目前工業化應用的海水或工業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,后者則包括多級閃蒸(MSF)、低溫多效蒸餾(LT-MED)及壓汽蒸餾(VC)等。相對于熱法,膜法的能耗低,系統安裝維護相對簡單,應用非常普遍,且相關新技術還在不斷研究開發中。目前用于膜法脫鹽的膜材料主要為有機膜,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,且大部分有機膜材料不能用于含有機溶劑或較高溫度的含鹽廢水處理,因此開發化學穩定性好、耐高溫且不易污染的膜材料意義重大。無機膜可用于脫鹽過程,特別是新型的Zeolite膜材料,其種類多、耐高溫、抗腐蝕,具有廣闊的應用前景。國投盛世綜述了近年來沸石膜在海水淡化及含鹽廢水處理中的研究進展。
沸石膜簡介
沸石分子篩應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差異。這種分離通常是依靠非穩態的變壓吸附過程(PSA),在2個或多個裝填分子篩的固定床之間通過吸附與脫附交替進行完成。1987年首次以專利形式報道了在多孔載體上合成的分子篩膜,從此沸石膜研究和應用得到快速發展。由于沸石膜的出現,非穩態分離過程轉化為簡單有效的穩態過程,可與催化反應等過程相耦合,實現反應分離一體化,既提高了反應轉化率,又可節約能耗。此外,沸石膜還在量子尺寸的半導體團簇、化學傳感器、金屬防腐、低介電材料及太空材料等方面具有潛在的應用價值。雖然有機膜已在海水淡化、有機物分離等領域實現商品化,但在分離中不可避免地會出現生化污染、濃差極化和膜溶脹等現象,大大限制了其使用范圍。沸石膜作為一種新型的無機膜,與有機膜相比具有不發生溶脹、抗腐蝕和污染能力強、化學和熱穩定性優異等特點。除此之外,沸石膜還具有分子篩特性:孔徑均一(亞納米級,一般<0.8nm),可利用分子篩孔道的選擇性吸附和擇型擴散等功能有效實現不同尺寸和不同性質分子的分離;沸石孔道內的陽離子可進行交換,沸石膜外表面可通過化學氣相沉積法進行選擇修飾,使膜孔徑大小、催化和吸附性能變得可調,實現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,可根據需要選擇不同的沸石膜和硅鋁比。沸石膜的這些特點使其具有更廣闊的應用前景。1999年日本三井造船公司就率先實現了NaA沸石膜的商業化生產及滲透蒸發膜分離裝置的工業化應用,到目前為止世界已有60多套NaA沸石膜滲透蒸發裝置投入到工業化運行中。而將Zeolite膜用于脫鹽技術是近幾年興起的研究熱點。