浅析膜分离技术在化工领域的应用

边雯雯

河南医药技师学院 河南 开封 475000

一、膜分离技术的基本概述

膜分离技术是指在在分子水平上,具有不同粒径大小的混合物质通过具有选择透过性的半透膜时,粒径小的物质通过半透膜,而粒径较大的物质被半透膜截留,从而实现物质的分离。半透膜又称为滤膜或者分离膜,膜上布满了一定尺寸的小孔。我国的膜分离技术从1958年开始,20世纪60年代进入了开创阶段,紧接着开始了对反渗透的研究探索。随着全球对海水淡化的日益重视,我过更加大了对膜分离技术的研究,膜分离技术也得到了近一步的探索。20世纪70年代,我过相继研发出来很多膜和组器,诸如微滤膜、反渗透膜、超滤膜和电渗析膜等。20世纪80年代,我国的膜技术应用于人体组织器官的制造中。

通常来说,膜系统一般由回流部分和透析部分组成,对于特定的半透膜,其膜孔透析能力是一定的。在透析过程中,混合物质中小于膜截留分子量的物质将穿过半透膜进入透析液中,而大于膜截留分子量的物质将被拦截而留在回流液中,从而实现混合物质的分离。

二、膜分离技术在的化工领域应用

1、在水处理过程中的应用。通常来说,在石油、天然气等化工生产过程中,工艺用水的加工极其重要。就水的用途而言,水质被分为若干级别,包括生活用水、设备用水、处理油田回注用水、锅炉给水等。膜分离技术的出现及日趋成熟,极大的促进了水处理技术的升级。其中,微滤膜、反渗透膜和超滤膜牢牢占据着极大的市场份额。

1.1 苦咸水和海水的淡化 由于世界的水资源分布的不均衡,很多地方的可饮用淡水极其匮乏,而海水淡化成为了获取饮用水的唯一途径。但采用传统工艺处理海水能耗较高,带来了较高的成本问题。反渗透技术以其低能耗的特点,迅速成为海水淡化领域的宠儿,成为了海水淡化的主要途径。如今,通过反渗透技术处理的淡水量占总淡水处理量的25%以上,

1.2 油田回注水处理 在原油开采过程中,采出水成分复杂,含有很多原油成分,盐分及驱油剂成分。通过膜渗透技术对采出水进行处理,不仅处理效率高,同时能将处理过后的水进行二次回注。一举两得。

2、在有机溶剂混合物分离过程中的应用。在特定需要下,膜分离技术还可以应用于混合有机溶剂的分离。在传统工艺中,人们一般采用蒸馏法对有机溶剂混合物进行分离纯化,但这种方法能耗较高,设备庞大,工艺复杂,有时候还需要加入其他试剂,更加加大了混合溶剂分离的难度,也对分离物的纯度造成一定的影响。而膜分离技术在很大程度上克服了蒸馏法的弊端。现代膜分离技术一般分为蒸汽渗透膜和渗透汽化膜。在分离过程中,蒸汽渗透膜的分离效果仅仅取决于渗透物质和膜组分之间相互作用关系,而不受热力学平衡限制,因而能对恒沸物和近沸物进行分离操作。近年来,无机膜分离技术迅速发展,较之高分子膜,无机膜有如下优点：化学性质稳定,不易分解,孔径均一,分离效率高,耐高温、不易溶胀等。当然,无机膜也存在着脆性大,制作要求高,成本高等缺点。

3、在气体分离中的应用。气体分离膜技术从上世纪70年代得以发展。相较于传统的气体分离技术,该技术具有无相变、能耗低、设备简易等优势,因而得到广泛的应用。随着科研人员的近一步研究,如今,越来越多的目光投入到了传统分离技术和气体膜的结合。

3.1 空气分离富氧技术 在当前的技术条件下,空气分离富氧技术更多的应用于石油化工领域,通过将富氧空气加入到煤气中,能够极大提高煤气的的气化强度,从而减少煤气使用量,降低生产成本。在催化氧化反应过程中,空气分离富氧技术能够使产品的质量和产量得到很大提升,提高反应效率。

富氧空气的制备,可以通过变压吸附法、深冷法和空气分离富氧法。其中,空气分离富氧技术能够实现制取氧气体积小于40%,具有很强的竞争力。

3.2 天然气脱湿 随着世界对环境保护的愈发重视,传统的化工燃料,如煤炭,正逐步被新型环保燃料所取代。天然气作为一种新型的清洁能源,需求量日益增加。但天然气从地层采出过程中,会含有一定量的水蒸气,这部分水蒸气可以凝结成冰,造成管路堵塞,具有很大的安全隐患。另外,水蒸气还会使得管路中酸性气体对管路的腐蚀作用加强,造成管路老化,破损,增加了安全隐患和设备成本。因此,出去天然气中的水分显得十分重要。传统的天然气脱湿,是采用吸收剂对天然气中的水分进行吸收。之后对吸收剂进行闪蒸,将吸收剂回收。但是,在吸收剂闪蒸回收过程中,吸收剂中的一些有机物会被蒸发气化,随水蒸气一起排放到大气中,造成环境污染。而膜分离技术成为了解决上述问题的法宝。4.在农药化工中的应用。我国是一个农业大国,而害虫、病菌和杂草是农业生产中的三大天敌,农药则是应对天敌的法宝。在农药的制备过程中,膜分离技术渗透到分离、浓缩、提纯等各个环节。与传统的蒸馏萃取等技术相比,膜分离技术具有无相变、无二次污染、操作简单的无可比拟的优势。使用膜分离技术,通过合理整合各个环节的技术,可以大幅提高生产效率,降低生产成本,实现清洁生产。目前,膜分离技术广泛应用于生产农用抗生素,草甘膦生产以及IDA 母液的除盐浓缩及废水中IDA的回收。

三、展望

相较于传统的分离技术,膜分离技术有着得天独厚的天然优势。如：能耗低、操作方便、设备要求简单等,因而自问世以来,受到了广泛的关注和研究,在短期内得到了迅速的发展,出现了各种膜技术和膜材料。当然,它也存在着一些弊端,如：如何制备抗污染的材料、如何对膜材料进行有效彻底的清理、如何对膜进行改性等。我相信,随着科研人员的不断探索,膜分离技术一定能够更加完善,更加成熟。