膜蒸馏热效率

『壹』 与蒸馏相比，膜蒸馏有哪些特点

蒸馏是一种热力学的分离工艺，它利用混合液体或液-固体系中各组分沸点不同，使低沸点组分蒸发，再冷凝以分离整个组分的单元操作过程，是蒸发和冷凝两种单元操作的联合。与其它的分离手段，如萃取、过滤结晶等相比，它的优点在于不需使用系统组分以外的其它溶剂，从而保证不会引入新的杂质。

膜蒸馏（MD）是膜技术与蒸馏过程相结合的膜分离过程，它以疏水微孔膜为介质，在膜两侧蒸气压差的作用下，料液中挥发性组分以蒸气形式透过膜孔，从而实现分离的目的。与其他常用分离过程相比，膜蒸馏具有分离效率高、操作条件温和、对膜与原料液间相互作用及膜的机械性能要求不高等优点。

膜蒸馏技术有很多特点：
（1）膜蒸馏过程几乎是在常压下进行，设备简单、操作方便，在技术力量较薄弱的地区也有实现的可能性；
（2）在非挥发性溶质水溶液的膜蒸馏过程中，因为只有水蒸汽能透过膜孔，所以蒸馏液十分纯净，可望成为大规模、低成本制备超纯水的有效手段；
（3）该过程可以处理极高浓度的水溶液，如果溶质是容易结晶的物质，可以把溶液浓缩到过饱和状态而出现膜蒸馏结晶现象，是目前唯一能从溶液中直接分离出结晶产物的膜过程；
（4）膜蒸馏组件很容易设计成潜热回收形式，并具有以高效的小型膜组件构成大规模生产体系的灵活性；
（5）在该过程中无需把溶液加热到沸点，只要膜两侧维持适当的温差，该过程就可以进行，有可能利用太阳能、地热、温泉、工厂的余热和温热的工业废水等廉价能源

『贰』 比较膜蒸馏与蒸发的差异，为什么说膜蒸馏与蒸发过程

比较膜蒸馏与蒸发的差异，为什么说膜蒸馏与蒸发过程
（1） 海水淡化
淡水资源短缺成为当今社会一大问题，海水淡化无疑是淡水来源的途径之一。目前从海水或苦咸水获得淡水的主要方法有：电渗析法、蒸发法、多级蒸馏法和反渗透法等。近年来迅速发展起来的蒸馏法与膜法相结合的膜蒸馏技术在海水淡化的应用中获得了成功，可望成为一种廉价高效制取淡水的新方法。利用工业上使用的海水余热或用工业废热加热海水进行膜蒸馏海水淡化，具有成本低、设备简单、操作容易、能耗低等优点，使膜蒸馏技术在诸多海水淡化工程有一定竞争力!
（2） 超纯水的制备
由于膜的疏水性，原则上只允许水蒸气通过微孔，因此能得到很纯的水。用减压膜蒸馏对自来水进行处理后，水质达到微电子工业用高纯度水三级和医用注射水的标准。特别是近来新型高通量无机膜和有机-无机混合膜的开发成功，使得用膜蒸馏制备超纯水变为具有巨大商业潜力的工业手段。
（3） 废水处理
膜蒸馏与其他膜过程相比，其主要优点之一就是可以在极高的浓度条件下运行，即可以把非挥发性溶质的水溶液浓缩到极高的程度，甚至达到饱和状态。张凤君等人采用中空纤维膜蒸馏技术对含酚废水进行了研究，结果使浓度高达5000mg/L的苯酚经处理后可降至50mg/L以下，苯酚的去除率可达95%以上。刘金生等人采用自制中空纤维膜蒸馏组件对油田联合站含甲醇污水进行膜蒸馏处理研究，质量浓度高达10mg/mL的甲醇水溶液经处理后可降至0.03mg/mL一下。
（4） 共沸混合物的分离
膜蒸馏对某些共沸物也能起到分离效果。孔瑛等人研究了用膜蒸馏技术来分离甲酸-水共沸混合物的可能性，结果表明，采用膜蒸馏技术来分离甲酸-水溶液时不存在共沸现象，表明膜蒸馏在分离共沸物方面具有潜在的应用价值。

『叁』 直接接触式膜蒸馏的介绍

膜蒸馏（英文名称membrane distillation）利用高分子膜的多孔性、疏水性、低导热性能而达到水纯化和内溶液浓缩的膜分离技术。直容接接触式膜蒸馏（direct contact membrane distillation）是以混合液中的挥发性组分在多孔疏水膜两侧的蒸汽压差为跨膜推动力的膜分离过程。膜蒸馏技术是膜技术与常规蒸馏过程相结合的产物，作为一种新型的膜分离技术 ,于20世纪60年代中期由M.E .Findley提出，发展始于80年代。膜蒸馏具有分离效率高、操作条件温和、对膜的机械强度要求低等优点。

『肆』 直接接触式膜蒸馏的膜蒸馏技术的原理

膜蒸馏技术传质和传热模型如图所示，当多组分的热流体流过多空膜的热侧。多孔疏水膜内的作用之一是可容将温度和组成不同的两种料液隔开，其二是在膜两侧蒸汽压差的作用下，挥发性的轻组分以蒸汽形式通过膜孔，以扩散形式从膜热侧到达冷侧，冷凝，这就是膜蒸馏的基本过程。需要指出的是所谓冷侧既可以设一与膜保持一定Z距离的冷壁（即间接接触式），也可以不设冷壁直接与冷却水相接（直接接触式）两种冷却方式。膜蒸馏技术以其能常压低温操作、可利用废热等优点，被认为能用于海水淡化、超纯水的制备、非挥发性物质水溶液的浓缩和结晶、回收水溶液中的挥发性物质等方面。

『伍』 太阳能将助力实现海水淡化吗

太阳可以助力实现海水淡化。

美国赖斯大学研究人员在新一期美国《国家科学院学报》上报告说，这是该校纳米技术水处理中心第一项重大创新，结合了膜蒸馏技术与纳米光子学——一层添加了纳米粒子的聚合物材料，能让海水淡化滤膜具备吸收阳光、自行加热海水的功能，使淡化过程无须用电。

『陆』 太阳能或将助力实现海水淡化

太阳能将来可以助力实现海水淡化

在人类面临的众多资源危机中，淡水危机可谓是“老大难”。5年前，由3万多名海洋科技工作者历时8年多完成的“我国近海海洋综合调查与评价”专项显示：我国11个沿海省（自治区、直辖市）所辖的52个沿海城市中，极度缺水的有18个、重度缺水10个、中度缺水9个、轻度缺水9个，近90%的城市存在不同程度缺水问题。面朝大海，这些城市为何缺水如此严重？

一直以来，淡水资源本身的稀缺与海水淡化成本之高昂，使得我们一直无法攻克这一难关。不过，最近听说美国科学家利用普通纳米炭黑粒子，只靠太阳能实现海水淡化，这又是什么操作？

多级闪蒸（图片来源网络）

水在常规气压下，加热到100℃才沸腾成为蒸汽。如果使适当加温的海水进入真空或接近真空的蒸馏室，便会在瞬间急速蒸发为蒸汽。利用这一原理，可以做成多级闪急蒸馏海水淡化装置。

可见，百年以来，人们一直在寻找各种各样的方法淡化海水，以克服淡水资源紧缺的威胁，而我们新闻中所提到的膜蒸馏技术与纳米光子学结合的海水淡化法，则又是新的进步与鼓励，希望我们能早日求得解决之法，不过在这个问题彻底解决之前，小编还是例行提倡：节约用水，人人有责！

『柒』 新的海水淡化技术使海水在几分钟内即可饮用

韩国科学家声称一种新的 海水淡化 技术使海水在几分钟内即可饮用。研究人员使用了一种膜蒸馏工艺，在一个月内实现了 99.9% 的脱盐率。他们表示，如果商业化，该解决方案将有助于缓解因气候变化而加剧的饮用水危机。根据联合国的数据，全世界有超过 30 亿 人受到水资源短缺的影响，每人可用的淡水量在 20 年内减少了五分之一。

这项新研究详细介绍了一种使用纳米纤维膜作为盐过滤器来净化海水的方法。虽然科学家们过去曾使用过膜蒸馏，但他们不断遇到阻碍这一过程的巨大障碍。如果膜变得太湿或被淹没，它就不能再排斥盐分。毋庸置疑，这是一个耗时的过程，迫使科学家们要么等待膜变干，要么想出其他解决方案，例如使用加压空气。

为了克服这一挑战，韩国团队转向一种称为静电纺丝的纳米技术来制造他们的三维膜。用科学术语来说，他们以聚偏二氟乙烯-共六氟丙烯为核心，混合低浓度聚合物的二氧化硅气凝胶为鞘，制成具有超疏水表面的复合膜。从本质上讲，这创造了一个具有更高表面粗糙度和更低热导率的过滤器，使其能够淡化海水长达 30 天。完整的报告发表在《膜科学杂志》上。

“同轴电纺纳米纤维膜在处理海水溶液方面具有强大的潜力，而且不会出现问题，并且可能适用于真正规模的膜蒸馏应用，”韩国土木工程研究所的材料科学家 Yunchul Woo 博士说。建筑技术说。他补充说，该膜可能适用于“中试规模和实际规模的膜蒸馏应用”。

目前，净化海水的主要方法是在全球大约 20,000 家 海水淡化厂通过反渗透。但是这些设施需要大量电力才能运行，并且还会产生作为废物的浓缩 盐水 ，这些废物通常被倾倒回海中。因此，难怪科学家们正在 探索 新解决方案。

『捌』 膜蒸馏的优点

蒸馏是一种热力学的分离工艺，它利用混合液体或液-固体系中各组分沸点不同，使低沸点组分蒸发，再冷凝以分离整个组分的单元操作过程，是蒸发和冷凝两种单元操作的联合。与其它的分离手段，如萃取、过滤结晶等相比，它的优点在于不需使用系统组分以外的其它溶剂，从而保证不会引入新的杂质。
膜蒸馏（md）是膜技术与蒸馏过程相结合的膜分离过程，它以疏水微孔膜为介质，在膜两侧蒸气压差的作用下，料液中挥发性组分以蒸气形式透过膜孔，从而实现分离的目的。与其他常用分离过程相比，膜蒸馏具有分离效率高、操作条件温和、对膜与原料液间相互作用及膜的机械性能要求不高等优点。
膜蒸馏技术有很多特点：
（1）膜蒸馏过程几乎是在常压下进行，设备简单、操作方便，在技术力量较薄弱的地区也有实现的可能性；
（2）在非挥发性溶质水溶液的膜蒸馏过程中，因为只有水蒸汽能透过膜孔，所以蒸馏液十分纯净，可望成为大规模、低成本制备超纯水的有效手段；
（3）该过程可以处理极高浓度的水溶液，如果溶质是容易结晶的物质，可以把溶液浓缩到过饱和状态而出现膜蒸馏结晶现象，是目前唯一能从溶液中直接分离出结晶产物的膜过程；
（4）膜蒸馏组件很容易设计成潜热回收形式，并具有以高效的小型膜组件构成大规模生产体系的灵活性；
（5）在该过程中无需把溶液加热到沸点，只要膜两侧维持适当的温差，该过程就可以进行，有可能利用太阳能、地热、温泉、工厂的余热和温热的工业废水等廉价能源

『玖』 厉害了，新技术能从盐水里提取出100%的水

『拾』 用疏水层析法分离一种蛋白质类药物的具体步骤

超滤是一种具有分子水平的薄膜过滤手段，超滤膜作为分离介质，以膜两侧的压力差为推动力，将不同分子量的溶质进行选择性分离。超滤过程一般是在常温低压下进行的，对分离热敏性、保味性和易发生化学变化的物质最为适用。在生物合成药物中主要用于大分子物质的分级分离和脱盐浓缩，小分子物质的纯化，医药生化制剂的去热原处理等。
1除热原
制剂中去除热原一般是利用活性碳反复吸附，该方法劳动强度大、损耗大、得率低。超滤去除热原的原理是使用小于热原分子量的超滤膜拦截热原，该方法已经得到美国食品与医药管理局认证，具有劳动强度小、产品得率高、产品质量好的优点。
上海第四制药股份有限公司采用卷式超滤器小装置，以截留分子量2万的膜进行了硫酸（双氢）链霉素药除热原试验，试验结果表明，采用超滤法代替传统的活性炭吸附热原，对于硫酸（双氢）链霉素生产是可行的。上海福达制药有限公司采用截留分子量1万的磺化聚醚砜膜（SPES），进行黄芪注射液的除热原超滤，再经活性炭吸附，使产品热原合格率从原来的经常波动到目前的100%合格。上海天厨味精厂采用截留分子量为1万的SPES超滤膜，对丙氨酸、谷氨酸、赖氨酸等氨基酸溶液除热原，通过鲎试剂法测试结果，结果均为阴性。
由于药液有效成分（如黄酮类、生物碱类、总甙类等），其分子量都在1000以下。故对制药制剂尤其是注射剂使用超滤除热原是最适合的。空军北京医院药局用超滤法制备了复方丹参、茵栀花、生脉3种复方中草药注射液，所得超滤产品澄清度好，放置3个月后，无沉淀出现。用化学分析法对注射液中的鞣质、蛋白质、淀粉等项含量进行测定，结果显示超滤过的产品中，上述杂质的含量均低于卫生标准，除杂质的效果很好。实验证明，经超滤处理后的去热原注射液并不会使原方有效成分损失。如复方丹参超滤品测得的281nm光密度值较高，薄层层析检测出有原儿茶醛斑点，可见的斑点及其荧光点多且清晰。张英辉采用超滤法去除人参皂苷热原，结果发现：超滤法可有效的去除热原，又可有效的减少人参总皂苷的损失，该法简便、可靠、效果好，可用于去除人参皂苷热原。
北京中医药大学药厂对比了活性碳和超滤两种工艺，发现对清开灵注射液除热原，两种工艺均可行，但超滤法得到产品中：黄岑甙的含量高，产品颜色浅，微粒数量明显少。利用超滤膜过滤川参通注射液、冠舒注射液、松梅乐注射液及大输液中的热原，实验表明，药液通过超滤后，热原的截除率获得满意的结果，达到药典的规定，去除热原是可靠的。超滤不但可去除热原，还能去除大于膜孔的高分子物质，提高注射液的澄明度和稳定性，而且超滤膜孔径越小，脱色作用越明显。
2小分子精制
对于抗生素类的小分子物质，其传统的生产过程，要经过过滤、萃取、浓缩、结晶等工艺，存在过程冗长、收率低、能耗大等缺点，而且在精制过程中有微量大分子杂质残留，如蛋白质、核酸、多醣等，这些杂质可能对人体产生副作用。利用超滤膜可以除去大分子杂质，简化操作工艺。
青霉素是一种热敏性物质，其活性单位受环境影响较大，温度稍高或者处理时间延长均会导致活性单位降解。因此青霉素精制要求在15℃以下快速完成。目前青霉素精制过程中，需要加入十五烷基溴化吡啶作为破乳剂，而该破乳剂毒性大、价格昂贵，采用超滤工艺去除发酵副产品和残留物以及一些可溶性蛋白质，无需加入破乳剂，而且过程简单快捷。
超滤系统已应用于红霉素、青霉素、头孢菌素、四环素、林可霉素、庆大霉素、利福霉素等抗生素的过滤生产。美国Merck公司利用截留分子量为2.4万的超滤膜过滤头霉素发酵液，收率比铺有助滤剂层的鼓式真空过滤机高出2%,达到98%,材料费用降低2/3,设备投资费用减少20%。另外利用超滤膜可有效地对头孢菌素C发酵液进行加工处理，而不使膜堵塞或结垢，提高回收率，使得浓缩液中头孢菌素C的浓度比原发酵液中的更高。韩少抑等利用超滤膜提纯螺旋霉素，发现：截留分子量为5000的芳香聚酰胺超滤膜能去除蛋白等大分子杂质，起到纳滤预处理作用。
维生素C是人体必需的一种营养成分，在医学和营养学上有着广泛的应用。目前，维生素C的生产方式主要有两种：莱式法和两步发酵法。其中两步发酵法是我国科技人员首创的生产工艺，此工艺工程中常采用加热沉淀法去除杂质，既耗能又造成有效成分古龙酸损失，收率也低。采用超滤膜系统代替加热沉淀法去除发酵液中残留的菌丝体、蛋白质和悬浮微粒等杂质，省去了预处理、加热、离心等工序，既节约了能耗又提高了古龙酸的收率。
中药中有效成分的分子量大多不超过1000，而无效成分如淀粉、多糖、蛋白质、树脂等杂质的相对分子质量均在5万以上。因此，用截留分子量适宜的超滤膜能够很容易地将两者分开。与传统的化学分离方法相比较，膜分离的方法不仅效率高、操作简便，而且成本低、经济效益好，所以越来越多地被人们所采用。
3大分子精制
随着生物技术的发展，大分子类药物数量急剧增加，由于该类产品具有热不稳定性，超滤的低温快速过滤特性成为该类物质精制的重要方法。
利用截留分子量为2万PS管式超滤膜系统浓缩植酸酶发酵液的实验显示，植酸酶的浓缩倍数可以达到6.53倍，浓缩收率为99.69%，截留率为99.93%。
利用PAN超滤膜从藏牦牛血中分离纯化凝血酶的实验显示，所得凝血酶平均比活为38.24IU/mg，比传统方法所得比活提高2倍。
利用超滤膜从猪血中纯化SOD的方法有三个优点：①除去大量的小分子杂质；②浓缩SOD可节省随后使SOD沉淀所需的溶剂；③能大大提高后续热变性纯化的效果，SOD总回收率达62%，比活性达5000U/mg。
在丙种球蛋白制品的生产过程中将超滤技术用于蛋白质的脱醇和浓缩。
将超滤技术用于人血白蛋白浓缩和脱醇。
采用超滤法浓缩分离免疫初乳中的抗体，以上这些应用都取得了良好浓缩效果。
用超滤法把高分子多糖类化合物单独分离出来，制备具有特殊药理作用的药物，使中药不同分子量组分用于不同的治疗目的，达到药物的综合利用，是膜分离的重要功能。
选用截留分子量为5万的PS超滤膜替代醇沉法处理板蓝根水提液，实现了高效、节能。
利用CA超滤膜浓缩银耳浸提液，其产品收率较常规浓缩方法提高了22.4%，同时缩短了浓缩时间。
采用超滤一渗滤法，改进香菇多糖的提取纯化工艺，提高产品收率、降低生产成本。
用超滤法代替透析法去除海洋真菌多糖提取液中的小分子杂质，结果表明超滤法所得产品的得率和多糖含量都高于透析对照组，另外多糖中的色素大部分会被超滤膜吸附，这对提高粗品多糖含量是有利的。
中空纤维超滤膜可以有效提取六味地黄汤活性多糖，工艺简单，生产周期短。
4膜蒸馏
膜蒸馏是利用疏水性微孔膜将两种温度不同的水溶液分隔开，在膜两侧水蒸气压力差的作用下，热侧的水蒸气通过膜孔进入冷侧，在冷侧冷凝下来。膜蒸馏与常规蒸馏中的蒸发－传送－冷凝过程相同。两者都以气－液平衡为基础，都需要蒸发潜热以实现相变。相对于常规分离过程，其优点是：①理论上100％分离离子、大分子、胶体、细胞及其他不挥发性物质；②操作温度比传统蒸馏过程低；③操作压力比过程低；④对膜的机械性能要求低；⑤适于特种物质分离，而且可以分离极高浓度的物质，甚至可以产生结晶；⑥高效。将膜蒸馏用于热敏性物质的浓缩，能很好地发挥其低温浓缩的特性。青霉素作为抗生素应用于临床已有50年历史，一般采用溶媒萃取法提取，但提取过程复杂。利用直接接触式膜蒸馏浓缩青霉素水溶液，浓缩过程比较稳定。益母草和赤芍是中医临床常用中药，水苏碱和芍药苷是两者指标性成分，皆为水溶性，沸点比水高。将真空膜蒸馏法用于益母草与赤芍提取液的浓缩是可行的，具有效率高、耗能少、操作方便的优点，且有效成分的截留率为100%。