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膜蒸馏是一种以疏水微孔膜两侧蒸汽压力差为传质驱动力的膜分离技术,具有对无机盐和大分子等不挥发性组分的脱盐率高,投资成本低、操作简单等特点,将膜蒸馏与太阳能热源相结合,可大幅度降低其能耗,在海水和苦咸水淡化等领域应用前景大。膜蒸馏中,耐高温的疏水微孔膜材料的选择是关键。聚四氟乙烯(PTFE)具有良好的疏水性、化学和温度稳定性等优点,是膜蒸馏的理想材料。本文以“混合-挤出-膨化拉伸-热处理”法制备了PTFE中空纤维膜,对中空纤维膜的孔径、孔隙率和微观结构等进行了表征;以PTFE中空纤维膜为热膜,以PTFE中空实壁管为冷膜,制备内部有热能交换的空气间隙式膜蒸馏组件,考察膜壁厚度、孔径和孔隙率等结构参数和热料液进口温度、冷料液进口温度和料液流速等操作参数对膜蒸馏产水通量和脱盐率的影响;将空气间隙式膜蒸馏组件与太阳能集热系统结合,以NaCl溶液作为进料液,研究了热水进口温度、料液流速、天气情况、组件连接方式等对系统产水通量和脱盐率的影响。主要研究内容与结论如下:(1)采用“混合-挤出-膨化拉伸-热处理”工艺制备的PTFE中空纤维膜丝具有外侧致密、内侧疏松多孔的非对称结构,膜平均孔径为0.22-0.32?m,孔径分布较均匀,孔隙率为35.3-45.6%,膜丝表面水接触角为120-127.8°,疏水性强,拉伸强度为160N以上。(2)以PTFE中空纤维膜为热膜,以PTFE中空实壁管为冷膜,制备内部有热能交换的空气间隙式膜蒸馏组件,以质量浓度为2%的NaCl溶液为进料液,研究了膜壁厚度、孔径和孔隙率等结构参数对膜蒸馏产水通量和脱盐率的影响。结果表明,随着膜壁厚度的减小,产水通量增加;随着膜孔径和孔隙率增大,产水通量增加;脱盐率不受膜壁厚度和孔径孔隙率的影响,一直稳定在99.99%。(3)研究了热料液进口温度T1、冷料液进口温度T4、料液流速Q等因素对膜蒸馏产水通量和脱盐率的影响。结果表明:随着热料液进口温度T1的升高,产水通量与造水比均增大;随着冷侧进口温度T4的升高,产水通量减小,造水比增大;随着料液流速Q的增大,产水通量增加,造水比减小。膜蒸馏过程中脱盐率一直稳定在99.9%。(4)将空气间隙式膜蒸馏组件与太阳能集热系统结合,以3%NaCl溶液作为料液,进行太阳能气隙式膜蒸馏脱盐实验,研究热料液进口温度和流量、冷料液进口温度以及不同天气条件等对膜蒸馏产水通量和电导率的影响。结果表明,随着热料液进口温度和流量的增加,产水通量显著增大;而冷料液温度的升高则使产水通量下降。不同天气条件下膜蒸馏产水通量差异较大,光照条件较好的晴天,通量较高,阴天则产水较少。当太阳能的集热面积为1.85m2,有效膜面积为1m2,料液流量为150L·h-1时,该系统的最大产水通量为2.7 L·m-2·h-1,日产水总量最大可达11.8kg,产水电导率稳定在5-15?s·cm-1,脱盐率达到99.99%。本实验结果对解决我国偏远岛礁的饮水问题具有一定的参考意义。