｖｉｅｗ化学进展·１８２６·ＰｒｏｇｒｅｓｓｉｎＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，２０１５，２７（１２）：１８２２～１８３２力，且污染后水通量下降得更少，清洗后水通量的恢复率更高［１６～２０］。而ＰＲＯ过程中膜取向对性能的影响可以参照ＦＯ过程加以简单预测，但两者存在差异。为了准确了解膜取向的影响，Ｓｈｅ等［１４］测试了两种模式下三醋酸纤维素ＰＲＯ膜的水通量和能量密度随供给液浓度的变化。结果显示当供给液为１０ｍＭＮａＣｌ时，ＰＲＯ模式的水通量和能量密度较高。当供给液浓度提高时，两种模式的差别变小甚至可以忽略不计。ＰＲＯ过程在ＦＯ模式下的低水通量论证了在该膜取向下的稀释型内浓差极化比ＰＲＯ模式下的浓缩型内浓差极化更严重，这与ＦＯ过程是一致的。总体上，ＰＲＯ模式（即ＡＬ⁃ＤＳ取向）具有更好地机械稳定性和高的能量密度，更适合于ＰＲＯ过程，而ＦＯ模式（即ＡＬ⁃ＦＳ取向）更适合于具有高浓度或高污染倾向的供给液。图５ＰＲＯ过程中的膜取向：（ａ）活性层朝向汲取液一侧（ＡＬ⁃ＤＳ）；（ｂ）活性层朝向进料液一侧（ＡＬ⁃ＦＳ）［２１］Ｆｉｇ．５ＭｅｍｂｒａｎｅｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｉｎＰＲＯｐｒｏｃｅｓｓ：（ａ）ａｎａｃｔｉｖｅｌａｙｅｒｆａｃｉｎｇｄｒａｗｓｏｌｕｔｉｏｎ；（ｂ）ａｎａｃｔｉｖｅｌａｙｅｒｆａｃｉｎｇｆｅｅｄｓｏｌｕｔｉｏｎ［２１］３压力延迟渗透膜压力延迟渗透法可获取的能量密度正比于过膜外压和水通量［４］，直接决定于压力延迟渗透膜的结构和性能。因此，设计和制备结构优异、性能优良的压力延迟渗透膜是压力延迟渗透技术的核心和关键。早期的ＰＲＯ过程难以取得令人满意的效果就是因为缺乏有效的半透膜。Ｌｏｅｂ等曾将反渗透膜直接用于ＰＲＯ过程，但由于严重的内浓差极化现象而无法获得理想的性能。他们认为降低膜厚度能减小内浓差极化现象，经试验发现，当去除反渗透膜中的无纺布层后，渗透通量可达到之前的６倍［２２］。此后，研究者们逐步认识到支撑层的膜孔结构（一般用膜结构参数来表示）对ＰＲＯ性能的影响。膜结构参数可用Ｓ表示，Ｓ＝ｔτε，其中ε、τ、ｔ分别为膜的孔隙率、弯曲度、厚度。理论和实验结果估计理想的结构参数应小于１５００μｍ，而ＰＲＯ膜还要求盐截留率高、水通量高、内浓差极化低、耐ｐＨ和耐氯性、机械稳定性和性能持久。目前市场上以三醋酸纤维素膜和薄膜复合膜为主流ＰＲＯ膜，而聚苯咪唑和纤维素酯基膜也逐渐应用于实验室研究中［６，２２］。根据膜组件划分，ＰＲＯ膜可分为平板膜、螺旋卷式膜和中空纤维膜，其中中空纤维膜组件应用最为广泛［２３］，而平板膜和螺旋卷式膜应用较少［２４］。３