近年来薄膜蒸馏的研究围绕蒸馏膜的改进、薄膜蒸馏实验条件和模块参数的优化展开。气隙式薄膜蒸馏(AGMD)高热效率和易改进的优点使其在薄膜蒸馏技术中成为重要的分支。AGMD的输运过程由蒸馏膜两侧的温差及其内部的传质系数确定。传质系数是薄膜蒸馏过程中最基础的研究。微尺度上蒸馏膜优化和改进引起的输运机理以及传质系数的变化需要再进一步解释。蒸馏膜两侧的温差是传质驱动力，如何从AGMD模块结构上对其进行系统的优化也值得进一步确定。此外多组分气体扩散过程中各分子之间的微尺度相互作用和扩散机理也非常重要。针对以上问题，本文以AGMD为研究对象，采用实验和理论计算相结合的方法，对微尺度输运机理进行了系统研究和分析，主要研究内容包括:
　　当分子在微尺度的膜孔中扩散时，微尺度范围的Knudsen扩散、分子扩散和过渡扩散机制被用于描述传质过程。为了方便计算，根据出现在膜孔内的微尺度输运机理，对蒸馏膜的传质系数进行了详细的理论分析，并通过改变料液温度、冷却液温度、料液流量、料液浓度、气隙宽度和膜孔大小进行实验验证，提出了传质系数在常用AGMD运行温度范围内是定值的结论，提供了一种新的传质系数简便估算方法。
　　通过分析微尺度输运机理发现，孔隙率高的蒸馏膜因可以为分子提供更多的扩散通道而增加传质系数，且蒸馏膜表层纤维的微尺度排布影响料液微观流动进而改变传质过程。为提高蒸馏膜的传质系数，采用静电纺丝技术将聚丙烯腈溶液制备成具有无纺结构和类平行结构的高孔隙率纤维膜。引入微尺度的共型镀膜方法-引发式化学气相沉积技术将亲水聚丙烯腈膜转化为疏水聚丙烯腈膜并应用于AGMD，扩大了蒸馏膜的可选择范围。微尺度纤维排布与进料流向的结合可将AGMD的产水通量提高约7％。
　　输运机理表明孔径大的蒸馏膜因可以减小分子碰撞频率而减小传质阻力，但是蒸馏膜孔径增大会导致膜润湿现象。单一结构蒸馏膜无法满足孔隙率、孔径和传质阻力的最优结合。为了减小传质阻力，增加膜内的传质系数，同时保证蒸馏膜的高疏水性，在大孔径纤维膜支撑层的表面纺制小孔径纤维膜制备复合膜。理论计算和AGMD实验结果表明，复合膜的表层参数对传质系数和输运过程影响很小。复合膜在保证其不被润湿的同时，可以增加膜内的传质系数，强化输运过程。
　　膜结构的改变引发了膜内毛细冷凝现象，为探究毛细冷凝现象发生后的传质机理，以商业聚四氟乙烯膜和静电纺丝纤维膜作为研究对象，采用实验现象观察和理论分析相结合的方法，研究了AGMD过程发生膜内毛细冷凝现象的影响因素。实验表明毛细冷凝可以在蒸馏膜内发生，但并不终止AGMD过程，而是减小了传质驱动力和产水通量，膜孔内传质过程可以达到动态平衡。通过分析总结发现:在传质系数-温度曲线图中，传质系数值的大幅度减小表明蒸馏膜内发生了毛细冷凝现象。
　　为了增加产水通量，同时避免蒸馏膜内发生毛细冷凝现象，需要对气隙参数进行系统的研究。通过在气隙中填充填料来研究气隙有效导热系数对AGMD产水通量和热效率的影响，明确气隙参数对AGMD输运过程的影响机制。结果表明AGMD中的输运过程很大程度上受有效导热系数影响，而气隙有效导热系数由气隙孔隙率和填料导热系数决定。气隙有效导热系数的增加会增加膜两侧的温差，当跨膜温差占料液与冷却液温差的比值为1.5％-4.5％时热效率达到最优，产水通量随气隙有效导热系数增加持续增加。
　　采用AGMD技术对含多种挥发性组分的热镀锌废酸进行了资源化处理，详细分析了过程中HCl分子和H2O分子在蒸馏膜中的相互作用和输运机理。结果表明料液温度的升高会提高AGMD的产水通量。料液中HCl的浓度增加会明显增加产水中的HCl浓度。FeCl2的存在会显著增加HCl的活度、减小H2O的活度，增加产水中的HCl浓度。HCl分子和H2O分子在微尺度膜孔内的扩散相互促进并遵从Maxwell-Stefan关系式。