操作系统实验报告(单片机心得体会300字)

频道：科普知识日期：2023-09-11 浏览：1236

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蒸发渗透膜的应用场景有哪些？

蒸发渗透膜主要应用于以下场景：

为什么可以用于处理复杂水体，如容易发生膜污染和结垢的水体？

蒸发渗透膜可以用于处理复杂水体，如容易发生膜污染和结垢的水体，主要有以下几个原因：

综上所述，蒸发渗透膜通过超滤作用、选择性分离、膜表面特性和膜材料选择等方式，可以有效处理复杂水体，减少膜的污染和结垢问题，提高水处理的效果和膜的使用寿命。

全球各国的研究重点各是什么？有哪些公司有成熟的产品？

全球各国在蒸发渗透膜领域的研究重点有所不同，但主要集中在以下几个方面：

目前，蒸发渗透膜领域有一些公司已经开发出成熟的产品，其中一些知名的公司包括：

这些公司在蒸发渗透膜领域拥有丰富的经验和成熟的产品，为全球各地的水处理和废水处理提供了可靠的解决方案。

中国没有公司能生产蒸发渗透膜吗？

中国也有一些公司在蒸发渗透膜领域进行研发和生产。以下是中国一些在蒸发渗透膜领域有所成就的公司：

这些公司在蒸发渗透膜领域积累了一定的经验和技术实力，并为中国的水处理和废水处理提供了一些解决方案。虽然中国的蒸发渗透膜产业相对较新，但随着技术的不断发展和创新，中国的蒸发渗透膜产业有望进一步发展壮大。

蒸发渗透膜相比于其它淡化技术有哪些优势？

蒸发渗透膜相比于其他淡化技术具有以下优势：

蒸发渗透膜的关键材料有哪些？各自起什么作用？

蒸发渗透膜的关键材料包括：

这些材料在蒸发渗透膜中起到不同的作用：

蒸发渗透膜到底需要亲水，还是憎水？

蒸发渗透膜需要具有一定的亲水性。

蒸发渗透膜的工作原理是利用膜的选择性透过性，使水分子能够通过膜而其他溶质被滞留。亲水性膜能够吸附水分子并促进其通过膜，从而实现淡化和去除溶质的目的。

相比之下，憎水性膜通常用于从水溶液中去除有机物质，而不是进行淡化。憎水性膜会阻止水分子的通过，而只允许有机物质通过。

因此，对于蒸发渗透膜来说，亲水性是更为重要的特性，以实现高通量的淡化和去除溶质的效果。

海水中的盐不是与水一起透过膜了吗？这就不能淡化海水了

您是正确的，蒸发渗透膜的工作原理是通过蒸发和渗透的过程将水分子从盐水中分离出来，从而实现淡化海水的目的。在蒸发渗透过程中，水分子会蒸发成水蒸气，然后通过膜的选择性透过性，而盐和其他溶质则被滞留在膜的一侧。

蒸发渗透膜通常是由亲水性材料制成，这些材料具有吸附水分子的能力，从而促进水分子通过膜。与此同时，膜的结构和孔隙大小可以限制盐和其他溶质的通过，从而实现淡化海水的效果。

问题是怎么做到不让盐一起通过的？

蒸发渗透膜通过选择性透过性来实现不让盐一起通过的效果。这是通过以下两个主要机制实现的：

综上所述，蒸发渗透膜通过控制孔隙大小和表面亲水性来实现不让盐一起通过的效果。这样，膜可以选择性地透过水分子，从而实现淡化海水的目的。

蒸发渗透膜的孔径在什么范围？

蒸发渗透膜的孔径范围可以根据具体的应用需求和膜材料的选择而有所变化。一般来说，蒸发渗透膜的孔径通常在纳米尺度范围内。

常见的蒸发渗透膜材料包括聚合物、陶瓷和复合材料等。不同材料具有不同的孔径分布和孔隙结构。例如，聚合物膜通常具有较大的孔隙和孔径分布，而陶瓷膜和复合材料膜通常具有较小且较均匀的孔隙。

在蒸发渗透膜的制备过程中，可以通过调整膜的制备条件和材料组成来控制孔径大小。例如，通过调整聚合物膜的交联程度、溶液浓度和溶剂选择等因素，可以改变膜的孔径分布和孔隙结构。

总体而言，蒸发渗透膜的孔径通常在几纳米到几十纳米之间。这种孔径范围可以允许水分子通过，同时限制溶质（如盐离子）的通过，从而实现淡化海水的目的。

尽管有一些无机膜用于蒸发渗透，但 大多数蒸发渗透膜是由聚合物合成 的。根据应用的不同， 蒸发渗透膜可以分为两种类型：亲水性和疏水性 。亲水性蒸发渗透膜通常用于需要通过膜拉取水分的情况，例如淡化海水，或从有机溶液中去除微量水分。 疏水性蒸发渗透膜通常用于从水溶液中去除少量有机溶液 。典型的疏水性蒸发渗透膜是由聚偏氟乙烯（PVDF）或聚二甲基硅氧烷（PDMS）合成的。用于膜合成的亲水性材料主要包括聚乙烯醇（PVA）、硅橡胶、硅酸盐、沸石、沸石酸盐酮醇酸酯框架（ZIF）和氧化石墨烯（GO），以及其他一些特定的聚合物。

对于有机-无机分离或脱水过程，这是蒸发渗透的最常见应用，当进料的水含量较低时，可以使用亲水性膜。例如，已经证明PVA是一种很好的材料，可以脱水含有少量水的溶液。然而， 亲水性聚合物在水存在的情况下会膨胀，如果水成为进料的主要组分，膜就会变得不稳定 。 可以使用交联来在一定程度上减轻膨胀 ，但对于高含水量的进料，另一个选择是使用更疏水的材料。例如，PVDF膜可以用于回收水溶液中微量的丁醇或乙醇。PDMS是另一种聚合物，具有从稀溶液中浓缩丁醇的能力。除了这些常用材料外，还可以使用聚苯基硅氧烷（PPhS）、聚氨酯（PU）、硅橡胶、二氧化硅和其他各种材料的组合或单独使用来纯化稀溶液（丙酮、丁醇和乙醇）。

蒸发渗透法淡化与前面描述的两种应用不同，因为蒸发渗透法淡化膜主要面对的是主要由水组成的溶液。因此，淡化膜应具有亲水性，因为水是需要从盐水进料中分离的组分，同时还应具有强大的机械性能、高盐去除率和高水透过性。

用于脱水高浓度有机-无机溶液的亲水性材料，如PVA，可以用于进行淡化。此外，其他聚合物材料，如聚乙烯（PE）、聚醚酰胺、聚醚酯、纤维素、嵌段聚合物和聚酯，也具有排除盐分和净化水的功能。

在蒸发渗透淡化技术的发展中，无机膜也不能被忽视。沸石是最常见的选择，而二氧化硅和陶瓷也是可选的材料，尽管无机膜往往面临结垢问题。

数据显示，亲水性材料仍然是蒸发渗透淡化膜的主要选择。PVA、二氧化硅/硅酸盐、氧化石墨烯和沸石（或ZIFs）是常用的材料。由于其亲水性和良好的加工性能形成膜膜，PVA仍然被广泛使用，而添加了各种组分（如戊二醛（GA）、碳纳米管（MWCNT）、马来酸（MA）和磺酸）以增加PVA链的交联，从而减少膨胀。

此外，对于聚合物（不仅仅是PVA），磺化也是增加水通量的一种方法。

天然沸石膜的通量最低，这很可能是由于其较大的厚度（约2.5毫米）所致。然而，其他沸石/金属有机骨架（ZIF）复合膜的通量值也不是很高，这表明这种方法可能不是蒸发渗透淡化的最佳选择。

真实海水或内陆盐水淡化中，由于难以避免的微孔提供了盐传输的通道，或者盐在与蒸发渗透膜接触时可能处于微溶解状态，盐的去除率不太可能达到100％。

蒸发渗透淡化最有前景的应用领域可能是处理高盐度水。 因此，有必要考虑这些更具挑战性的高盐度水，以评估蒸发渗透淡化在这些水中的性能。

PVA膜的平均透过率最高，约为256千克/平方米·小时·巴。其次是二氧化硅/硅酸盐，平均透过率高达116千克/平方米·小时·巴。氧化石墨烯膜的透过率约为89千克/平方米·小时·巴，而沸石/ZIF膜的透过率最低，仅达到23千克/平方米·小时·巴。

与蒸发渗透类似，直接接触膜蒸馏（DCMD）过程的透过率从低到高不等。以常用的膜蒸馏材料PVDF为例，不同商业和实验室制备的基于PVDF的膜的透过率被计算出来（见表S2）。PVDF基膜在DCMD中的透过率从6.56到233.5千克/平方米·小时·巴不等，其中电纺PVDF-SiO2复合膜的透过率最高[152]。最近报道的“高通量”膜蒸馏膜，如PVDF/改性TiO2纳米管或PTFE/油酸功能化碳纳米管的复合膜，其透过率分别为115.69和111.25千克/平方米·小时·巴[153,154]。一项使用PTFE层（孔径为0.5微米）粘结在聚丙烯背衬上的低品位废热驱动的DCMD系统的试验报告了平均传质系数为200-210千克/平方米·小时·巴[155]

因此，膜蒸馏膜的水透过率通常低于基于PVA的蒸发渗透膜的平均透过率（图2），这表明蒸发渗透在淡化领域与膜蒸馏具有竞争力。

尽管蒸发渗透可以处理广泛范围的盐度水源，但其主要应用范围是高盐度水处理。这是因为在反渗透（RO）可以处理的盐度范围内（高达约70,000 ppm TDS），RO淡化具有较高的能源效率。超过这个盐度范围，蒸发渗透或膜蒸馏等蒸汽压力驱动的过程变得具有竞争力，因为它们对进料溶液的盐度影响较小[175]。

蒸发渗透淡化的应用范围主要与膜蒸馏重叠，因为这两个过程之间存在相似性[100]。然而，由于亲水性膜对水的选择性更高，与主要使用疏水性膜的膜蒸馏相比，蒸发渗透对结垢问题的关注较少[44,100]。使用PVA膜的蒸发渗透淡化由于表面的亲水性和致密膜中的孔隙缺失而显示出比PTFE膜蒸馏更抗结垢的特性[54]。此外，膜蒸馏膜在长期运行过程中可能会出现液体水阻力降低导致孔隙湿润的问题[48,176,177]。蒸发渗透膜的无孔隙结构使其在处理复杂水源时更加稳健，可以减少膜污染和结垢的发生。

蒸发渗透的特定能源消耗（SEC）约为7.7 kWh/m3，而海水反渗透（RO）的SEC约为3.0至4.0 kWh/m3。需要注意的是，这个7.7 kWh/m3的SEC是理想膜蒸馏系统的理论值；而实验和试点级别的膜蒸馏系统的SEC范围为1.6至>10,457 kWh/m3，这表明与热回收效率、结垢、工厂规模和膜蒸馏系统的优化程度相关的问题可能对蒸汽压力驱动过程的能源消耗产生重大影响。

尽管上述结果表明，当处理海水时，反渗透（RO）比膜蒸馏（MD）和蒸发渗透更经济，但如果浓度超过了RO的处理范围，蒸发渗透或MD可以成为淡化的有利选择，特别是对于小型或中型系统，或与可再生能源结合使用[175,179]。根据谢等人的研究[179]，蒸发渗透的电能消耗为0.1至0.25 kWh/m3，如果不考虑热能消耗，这比RO所需的电能消耗要低（无论是淡化海水还是咸淡水）。

类似地，用于运行膜蒸馏的电能消耗（不考虑热能）为0.75 kWh/m3[180]。正如上文所述，电能消耗不考虑热能消耗，而热能消耗是这两种过程的最高能源需求。这些结果强调， 到目前为止，与流行的RO等淡化工艺相比，蒸发渗透在能源消耗方面可能没有明显优势 。然而， 如果在操作中采用可再生能源或热能回收，蒸发渗透在淡化高盐水时可以更经济，而不考虑水中盐的浓度 [179]。然而，仍然需要进行更详细的能源消耗分析，以了解蒸发渗透在淡化技术中的最佳应用领域，特别是与MD的差异以及其整合不同可再生能源的能力。