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2 文献综述
2.1 膜分离技术的应用及发展
膜分离技术是指利用膜的选择透过性来进行分离或者浓缩的一种方法，而且需要通过各种不同的膜过程才能够实现。根据溶液中各组分之间物理性质或者化学性质的不同，膜能够使其某一特定的组分优先地渗透通过。
与传统高耗能的分离方法比如吸收、解吸、蒸馏、萃取，蒸发、结晶等的过程相比，膜分离过程通常具有着无与伦比的优点[1-3]。膜分离能够达到不发生相变，能耗很低，而且大部分膜的分离过程一般是在常温就可以进行。所以，膜分离特别适用于热敏性物质的分离、以及一些化学性质和物理性质相似的共沸物或者近共沸物系的分离。此外，由于单元分离的系数大，过程相对简单，膜分离过程能够直接按着比例放大等等。正是因为这些优势，在当前环境污染日益严重、能源短缺的社会现状下，研究、开发和应用这种新兴的膜科学技术，对人民生活水平的提高、国民经济发展的促进具有重大的意义。
膜分离现象起初最早的起源是Nollet在1748年发现的反渗透现象；Reuss在1803年和Porret在1816年分别观察到了电渗析现象[7]；在1831年Mitchell发现了气体渗透现象[8]；到了1906年Kahlenberg和1917年Kober分别观察到了渗透汽化现象[9]。而膜分离技术的发展的开始是Bechhold公司在1906年从硝化纤文生产出第一张微滤膜[10]。之后在1920年，微滤膜在实验室中被用于了病毒的过滤。上个世纪30年代，微滤膜实现了商业化的生产；到1930年，超滤膜首次被用于实验室；在1950年，膜技术被用于医疗上，人工肾被用于血液透析；Loeb and Sorirajan 公司发明了用作反渗透的不对称膜；在1960-1980年期间，大规模的微滤、超滤和反渗透装置被安装并且投入了运行；在1982年，GFT公司生产出被用于液体渗透汽化的PVA合成膜；于上个世纪80年代，生产出了工业规模的气体分离膜，同时商业化实行了脱除乙醇的渗透汽化技术[11]；至1990年代，膜市场价值己经达到每年数亿美元；1998年，仅在美国膜市场价值就超过了1.6亿美元，其年平均增长率为8-10%。
总之，利用膜分离技术来分离气体和液体的混合物是一项新型的分离操作，目标产品可以是截留物质、可以是渗透物质或两者都是。膜本身是过程效益性和经济性的关键因素；而相比之下，超滤、微滤、纳滤、反渗透以及电渗析技术的研究与应用较为的成熟，现在处于热门研究阶段的是气体膜分离以及渗透汽化，而膜反应器和膜接触器(包括吸收、萃取和汽提)则是新兴研究领域。截止到现在，在膜材料应用的方面，大部分商业应用的膜都为有机聚合物，遗憾的是聚合材料膜并不能够适合于高温(温度高于200℃)或在苛刻的化学环境下，然而，对于陶瓷膜、金属膜和碳膜，因为它们适合于高温或苛刻的化学条件下，因此其应用开发的研究正在紧锣密鼓的进行着。为了要获得高的渗透通量，同时又能够保证足够的选择性，应该选择不对称膜或者组合膜。就商业膜组件的形状来说，如今广泛使用的是板框式、管式、平板、毛细管式、螺旋和中空纤文等等。流体在膜内的流动情况对总分离的效果有着重大的影响，理想的流动类型包括：并流、逆流、错流和理想混合。从传质的角度来说，浓差极化对液体分离的影响较大，在气体的分离中则是可以忽略的。从操作的角度考虑来说，为了解决单级对分离效果的限制，则可以考虑采取多级[12]。
实际上无论在哪个领域里，膜分离技术主攻的研究方向是：膜材料、膜组件和膜体系；浓差极化；污垢及凝胶的形成机理；传质机理研究及除垢技术的研究；工程设计及过程研究等问题[13]。
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