膜(mo)法(fa)空(kong)氣(qi)除(chu)濕模式(shi)
要(yao)使水蒸氣透過膜(mo)，必須在膜(mo)的兩端產(chan)生(sheng)壹(yi)個(ge)濃(nong)度差(cha)，這(zhe)種濃(nong)度差(cha)既(ji)可由(you)膜(mo)兩端壓(ya)力差(cha)造成，又可由(you)膜(mo)兩端溫(wen)度差(cha)造成。因為濃(nong)度是(shi)由(you)溫(wen)度和(he)壓(ya)力共(gong)同作(zuo)用的結(jie)果。目(mu)前(qian)對(dui)膜(mo)空氣除(chu)濕基本(ben)都(dou)是以膜(mo)兩邊的水蒸氣分壓(ya)差作(zuo)為驅(qu)動(dong)勢(shi)，因此為了強化(hua)傳(chuan)濕，應(ying)盡量增(zeng)大(da)膜(mo)兩側的壓(ya)力差(cha)。具體在系(xi)統方(fang)案上，有壓(ya)縮法(fa)、真(zhen)空(kong)法(fa)、吹(chui)掃(sao)氣(qi)法(fa)及(ji)膜(mo)/除(chu)濕劑(ji)混(hun)合系(xi)統。
1.1 壓(ya)縮法(fa)
這(zhe)種系(xi)統是(shi)靠(kao)壓(ya)縮輸(shu)入(ru)氣(qi)流(liu)來(lai)造成傳(chuan)質(zhi)勢(shi)差。
從(cong)外界來(lai)的(de)新鮮空氣經(jing)壓(ya)縮機(ji)加(jia)壓(ya)後進(jin)入(ru)膜(mo)組件(jian)，由(you)於進氣(qi)側(ce)總壓(ya)提(ti)高，其(qi)中(zhong)水蒸氣的分壓(ya)也(ye)相(xiang)應(ying)提(ti)高，水(shui)蒸氣在膜(mo)進出(chu)側(ce)壓(ya)力差(cha)的作(zuo)用下優先(xian)透過膜(mo)而(er)散(san)發到(dao)環(huan)境(jing)中去，被幹(gan)燥(zao)的(de)空氣進(jin)入(ru)室(shi)內。
為了將滲(shen)透側的(de)水蒸氣及(ji)時(shi)帶(dai)走(zou)，可(ke)以(yi)在滲(shen)透側引(yin)入(ru)吹(chui)掃(sao)氣(qi)。
當(dang)原料(liao)氣體中(zhong)水蒸氣會含(han)量較高(gao)時(shi)，增(zeng)大(da)壓(ya)力易使水蒸氣在膜(mo)的表(biao)面凝(ning)結而(er)形(xing)成的壹(yi)層(ceng)水(shui)珠(zhu)，影響(xiang)水(shui)蒸氣向膜(mo)內的(de)溶解(jie)擴散作(zuo)用，降(jiang)低膜(mo)的除(chu)濕效(xiao)果。另(ling)外，提(ti)高氣(qi)體壓(ya)力，必然導致(zhi)對(dui)膜(mo)強度以(yi)及(ji)組件(jian)設(she)備(bei)耐(nai)壓(ya)力性(xing)能的要(yao)求(qiu)相(xiang)應(ying)提(ti)高，從(cong)而(er)對(dui)實(shi)際(ji)應(ying)用造成某(mou)些(xie)局限(xian)。
1.2 真(zhen)空法(fa)
此方(fang)法(fa)主(zhu)要(yao)是(shi)將降(jiang)低滲(shen)透側壓(ya)力來(lai)傳(chuan)遞(di)水(shui)蒸氣，它從滲(shen)透蒸發流(liu)程(cheng)演(yan)變(bian)而(er)來(lai)，靠(kao)壹(yi)個(ge)真(zhen)空(kong)泵降(jiang)低滲(shen)透側的(de)空氣(qi)壓(ya)力，產(chan)生(sheng)壹(yi)個(ge)傳(chuan)濕驅(qu)動(dong)勢(shi)。
1.3 膜(mo)/幹(gan)燥(zao)劑(ji)復合(he)法(fa)
此方(fang)法(fa)主(zhu)要(yao)是(shi)將膜(mo)空氣除(chu)濕跟固體吸(xi)濕劑(ji)結合(he)起來(lai)，新鮮空氣首先(xian)用膜(mo)進行預處(chu)理(li)，然後流(liu)經(jing)固體吸(xi)濕劑(ji)，這(zhe)樣(yang)充(chong)分(fen)利用膜(mo)在高濕段的除(chu)濕能力和(he)固體吸(xi)濕劑(ji)在低濕段的吸濕能力，能將空氣(qi)除(chu)濕到很幹(gan)燥(zao)狀(zhuang)態。空氣(qi)中水蒸氣含(han)量較高(gao)時(shi)，水(shui)蒸氣透過膜(mo)的速率(lv)較高(gao)，膜(mo)除(chu)濕的效(xiao)率(lv)較高(gao)；當(dang)空氣(qi)中水蒸氣含(han)量很少時(shi)，水(shui)蒸氣透過膜(mo)的速率(lv)急(ji)劇(ju)下降(jiang)，導致(zhi)膜(mo)面積成(cheng)倍增(zeng)長(chang)，此進采(cai)用固體吸(xi)濕劑(ji)除(chu)濕效(xiao)率(lv)高。
2 除(chu)濕膜(mo)的種類(lei)
除(chu)濕膜(mo)壹(yi)般(ban)是采(cai)用親水(shui)性(xing)膜(mo)，膜(mo)的種類(lei)可(ke)以(yi)是有機(ji)膜(mo)、無機(ji)膜(mo)和液膜(mo)；膜(mo)的形態可以是平板(ban)式(shi)，也(ye)可以是(shi)具(ju)有(you)很高裝填密(mi)度的(de)中(zhong)空纖(xian)維(wei)式(shi)。
2.1 高(gao)分(fen)子聚(ju)合(he)物(wu)膜(mo)
復合膜(mo)、均質膜(mo)、非對(dui)稱(cheng)膜(mo)都曾被應(ying)用於空氣(qi)除(chu)濕。
均質(zhi)膜(mo)為致(zhi)密膜(mo)，通(tong)過(guo)均質膜(mo)的推動(dong)力(li)為壓(ya)力梯度、濃(nong)度梯度或(huo)電(dian)勢(shi)梯度。這(zhe)種膜(mo)的分離作(zuo)用是由(you)於各種化(hua)學物(wu)質(zhi)在膜(mo)中的傳(chuan)遞(di)速度和(he)溶解(jie)度不同而(er)產(chan)生(sheng)的，主(zhu)要(yao)是(shi)擴散率(lv)的影響(xiang)，因此，壹(yi)般(ban)滲(shen)透率(lv)較低(di)，制(zhi)圖時(shi)應(ying)使膜(mo)盡可能薄，可(ke)制(zhi)成平(ping)板(ban)式(shi)和中空(kong)纖(xian)維(wei)式(shi)。均(jun)質(zhi)的高分子(zi)膜(mo)多用於氣體分(fen)離或滲(shen)透汽(qi)化(hua)，如矽(gui)橡(xiang)膠(jiao)膜(mo)就是用於氣體分(fen)離(氮氧(yang)分(fen)離)中滲(shen)透率(lv)很高的均質(zhi)膜(mo)。
非對(dui)稱(cheng)膜(mo)具有物(wu)質(zhi)分(fen)離最基本(ben)的兩(liang)種性(xing)質，即高傳(chuan)質(zhi)速率(lv)和良(liang)好(hao)的(de)機(ji)械(xie)強度。它(ta)有(you)很薄的表(biao)層(0.1～1um)和多孔(kong)支(zhi)撐層(ceng)(100～200um)，這(zhe)非常薄(bo)的(de)表(biao)層為活性(xing)膜(mo)，其(qi)孔(kong)徑和表(biao)層的性(xing)質決(jue)定(ding)了分離特性(xing)，而(er)厚(hou)度主(zhu)要(yao)決(jue)定(ding)傳(chuan)遞(di)速度。多孔(kong)的(de)支(zhi)撐層(ceng)只(zhi)起(qi)支(zhi)撐作(zuo)用，對(dui)分離特性(xing)和傳(chuan)遞(di)速度影響(xiang)很小，甚至(zhi)幾乎(hu)沒(mei)有。連續(xu)性(xing)的非(fei)對(dui)稱(cheng)膜(mo)在同樣(yang)的(de)壓(ya)力差(cha)推動(dong)下(xia)，其(qi)滲(shen)透速率(lv)與相(xiang)似(si)性(xing)能的對(dui)稱(cheng)膜(mo)相(xiang)比為10～100倍。現在醋(cu)酸(suan)纖(xian)維(wei)素(su)和(he)多種高(gao)分(fen)子(zi)材料都(dou)可以用相(xiang)似(si)的(de)方(fang)法(fa)制(zhi)成非(fei)對(dui)稱(cheng)膜(mo)。
復合膜(mo)是將選(xuan)擇性(xing)膜(mo)層(或稱(cheng)活性(xing)膜(mo)層)沈積於具有(you)微(wei)孔(kong)的(de)支(zhi)撐層(ceng)(底膜(mo))表(biao)面上，就像非(fei)對(dui)稱(cheng)性(xing)膜(mo)的連續性(xing)表(biao)皮，只(zhi)是(shi)表(biao)層與底層的(de)材料(liao)不同。復合膜(mo)的分離性(xing)能主(zhu)要(yao)是(shi)由(you)表(biao)層決(jue)定(ding)的，但(dan)也(ye)要受到(dao)微(wei)孔(kong)支(zhi)撐層(ceng)的(de)結(jie)構、孔(kong)徑、孔(kong)分(fen)布和孔(kong)隙(xi)率(lv)影響(xiang)。
多孔(kong)膜(mo)結構的孔(kong)隙(xi)率(lv)愈(yu)高愈(yu)好，可以(yi)使膜(mo)表(biao)層與支(zhi)撐層(ceng)接(jie)觸(chu)部分(fen)最小，而(er)有(you)利於物(wu)質(zhi)傳(chuan)遞(di)。然而(er)，孔(kong)徑應(ying)愈(yu)小愈(yu)好，可使高分子層(ceng)不起支(zhi)撐作(zuo)用的點間距(ju)離減小。此外，交(jiao)聯和(he)未(wei)反(fan)應(ying)的高(gao)分子滲(shen)透作(zuo)用的點間距(ju)離減小。此外，交(jiao)聯和(he)未(wei)反(fan)應(ying)的高(gao)分子滲(shen)透入(ru)支(zhi)撐層(ceng)的(de)情(qing)況，也(ye)是決(jue)定(ding)復合膜(mo)總體傳(chuan)遞(di)特(te)性(xing)的重(zhong)要因素。已(yi)制(zhi)成的(de)復(fu)合(he)膜(mo)中，常用聚(ju)硯做多孔(kong)支(zhi)撐，因其(qi)化(hua)學性(xing)能穩定(ding)，機(ji)械(xie)性(xing)能良好(hao)。現在也(ye)有用其(qi)它(ta)高分子化(hua)合物(wu)，如(ru)聚(ju)丙(bing)烯脯(pu)偏(pian)氟乙烯等(deng)。最近也(ye)有試用無機(ji)物(wu)，如(ru)石(shi)英(ying)玻(bo)璃(li)和(he)矽(gui)酸(suan)鹽類(lei)做(zuo)多孔(kong)支(zhi)撐層(ceng)。無機(ji)膜(mo)的壹(yi)般(ban)分離系(xi)數小，但(dan)滲(shen)透率(lv)高，且(qie)可(ke)耐(nai)高溫(wen)。
作(zuo)為復合膜(mo)極(ji)薄的(de)皮層，要求其(qi)有(you)效(xiao)厚(hou)度小於1um，壹(yi)般(ban)為0.2～1um，因為滲(shen)透速率(lv)與其(qi)厚(hou)度成(cheng)反(fan)比。
用膜(mo)進行空氣(qi)除(chu)濕，首先(xian)考(kao)慮的(de)是(shi)采(cai)用親水(shui)膜(mo)[7～15]，如聚(ju)乙*醇膜(mo)，賽璐玢膜(mo)，藻酸(suan)膜(mo)，殼(ke)聚(ju)糖(tang)膜(mo)，芳香聚(ju)酰(xian)亞胺(an)，聚(ju)丙(bing)烯腈和醋(cu)酸(suan)纖(xian)維(wei)素(su)膜(mo)。另壹(yi)類(lei)值(zhi)得註意(yi)的(de)膜(mo)是浸滲(shen)劑(ji)改性(xing)膜(mo)。所謂"浸滲(shen)劑(ji)"是指(zhi)填(tian)充在膜(mo)中的高吸水性(xing)物(wu)質(zhi)，常用CsF、LiBr、季胺(an)鹽等(deng)鹽(yan)類(lei)。在空氣(qi)除(chu)濕過程(cheng)中(zhong)只(zhi)有(you)蒸汽(qi)與膜(mo)接(jie)觸(chu)，浸(jin)滲(shen)劑(ji)可長(chang)期保(bao)留在膜(mo)內不被洗(xi)脫(tuo)，增(zeng)加(jia)了膜(mo)對(dui)水蒸氣的溶解(jie)和(he)擴散能力。據報(bao)道(dao)，添(tian)加(jia)CsF的(de)聚(ju)乙*醇復合(he)膜(mo)處理乙醇-水蒸氣時(shi)，在保(bao)持相(xiang)當高(gao)分(fen)離系(xi)數的情(qing)況下，滲(shen)透通(tong)量提(ti)高壹(yi)倍多；添(tian)加(jia)CsF的(de)纖(xian)維(wei)素(su)膜(mo)處理丙醇-水蒸氣時(shi)，滲(shen)透通(tong)量增(zeng)加(jia)10倍數。
Cussler等人(ren)應(ying)用聚(ju)醚(mi)硯復合(he)膜(mo)，Pan等人(ren)應(ying)用非對(dui)稱(cheng)三(san)醋(cu)酸(suan)纖(xian)維(wei)素(su)中(zhong)空(kong)纖(xian)維(wei)來(lai)對(dui)空氣進行除(chu)濕。他們(men)的研(yan)究都(dou)表(biao)明(ming)這(zhe)些(xie)膜(mo)具有較高(gao)的(de)水蒸氣透過度和(he)選(xuan)擇度。但(dan)是(shi)，聚(ju)醚(mi)硯復合(he)膜(mo)比較昂(ang)貴，而(er)三(san)醋(cu)酸(suan)纖(xian)維(wei)素(su)膜(mo)則很容易被液(ye)態水(shui)破(po)壞(huai)，所(suo)以應(ying)避免(mian)接(jie)觸(chu)液(ye)態水(shui)。復(fu)合(he)膜(mo)的表(biao)層的任何小洞(dong)將嚴(yan)重影響(xiang)復(fu)合膜(mo)的分離性(xing)能。Bonne等人(ren)[11]采用多孔(kong)均(jun)質纖(xian)維(wei)素(su)膜(mo)來(lai)對(dui)空氣除(chu)濕，但(dan)是(shi)這(zhe)種膜(mo)只(zhi)適(shi)用於相(xiang)對(dui)濕度較大(da)的(de)空氣(qi)除(chu)濕。因為相(xiang)對(dui)濕度較小時(shi)，膜(mo)中空隙的存在將使空氣很容易滲(shen)透通(tong)過(guo)，從而(er)影響(xiang)膜(mo)對(dui)水蒸氣的分離性(xing)能。而(er)當(dang)空氣濕度較大(da)時(shi)，水(shui)會在這(zhe)些(xie)空隙中冷凝(ning)，從而(er)使氮氣(qi)、氧(yang)氣難以(yi)通(tong)過(guo)，達到水和(he)空(kong)氣(qi)分離的目的。
非(fei)對(dui)稱(cheng)三(san)醋(cu)酸(suan)纖(xian)維(wei)素(su)中(zhong)空(kong)纖(xian)維(wei)在35℃，滲(shen)透側壓(ya)力2.3kPa條件(jian)下(xia)，水(shui)在標準狀態時(shi)的(de)透過度為7.2 × 10-10g/(Pa·cm2·s)。纖(xian)維(wei)內徑70um，外徑225um，纖(xian)維(wei)的(de)外(wai)表(biao)面是較厚(hou)的選(xuan)擇性(xing)活性(xing)層。實(shi)驗采用的除(chu)濕器單元(yuan)類(lei)似(si)於管(guan)殼(ke)式(shi)換(huan)熱(re)器(qi)，每個單元(yuan)由(you)32根(gen)14cm長(chang)的纖(xian)維(wei)組成。經(jing)過(guo)對(dui)膜(mo)透水結(jie)果的(de)分析(xi)可(ke)知，膜(mo)的有效(xiao)活性(xing)層厚(hou)度是(shi)1.1um。
Wang等(deng)人(ren)研究(jiu)了中空(kong)纖(xian)維(wei)膜(mo)除(chu)濕的傳(chuan)質(zhi)過程。實(shi)驗中使用的中(zhong)空(kong)纖(xian)維(wei)膜(mo)單元(yuan)參(can)數如下：每個單元(yuan)類(lei)似(si)於壹(yi)個(ge)管(guan)殼(ke)式(shi)換(huan)熱(re)器(qi)，外(wai)殼(ke)由(you)尼龍做成，外(wai)徑1.0或2.5cm，分別(bie)內含(han)30根(gen)和400根(gen)纖(xian)維(wei)，每根(gen)纖(xian)維(wei)長(chang)94cm，外徑600um，纖(xian)維(wei)由(you)充滿(man)微(wei)孔(kong)的(de)聚(ju)硯做支(zhi)撐層(ceng)，內壁覆蓋(gai)壹(yi)層(ceng)界面(mian)交(jiao)聯(lian)的矽(gui)氧烷酰(xian)胺(an)做選(xuan)擇性(xing)活性(xing)層。這(zhe)種膜(mo)的水蒸氣與空氣(qi)的(de)選(xuan)擇性(xing)可以(yi)高達4000：1；水在單位(wei)膜(mo)厚(hou)的透過度也(ye)很高，達5cm/s。所以(yi)，傳(chuan)質(zhi)過程不僅與膜(mo)本身的(de)阻力(li)有關(guan)，而(er)且(qie)膜(mo)兩側的邊界也(ye)有很重要的影響(xiang)。通(tong)過(guo)對(dui)實(shi)驗與模型對(dui)比的分析(xi)，他(ta)們(men)認(ren)為：對(dui)於分離空氣和水(shui)的(de)膜(mo)過程，空氣穿過膜(mo)的傳(chuan)質(zhi)阻力主(zhu)要(yao)由(you)膜(mo)本身的(de)擴散阻(zu)力組成；而(er)水(shui)蒸氣穿過膜(mo)的傳(chuan)質(zhi)阻力主(zhu)要(yao)由(you)膜(mo)本身的(de)擴散阻(zu)力構(gou)成(cheng)。所以可以(yi)認(ren)為膜(mo)本身對(dui)水的透過度有(you)無窮(qiong)大(da)。另外，水(shui)蒸氣與空氣(qi)的(de)選(xuan)擇性(xing)並非(fei)越大越好，合理(li)選(xuan)取(qu)選(xuan)擇性(xing)，可以(yi)增(zeng)加(jia)除(chu)濕氣產(chan)量，減(jian)小膜(mo)面積。引(yin)入(ru)吹(chui)掃(sao)氣(qi)，或(huo)使部分(fen)空(kong)氣滲(shen)透流(liu)過(guo)膜(mo)，可降(jiang)低滲(shen)透側的(de)膜(mo)厚(hou)度，降(jiang)低水(shui)蒸氣傳(chuan)質(zhi)阻力，增(zeng)加(jia)水(shui)蒸氣的透過。實(shi)驗表(biao)明(ming)，多孔(kong)聚(ju)硯中空(kong)纖(xian)維(wei)在操作(zuo)壓(ya)力0.7MPa時(shi)，除(chu)濕率(lv)85%，幹(gan)燥(zao)氣(qi)露點可達(da)-20℃以下(xia)。
與纖(xian)維(wei)素(su)膜(mo)不同，同樣(yang)為有機(ji)高(gao)分(fen)子(zi)膜(mo)的凝(ning)膠膜(mo)具有不同的除(chu)濕機(ji)理(li)。Cha等(deng)人(ren)研究(jiu)了凝(ning)膠膜(mo)空氣除(chu)濕的過(guo)程(cheng)。他們(men)使用由(you)再生(sheng)的纖(xian)維(wei)素(su)經(jing)過(guo)銅銨化(hua)處理(li)獲(huo)得的被稱(cheng)為Cuprophan的膜(mo)，這(zhe)種膜(mo)具有強烈(lie)的(de)親(qin)水性(xing)，並且(qie)膜(mo)分子與水分子接(jie)觸(chu)時(shi)，能立刻(ke)生(sheng)成水(shui)凝(ning)膠，進壹(yi)步(bu)將分子(zi)鏈(lian)撐(cheng)大(da)。這(zhe)樣(yang)，當(dang)膜(mo)與很濕的空(kong)氣(qi)接(jie)觸(chu)時(shi)，聚(ju)合(he)物(wu)分(fen)子(zi)鏈(lian)遇(yu)水發生(sheng)膨(peng)脹(zhang)，膨(peng)脹(zhang)後的(de)分子(zi)鏈(lian)之間充(chong)滿(man)水(shui)，成(cheng)為透水的(de)良好(hao)通(tong)道(dao)。而(er)由(you)於空氣(qi)在水中(zhong)的溶解(jie)度很小，所以(yi)分子(zi)鏈(lian)間的(de)這(zhe)些(xie)水又成為使空氣難以(yi)透過的(de)屏障。當這(zhe)種膜(mo)與較為幹(gan)燥(zao)的(de)空氣接(jie)觸(chu)時(shi)，聚(ju)合(he)物(wu)分(fen)子(zi)鏈(lian)失(shi)水(shui)發生(sheng)收(shou)縮(suo)，分(fen)子(zi)間距(ju)減(jian)小，空氣(qi)同樣(yang)難以(yi)從(cong)膜(mo)分子鏈(lian)之間透過去。
Cha等(deng)人(ren)通(tong)過(guo)實(shi)驗測(ce)定(ding)了這(zhe)種凝(ning)膠膜(mo)的透濕性(xing)，結果表(biao)明(ming)，在真空(kong)除(chu)濕模式(shi)下(xia)，該膜(mo)的透濕率(lv)對(dui)空氣的相(xiang)對(dui)濕度非(fei)常敏(min)感，膜(mo)的透濕率(lv)是膜(mo)進口空(kong)氣(qi)相(xiang)對(dui)濕度的(de)指(zhi)數函(han)數。水蒸氣與氮氣(qi)的(de)分離系(xi)數隨相(xiang)對(dui)濕度的(de)不同而(er)在20～250之間變(bian)動(dong)，水(shui)蒸氣的透過度在(1.1～9.5)×10-11 g/(Pa·cm2·s)之內。
這(zhe)種膜(mo)的缺點是在低相(xiang)對(dui)濕度時(shi)，膜(mo)的除(chu)濕能力不強，與(yu)空(kong)氣(qi)的分(fen)離系(xi)數不高。
2.2 無機(ji)膜(mo)
2.2.1 分子篩膜(mo)的性(xing)質
與(yu)有機(ji)高(gao)分(fen)子(zi)膜(mo)相(xiang)比，無機(ji)膜(mo)具有許(xu)多突出(chu)的(de)優點如：耐(nai)熱(re)、耐(nai)化(hua)學腐(fu)蝕和(he)良(liang)好(hao)的(de)機(ji)械(xie)強度，特(te)別(bie)適(shi)合(he)於高溫(wen)氣體分(fen)離和化(hua)學反應(ying)過程(cheng)。目前(qian)實(shi)際(ji)使用的無機(ji)膜(mo)孔(kong)徑多在0.1～1um，由(you)於陶瓷膜(mo)多孔(kong)，其(qi)滲(shen)透選(xuan)擇性(xing)較差(cha)[16]。
沸(fei)石(shi)具(ju)有規則孔(kong)道(dao)，孔(kong)徑(0.3～1.2nm①)可調，其(qi)表(biao)面吸附(fu)性(xing)能、酸(suan)堿性(xing)能及(ji)催化(hua)性(xing)能可因此而(er)發生(sheng)顯(xian)著變(bian)化(hua)，已廣(guang)泛用於吸附(fu)制(zhi)冷、催(cui)化(hua)、氣體分(fen)離和凈化(hua)。如果將分子(zi)篩以(yi)膜(mo)形式加以利用，將其(qi)用來(lai)調(tiao)整(zheng)多孔(kong)材(cai)料的孔(kong)道(dao)結(jie)構(gou)和(he)尺寸，使之能獲(huo)得孔(kong)徑小於1nm的無機(ji)膜(mo)，並能用於高溫(wen)氣體分(fen)離、空氣除(chu)濕、滲(shen)透蒸發等(deng)分(fen)子(zi)水(shui)平的分離過程，可以(yi)實(shi)現氣相(xiang)分離的連續進(jin)行。因此分子(zi)篩膜(mo)成為近年來(lai)研(yan)究(jiu)的(de)熱(re)點。
分子(zi)篩膜(mo)的滲(shen)透性(xing)能取(qu)決(jue)於滲(shen)透溫(wen)度壓(ya)力和(he)處理介質(zhi)的性(xing)質，當(dang)然膜(mo)厚(hou)也(ye)是壹(yi)個(ge)重(zhong)要(yao)因素。由(you)於分子(zi)篩對(dui)某(mou)些(xie)組分具有(you)強烈(lie)的(de)吸(xi)附(fu)性(xing)，因此分子(zi)篩膜(mo)的滲(shen)透過程(cheng)既要(yao)考(kao)慮其(qi)分(fen)子選(xuan)擇性(xing)又要考(kao)慮其(qi)吸(xi)附(fu)性(xing)能對(dui)滲(shen)透性(xing)能的影響(xiang)。
2.2.2 分(fen)子篩膜(mo)的傳(chuan)濕機(ji)理(li)
對(dui)分子篩膜(mo)分離氣體的(de)機(ji)理(li)的(de)研(yan)究(jiu)已(yi)有許(xu)多報(bao)道(dao)，其(qi)中(zhong)Asaeda等人(ren)認(ren)為多孔(kong)固體膜(mo)分離氣體的(de)歷程(cheng)壹(yi)般(ban)分為4種類(lei)型[17～19]；①Knudsen擴散。在有壓(ya)差條件(jian)下(xia)膜(mo)孔(kong)徑5～10nm，無壓(ya)差條件(jian)下(xia)膜(mo)孔(kong)徑5～50nm時(shi)，Knudsen擴散起(qi)主(zhu)導(dao)作(zuo)用，其(qi)分(fen)離系(xi)數為被分(fen)離氣體相(xiang)對(dui)分子質量②之比(bi)的(de)平(ping)方(fang)根(gen)；②表(biao)面擴散。膜(mo)孔(kong)壁上(shang)吸附(fu)分子通(tong)過(guo)吸附(fu)分子的濃(nong)度梯度在表(biao)面上進行擴散，這(zhe)壹(yi)歷(li)程(cheng)中(zhong)被吸(xi)附(fu)狀態對(dui)膜(mo)分離性(xing)能有壹(yi)定(ding)影響(xiang)。被吸(xi)附(fu)組分比不被吸(xi)附(fu)組分擴為1～10nm時(shi)表(biao)面擴散起(qi)主(zhu)導(dao)作(zuo)用。對(dui)於氣體分(fen)離，表(biao)面擴散比(bi)Knudsen擴散更(geng)為有用；③毛細(xi)管(guan)冷凝(ning)。在溫(wen)度較低(di)的(de)情(qing)況下(如接(jie)近(jin)0℃時(shi))，每壹(yi)孔(kong)道(dao)都(dou)有(you)可(ke)能被冷(leng)凝(ning)物(wu)組分堵(du)塞而(er)阻(zu)止了非冷(leng)凝(ning)物(wu)組分的滲(shen)透，當孔(kong)道(dao)內的(de)冷凝(ning)物(wu)組分流(liu)出(chu)孔(kong)道(dao)後(hou)又蒸發時(shi)，就實(shi)現了分離；④分子篩效(xiao)應(ying)。這(zhe)是壹(yi)個(ge)比(bi)較理(li)想(xiang)的分(fen)離歷程，分子(zi)大(da)小不同的氣體混(hun)合物(wu)與(yu)膜(mo)接(jie)觸(chu)後(hou)，大分(fen)子(zi)被截(jie)留，而(er)小分子(zi)則通(tong)過(guo)孔(kong)道(dao)，從(cong)而(er)實(shi)現了分離。
2.2.3 分子篩膜(mo)的應(ying)用
沸石(shi)膜(mo)具有均壹(yi)的(de)孔(kong)徑，優良(liang)的(de)化(hua)學穩定性(xing)、熱(re)穩(wen)定(ding)性(xing)和再(zai)生(sheng)性(xing)。沸石(shi)晶(jing)穴內部存(cun)在著強大(da)的(de)庫(ku)侖電(dian)場(chang)和極(ji)性(xing)作(zuo)用，使它對(dui)水有極(ji)大的(de)親和(he)力。因此，在沸石(shi)膜(mo)脫水過程中，水分子(zi)在其(qi)上(shang)優先(xian)吸(xi)附(fu)形成的表(biao)面擴散及(ji)毛細(xi)凝(ning)聚(ju)現象，將使水蒸氣與氣體的(de)分離系(xi)數很大，是壹(yi)種很好的氣體脫(tuo)水膜(mo)材料。
Asaeda等人(ren)[17]使用鑄漿(jiang)法(fa)制(zhi)得了分子(zi)篩陶瓷膜(mo)來(lai)分(fen)離醇水的(de)混(hun)合物(wu)蒸氣，膜(mo)的支(zhi)撐層(ceng)是(shi)孔(kong)較大(da)的(de)陶瓷片，厚(hou)度0.001m，空(kong)隙(xi)率(lv)50%，平均(jun)孔(kong)徑1um，表(biao)面活性(xing)層是(shi)由(you)矽鋁溶膠鑄成(cheng)的(de)，其(qi)厚(hou)度10um，平(ping)均(jun)孔(kong)徑3nm。實(shi)驗表(biao)明(ming)，在25℃，50%的溫(wen)度和(he)相(xiang)濕度下(xia)，空(kong)氣的(de)透過率(lv)非常小，小於2mol/(m2·h)，而(er)水(shui)的透過率(lv)可高(gao)達(da)15mol/(m2·h)。水(shui)蒸氣與空氣(qi) 選(xuan)擇性(xing)是460：1。這(zhe)些(xie)結果顯(xian)示(shi)，空(kong)氣(qi)和(he)不在這(zhe)種陶瓷膜(mo)的分離機(ji)理(li)是(shi)由(you)於毛細(xi)管(guan)冷凝(ning)後的液體流(liu)。
王(wang)金渠(qu)等人(ren)[20]對(dui)用水熱(re)液(ye)相(xiang)合成(cheng)法(fa)制(zhi)備的(de)A型沸廠(chang)膜(mo)的研究發現，所制(zhi)備的(de)膜(mo)雖然對(dui)N2和O2的分離系(xi)數不高，但(dan)對(dui)氣體中(zhong)微量水(shui)蒸氣的脫除(chu)仍(reng)表(biao)現出(chu)較好(hao)的(de)分離效(xiao)果。分(fen)析(xi)原(yuan)因認(ren)為，無機(ji)多孔(kong)膜(mo)進行氣體分(fen)離時(shi)，篩分(fen)機(ji)理(li)限(xian)於目前(qian)的(de)制(zhi)膜(mo)水平，尚不能占據主(zhu)要(yao)地位(wei)；努(nu)森(sen)擴散和(he)表(biao)面擴散機(ji)理(li)是(shi)眾(zhong)多研究(jiu)者(zhe)註目(mu)的(de)焦(jiao)點。當易凝(ning)聚(ju)氣(qi)體存(cun)在時(shi)，發生(sheng)在膜(mo)孔(kong)中(zhong)的毛細凝(ning)聚(ju)現象將顯(xian)得十(shi)分重(zhong)要，成為最主(zhu)要(yao)的(de)分(fen)離機(ji)理(li)。當(dang)氣(qi)體中(zhong)存在易吸(xi)附(fu)的氣體時(shi)，表(biao)面擴散機(ji)理(li)將起主(zhu)導(dao)作(zuo)用。王(wang)金渠(qu)等人(ren)在平板(ban)式膜(mo)氣體滲(shen)透裝置中測(ce)試了A型沸石(shi)膜(mo)的除(chu)濕性(xing)能，發現在0～0.6MPa的空(kong)氣壓(ya)力範(fan)圍(wei)內，隨(sui)著壓(ya)力的(de)升高和溫(wen)度的(de)降(jiang)低，水(shui)蒸氣的滲(shen)透速率(lv)增(zeng)大(da)，與(yu)空(kong)氣的分離系(xi)數增(zeng)加(jia)，這(zhe)是由(you)沸石(shi)對(dui)水蒸氣的吸附(fu)性(xing)能決(jue)定(ding)的。但(dan)文獻(xian)並(bing)沒(mei)給(gei)出(chu)具(ju)體的(de)水蒸氣滲(shen)透速度。
2.3 液(ye)膜(mo)
液膜(mo)有兩種形(xing)式(shi)，壹(yi)種是(shi)乳狀(zhuang)液膜(mo)，以表(biao)面活性(xing)劑(ji)穩定(ding)薄膜(mo)。另壹(yi)種是(shi)帶(dai)支(zhi)撐層(ceng)的(de)液(ye)膜(mo)，即將液膜(mo)填充於微孔(kong)高(gao)分子結構(gou)中(zhong)。後(hou)者(zhe)比前(qian)者(zhe)穩定(ding)。
Deetz[21]研(yan)究了將液體LiBr溶液浸漬(zi)於醋(cu)酸(suan)/硝酸(suan)纖(xian)維(wei)膜(mo)中形成的液膜(mo)的透濕性(xing)能，他主(zhu)要(yao)研(yan)究(jiu)了該膜(mo)的穩定性(xing)，發現，當將此膜(mo)置於相(xiang)對(dui)濕度小於3%的幹(gan)燥(zao)氮氣(qi)中(zhong)時(shi)，薄(bo)膜(mo)中的LiBr液相(xiang)會蒸發，氮氣(qi)會(hui)在多孔(kong)的(de)膜(mo)分子晶(jing)格間自(zi)由(you)渡(du)過(guo)，導致(zhi)氣體分(fen)離失(shi)敗(bai)。如果渡(du)過(guo)的是相(xiang)對(dui)濕度較大(da)的(de)空氣(qi)，由(you)於水會(hui)連(lian)續不斷地在膜(mo)的微孔(kong)中(zhong)冷凝(ning)，冷凝(ning)後的水向(xiang)低壓(ya)側滲(shen)透，又補低(di)壓(ya)側的(de)真空作(zuo)用抽走，空(kong)氣中的水(shui)會(hui)繼(ji)續在微孔(kong)中(zhong)冷凝(ning)，膜(mo)中的液相(xiang)LiBr會穩(wen)定(ding)下來(lai)，使空氣除(chu)濕過程(cheng)連(lian)續進行。
2.4 VOC去除(chu)膜(mo)
VOC意(yi)為揮(hui)發性(xing)有機(ji)化(hua)合物(wu)，是(shi)英(ying)文Volatile Oraganic Compound的(de)縮寫。這(zhe)些(xie)物(wu)質(zhi)在封(feng)閉環(huan)境(jing)的空氣中達到壹(yi)定(ding)濃(nong)度後(hou)，會(hui)對(dui)人(ren)的健(jian)康(kang)造成不良影響(xiang)，引(yin)起疲勞、頭疼、等(deng)反應(ying)。此外，VOC還(hai)有致(zhi)癌(ai)作(zuo)用。所以(yi)在對(dui)室內送(song)風進(jin)行除(chu)濕的同(tong)時(shi)，還(hai)應(ying)去除(chu)其(qi)中(zhong)的VOC。
Poddar T K等人(ren)[5]使用微孔(kong)憎水性(xing)對(dui)稱(cheng)或(huo)非對(dui)稱(cheng)中(zhong)空纖(xian)維(wei)膜(mo)來(lai)去除(chu)空(kong)氣中的VOC，在這(zhe)種中(zhong)空(kong)纖(xian)維(wei)的(de)外(wai)表(biao)面塗有(you)壹(yi)層(ceng)超(chao)薄(bo)致(zhi)密VOC的(de)選(xuan)擇性(xing)膜(mo)(經(jing)過(guo)等離子聚(ju)合(he)化(hua))。工作(zuo)時(shi)，被處(chu)理空(kong)氣流(liu)過(guo)纖(xian)維(wei)內部，VOC滲(shen)過(guo)多孔(kong)的(de)基膜(mo)，被活性(xing)膜(mo)選(xuan)擇性(xing)吸附(fu)，在纖(xian)維(wei)外(wai)側(ce)真(zhen)空的驅(qu)動(dong)下(xia)脫除(chu)。實(shi)驗表(biao)明(ming)，使用30cm長(chang)的中空纖(xian)維(wei)，當(dang)VOC的(de)體積分(fen)數較高(gao)如(ru)(30000～40000)× 10-6時(shi)，VOC的(de)脫除(chu)率(lv)可高(gao)達(da)98%～99%，如(ru)果再(zai)與吸附(fu)法(fa)結(jie)合(he)起(qi)來(lai)，VOC的(de)體積分(fen)數可以降(jiang)得更低(di)。
3 除(chu)濕膜(mo)的形態和特性(xing)
除(chu)濕膜(mo)的形態基本有兩種：平(ping)板(ban)式(shi)和中空(kong)纖(xian)維(wei)式(shi)。平(ping)板(ban)式膜(mo)的制(zhi)備工(gong)藝比(bi)較簡(jian)單，適(shi)宜(yi)於在實(shi)驗室手工制(zhi)作(zuo)；用在工藝上(shang)時(shi)對(dui)流(liu)體的(de)阻力(li)小，結構(gou)簡單，維(wei)護(hu)方(fang)便(bian)。目(mu)前(qian)在實(shi)驗室制(zhi)備的(de)大(da)部分(fen)膜(mo)都是平板膜(mo)。
壹(yi)般(ban)來(lai)講(jiang)，膜(mo)分離過程的傳(chuan)質(zhi)速率(lv)較小，尤其(qi)是(shi)在反滲(shen)透、氣體分(fen)離及(ji)滲(shen)透汽(qi)化(hua)過程(cheng)中，由(you)於膜(mo)中致(zhi)密活性(xing)層的(de)存在，傳(chuan)質(zhi)速率(lv)非常低(di)。為了滿(man)足(zu)實(shi)際(ji)工業過程(cheng)中(zhong)處(chu)理大(da)量物(wu)料(liao)的(de)需要，發展了中空(kong)纖(xian)維(wei)，與(yu)平(ping)板(ban)膜(mo)相(xiang)比，中(zhong)空(kong)纖(xian)維(wei)具(ju)有(you)如(ru)下優點：
①膜(mo)呈自支(zhi)撐結(jie)構(gou)，無需(xu)另加(jia)其(qi)它(ta)支(zhi)撐體，可(ke)大大(da)簡(jian)化(hua)組裝成膜(mo)組件(jian)時(shi)的(de)復雜(za)性(xing)；
②中空(kong)纖(xian)維(wei)組件(jian)具(ju)有(you)很高的裝填(tian)密(mi)度，它(ta)可(ke)以提(ti)供很大的比表(biao)面積。如(ru)0.3m2的(de)中(zhong)空纖(xian)維(wei)組件(jian)可(ke)以(yi)提(ti)供500m2的(de)有(you)效(xiao)膜(mo)面積，而(er)同(tong)樣(yang)條件(jian)下(xia)的(de)平(ping)板(ban)膜(mo)組件(jian)為20m2，管(guan)式膜(mo)組件(jian)為5 m2。
③重現性(xing)好，放(fang)大(da)容易。壹(yi)般(ban)情(qing)形下，對(dui)於中空(kong)纖(xian)維(wei)膜(mo)組件(jian)，實(shi)驗室規模的膜(mo)組件(jian)與(yu)工(gong)業(ye)規模的膜(mo)組件(jian)相(xiang)比，其(qi)中(zhong)的流(liu)動(dong)形(xing)式與(yu)分離效(xiao)果差(cha)別(bie)不大。
所以，采用中空(kong)纖(xian)維(wei)膜(mo)時(shi)，可(ke)以用很大的膜(mo)面積抵(di)消(xiao)膜(mo)過程中傳(chuan)質(zhi)速率(lv)低的(de)弱(ruo)點，從而(er)給(gei)膜(mo)分離技術在工業(ye)生(sheng)產中(zhong)的推廣應(ying)用提(ti)供了有利條件(jian)。它(ta)的(de)缺(que)點是制(zhi)備工(gong)藝復(fu)雜(za)，如果是(shi)液體還(hai)要對(dui)料液進行預處(chu)理(li)，以(yi)防(fang)堵(du)塞。
4 結論(lun)
膜(mo)法(fa)除(chu)濕作(zuo)為壹(yi)種新的除(chu)濕方(fang)法(fa)，具(ju)有(you)傳(chuan)統除(chu)濕方(fang)法(fa)的(de)不具有的許(xu)多優點，如除(chu)濕過程(cheng)連(lian)續進行，無腐(fu)蝕問(wen)題，無需(xu)閥門(men)切(qie)換，無運(yun)動(dong)部件(jian)，系(xi)統可(ke)靠(kao)性(xing)高，易維(wei)護(hu)，能耗(hao)小，維護(hu)費用低等(deng)。
有(you)機(ji)強化(hua)傳(chuan)濕，應(ying)盡量增(zeng)大(da)膜(mo)兩側的壓(ya)力差(cha)。具體系(xi)統方(fang)案可采用壓(ya)縮法(fa)、真(zhen)空(kong)法(fa)、吹(chui)掃(sao)氣(qi)法(fa)及(ji)混(hun)合法(fa)。這(zhe)些(xie)方(fang)法(fa)都(dou)必須在膜(mo)兩側產生(sheng)壹(yi)個(ge)很大的壓(ya)力差(cha)，將對(dui)膜(mo)的強度提(ti)出(chu)很高要求。另(ling)外(wai)，對(dui)泵等設備也(ye)有較高(gao)要(yao)求。如(ru)果能在膜(mo)兩側產生(sheng)壹(yi)個(ge)溫(wen)差，靠(kao)膜(mo)造成的(de)濃(nong)度差(cha)來(lai)實(shi)現傳(chuan)濕，則將克(ke)服(fu)這(zhe)些(xie)不利因素，這(zhe)將是壹(yi)種新型的除(chu)濕模式(shi)。
有(you)機(ji)高(gao)分(fen)子(zi)聚(ju)合(he)物(wu)膜(mo)、無機(ji)膜(mo)和液膜(mo)都能用來(lai)除(chu)濕。有機(ji)高(gao)分(fen)子(zi)聚(ju)合(he)物(wu)膜(mo)具有較高(gao)的(de)水蒸氣透過度和(he)選(xuan)擇度。無機(ji)膜(mo)具有耐熱(re)、耐(nai)化(hua)學腐(fu)蝕的(de)優點和良(liang)好的(de)機(ji)械(xie)強度，特(te)別(bie)適(shi)合(he)於高溫(wen)氣體分(fen)離和化(hua)學反應(ying)過程(cheng)。目前(qian)實(shi)際(ji)使用的無機(ji)膜(mo)孔(kong)徑多在0.1～1um。陶瓷膜(mo)由(you)於多孔(kong)，滲(shen)透選(xuan)擇性(xing)較差(cha)。
沸(fei)石(shi)具(ju)有規則孔(kong)道(dao)，孔(kong)徑(0.3～1.2nm)可調，其(qi)表(biao)面吸附(fu)性(xing)能、酸(suan)感性(xing)能及(ji)催化(hua)性(xing)能可因此而(er)發生(sheng)顯(xian)著變(bian)化(hua)，如果將分子(zi)篩以(yi)膜(mo)形式加以利用，將其(qi)用來(lai)調(tiao)整(zheng)多孔(kong)材(cai)料的孔(kong)道(dao)結(jie)構(gou)和(he)尺寸，使之能獲(huo)得孔(kong)徑小於1nm的無機(ji)膜(mo)，並能用於高溫(wen)氣體分(fen)離、空氣除(chu)濕、滲(shen)透蒸發等(deng)分(fen)子(zi)水(shui)平的分離過程，可以(yi)實(shi)現氣相(xiang)分離的連續進(jin)行。因此分子(zi)篩膜(mo)成為近年來(lai)研(yan)究(jiu)的(de)特點。
總的(de)說(shuo)來(lai)，除(chu)濕膜(mo)還存在透濕率(lv)低、強度差(cha)、成(cheng)本高(gao)的缺點。今後(hou)隨著膜(mo)材料和制(zhi)膜(mo)工藝的(de)研(yan)究進(jin)展，膜(mo)空氣除(chu)濕必將研究(jiu)會調(tiao)及(ji)其(qi)它(ta)領域取(qu)得更大(da)的(de)發展
