目前工業(yè)化應(yīng)用的海水或工業(yè)廢水脫鹽方法主要分為膜法和熱法,前者主要以反滲透(RO)、納濾(NF)、滲透汽化(PV)及電滲析(ED)為主,后者則包括多級(jí)閃蒸(MSF)、低溫多效蒸餾(LT-MED)及壓汽蒸餾(VC)等。相對(duì)于熱法,膜法的能耗低,系統(tǒng)安裝維護(hù)相對(duì)簡(jiǎn)單,應(yīng)用非常普遍,且相關(guān)新技術(shù)還在不斷研究開(kāi)發(fā)中。目前用于膜法脫鹽的膜材料主要為有機(jī)膜,但由于其易污染且壽命短,需要頻繁清洗和更換膜材料,脫鹽成本高,且大部分有機(jī)膜材料不能用于含有機(jī)溶劑或較高溫度的含鹽廢水處理,因此開(kāi)發(fā)化學(xué)穩(wěn)定性好、耐高溫且不易污染的膜材料意義重大。無(wú)機(jī)膜可用于脫鹽過(guò)程,特別是新型的沸石膜材料,其種類多、耐高溫、抗腐蝕,具有廣闊的應(yīng)用前景。國(guó)投盛世綜述了近年來(lái)沸石膜在海水淡化及含鹽廢水處理中的研究進(jìn)展。

沸石膜簡(jiǎn)介

沸石分子篩應(yīng)用于分離是基于不同分子的尺寸大小、形狀、極性及不飽和程度等性質(zhì)差異。這種分離通常是依靠非穩(wěn)態(tài)的變壓吸附過(guò)程(PSA),在2個(gè)或多個(gè)裝填分子篩的固定床之間通過(guò)吸附與脫附交替進(jìn)行完成。1987年首次以專利形式報(bào)道了在多孔載體上合成的分子篩膜,從此沸石膜研究和應(yīng)用得到快速發(fā)展。由于沸石膜的出現(xiàn),非穩(wěn)態(tài)分離過(guò)程轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單有效的穩(wěn)態(tài)過(guò)程,可與催化反應(yīng)等過(guò)程相耦合,實(shí)現(xiàn)反應(yīng)分離一體化,既提高了反應(yīng)轉(zhuǎn)化率,又可節(jié)約能耗。此外,沸石膜還在量子尺寸的半導(dǎo)體團(tuán)簇、化學(xué)傳感器、金屬防腐、低介電材料及太空材料等方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。雖然有機(jī)膜已在海水淡化、有機(jī)物分離等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)商品化,但在分離中不可避免地會(huì)出現(xiàn)生化污染、濃差極化和膜溶脹等現(xiàn)象,大大限制了其使用范圍。沸石膜作為一種新型的無(wú)機(jī)膜,與有機(jī)膜相比具有不發(fā)生溶脹、抗腐蝕和污染能力強(qiáng)、化學(xué)和熱穩(wěn)定性優(yōu)異等特點(diǎn)。除此之外,沸石膜還具有分子篩特性:孔徑均一(亞納米級(jí),一般<0.8nm),可利用分子篩孔道的選擇性吸附和擇型擴(kuò)散等功能有效實(shí)現(xiàn)不同尺寸和不同性質(zhì)分子的分離;沸石孔道內(nèi)的陽(yáng)離子可進(jìn)行交換,沸石膜外表面可通過(guò)化學(xué)氣相沉積法進(jìn)行選擇修飾,使膜孔徑大小、催化和吸附性能變得可調(diào),實(shí)現(xiàn)催化和分離的精確控制;沸石膜的硅鋁比不同,具有不同的親水、疏水性能和耐酸性能,可根據(jù)需要選擇不同的沸石膜和硅鋁比。沸石膜的這些特點(diǎn)使其具有更廣闊的應(yīng)用前景。1999年日本三井造船公司就率先實(shí)現(xiàn)了NaA沸石膜的商業(yè)化生產(chǎn)及滲透蒸發(fā)膜分離裝置的工業(yè)化應(yīng)用,到目前為止世界已有60多套NaA沸石膜滲透蒸發(fā)裝置投入到工業(yè)化運(yùn)行中。而將沸石膜用于脫鹽技術(shù)是近幾年興起的研究熱點(diǎn)。