目前工業(yè)化應用的海水或工業(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(tǒng)安裝維護相對簡單,應用非常普遍,且相關(guān)新技術(shù)還在不斷研究開發(fā)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(fā)化學穩(wěn)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,特別是新型的沸石膜材料,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(zhì)差異。這種分離通常是依靠非穩(wěn)態(tài)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(fā)展。由于沸石膜的出現(xiàn),非穩(wěn)態(tài)分離過程轉(zhuǎn)化為簡單有效的穩(wěn)態(tài)過程,可與催化反應等過程相耦合,實現(xiàn)反應分離一體化,既提高了反應轉(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(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)商品化,但在分離中不可避免地會出現(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機膜,與有機膜相比具有不發(fā)生溶脹、抗腐蝕和污染能力強、化學和熱穩(wěn)定性優(yōu)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(xiàn)不同尺寸和不同性質(zhì)分子的分離;沸石孔道內(nèi)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(diào),實現(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(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。