CN1011385B

CN1011385B - 渗透蒸馏的方法和设备

Info

Publication number: CN1011385B
Application number: CN85109400A
Authority: CN
Inventors: 米歇尔·塞奇·马克西姆·利费布弗
Original assignee: Syrinx Research Pty Ltd
Current assignee: Syrinx Research Pty Ltd
Priority date: 1984-11-21
Filing date: 1985-12-27
Publication date: 1991-01-30
Also published as: NZ214298A; WO1986003135A1; FI862987A0; ES8800063A1; ATE75159T1; DE3585923D1; DK346886A; DK346886D0; ES8702157A1; PT81537A; AU587407B2; IN166753B; US4781837A; EP0207951A4; CN85109400A; ES549097A0; FI862987A; AU5092185A; GR852788B; ZA858921B

Abstract

一种用于渗透蒸馏或渗透蒸发使低渗透压的稀溶液浓缩的扩散膜(如薄膜)，这是利用被微孔疏水性薄膜分隔的两种流体间(如果汁与海水)渗透压差作为动力，使较低渗透压的流体(如果汁)浓缩的薄膜分离过程。利用与反渗透装置相联合提供了回收流程(如海水脱盐)中的溶剂(如淡水)的方法，同时也提供了一种回收两种流体间部分有用能量的方法，即，由于两种流体间渗透压不同而引起的两种不同势能间的能量。

Description

本发明是关于利用两种液体之间存在的渗透压差浓缩液体及其相应的设备。

利用反渗透浓缩溶液，如流体食品，以及从海水制备饮用水，如与传统的蒸发和蒸馏方法相比较，在许多情况下使得生产成本昂贵。然而，通过排除因亲水的反渗透薄膜所造成的污垢问题，可以大大地降低成本。这种反渗透薄膜的湿润性具有牢固粘附如有机色素、各种无机盐、悬浮物及胶质的污垢的性质。在某些情况下，通过沉淀和过滤预处理方法，可以使污垢减轻。可是，由此而使得整个工艺的成本大大增加，降低了反渗透技术的吸引性。

为便于各种应用即所谓薄膜蒸馏和人工充氧，现在已经发展了多种孔径大小的疏水薄膜。

通常，疏水薄膜是用疏水聚合物如聚四氟乙烯（TEFLON）或聚丙烯制得，例如命名为…CELGARD的薄膜。

疏水薄膜也可以由经过特殊处理、使在表面具有氟代烃基的网状结构的亲水聚合物制得。

在医疗工业上，疏水薄膜广泛地用于血的人工充氧。该人工充氧装置用后即扔掉，而且，医院用后可立即拿来用。

大家知道，薄膜蒸馏法取决于两种溶液之间的温度梯度。但是，迄今为止还无人论及，薄膜蒸馏或渗透蒸馏法取决于两种溶液之间的渗透压差。

本发明的目的是提供增加薄膜的疏水性的方法，并提供用所说的方法制备薄膜。

本发明进一步的目的是提供利用两种液体之间渗透压差（即渗透压力梯度）浓缩液体的方法及其所用的设备。

本发明的另一个目的是将该薄膜充氧装置循环用于薄膜分离工艺，利用两种液体之间渗透压差作为动力，以便使渗透压力较低的液体得到浓缩，或者回收因两种液体之间渗透压差而存在于两种潜能不同的液体之间的部分有用能量。

本发明还有一个进一步的目的是提供浓缩稀溶液的方法及其所用的设备，它是通过薄膜蒸发或渗透蒸馏方法，使溶剂以汽态通过疏水性的（非润湿）薄膜，从稀溶液转移到渗透压较高的浓溶液中。

本发明还有一个目的是提供通过渗透蒸馏和反渗透法相结合的方法，从溶液中分提或者回收溶剂的方法。

以上所说的本发明的目的，以及本发明的其它目的从发明的以下说明会更加清楚。

根据本发明的一个观点，要提供扩散膜，以便通过渗透蒸馏来浓缩渗透压较低的稀溶液，扩散膜含有疏水微孔基体，其中稀溶液中的溶剂在渗透压力梯度作用下，以气态经过扩散膜，从一侧移到另一侧。

根据本发明，制作该扩散膜的方法包括，用试剂对微孔基体进行化学处理，以增加其疏水性能或非润湿性能。

根据本发明的另一个观点，提出用于浓缩渗透压较低的第一种液体的渗透蒸馏的方法该法是通过在微孔疏水薄膜的一侧循环所说的液体，同时，在薄膜的另一侧循环渗透压较高的第二液体，从而使所说的第一液体中的溶剂，以气态穿过薄膜，转移到第二液体中，而达到浓缩第一液体的目的。

根据本发明的另一个观点，提供了分馏渗透浓度较低的第一液体的设备，并从中回收溶剂，包括：

（ⅰ）用于渗透蒸馏的扩散膜含有一种疏水微孔基体，其中，在渗透压力梯度作用下，使扩散膜一侧的第一液体中的溶剂以气态经过扩散膜，转移到扩散膜另一侧的渗透浓度较高的第二液体中;（ⅱ）用于反渗透的第二扩散膜，可以使来自前面步骤的稀释第二液体，不断分解而再生;以及循环第二溶液并回收从初级液体转移的溶剂。

根据本发明的另一个观点，提供了从渗透浓度较低的第一液体（如海水）中回收溶剂（例如饮用水）的方法，包括：

（ⅰ）用从渗透浓度较高的第二液体中分离初级液体的扩散膜，将初级液体进行薄膜蒸馏，其特征在于，所说的扩散膜含有疏水微孔基体，并且，在所说的初级液体和第二液体之间有蒸汽压梯度存在，从而使扩散膜一侧的初级液体中的溶剂以气态经过扩散膜，转移到扩散膜另一侧的第二液体中。

（ⅱ）用反渗透方法，使前面步骤中的稀释的第二液体进一步进行反渗透，从而回收溶剂（例如饮用水）。

渗透蒸馏法可以将类似海水、果汁、牛奶及咖啡等稀溶液浓缩，即在渗透压梯度作用下，使水以汽态经过疏水的（非润湿性的）、无污垢的薄膜，而进入无污垢物质的浓缩盐水（例如硫酸镁、硫酸镁溶液）。然后，可以用反渗透，处理浓缩溶液，以便再次浓缩，并且可以再循环到薄膜蒸馏装置中，当处理海水时便可以回收饮用水，用该方法，可以大大增加反渗透薄膜的预期寿命。

参考附图，进一步描述本发明，其中，

图1用示意图表示了依靠海水或者浓缩的盐水用渗透蒸馏法浓缩果汁。

图2用示意图表示根据本发明的设备，其中渗透蒸馏管与反渗透装置连接以用于如脱盐，即用咸水或者海水制备高纯度的饮用水。

图3是图2渗透蒸馏设备的薄膜壁的放大图，用示意图表示了通过薄膜壁，转移海水中的水到硫酸镁溶液中的主要动力之一是蒸汽压梯度。

图4表示图2中所示设备，在4130千帕（40.8大气压）操作压力下，硫酸镁溶液浓度与反渗透流量的关系曲线图。

图5表示了在蒸馏的水/硫酸镁系统中[（在30千帕水背压）。硫酸镁浓度与渗透蒸馏流量的关系曲线图]。

图6表示了入口蒸馏水温度和入口硫酸镁溶液温度[（在30千帕水背压）。之间的温度差与渗透蒸馏流量的关系曲线图]。

图7表示在海水/硫酸镁系统中[（在30千帕海水背压）。硫酸镁浓度与渗透蒸馏流量的关系曲线图]。

图8表示入口海水温度和入口硫酸镁溶液温度[（在30千帕海水背压）之间的温度差与渗透蒸馏流量的关系曲线图]。

图9表示海水流速[（14%硫酸镁、40千帕海水背压，硫酸镁流速0.71升/分钟）与渗透蒸馏流量的关系曲线图]。

图10表示硫酸镁溶液流速与渗透蒸馏流速的关系曲线图（14%硫酸镁、40千帕海水背压，海水流速1.36升/分钟）。

图11表示在最佳条件下渗透蒸馏流量和硫酸镁浓度的关系。

附图中，图1用示意图表示了在空心纤维渗透蒸馏装置中橙汁的浓缩，其中，使浓度为12°白利糖度鲜橙汁通过渗透蒸馏装置中空心纤维束的中心腔，并使海水逆流流过在渗透蒸馏装置中空心纤维束周围，带有夹套的空间。薄膜或者渗透蒸馏装置包括带有用于浓缩橙汁的锥形入口室（顶部）和出口室（底部）的圆柱形聚碳酸酯外壳（直径100毫米，长300毫米）。入口室和出口室用大约62，000疏水聚丙烯空心纤维薄膜（内径200微米，壁厚25微米、有效长度140毫米、平均孔径700埃、孔隙度50%，总面积5.4平方米）连接，在该疏水聚丙烯空心纤维薄膜两端用聚氨酯树脂（封装化合物）密封住，从而使其容纳在带有入口和出口部分的夹套内。将无悬浮物和胶体物质的过滤海水以几乎与内流形成逆流的方式抽经该夹套中。

当纯橙汁流经中空纤维时，由于水穿过空心纤维壁转入海水中，所以在较低压力下抽进渗透蒸馏管中的纯橙汁就开始浓缩。用于这种转移的动力是蒸汽压（或渗透）梯度和温度梯度的联合效应，它是通过在纯橙汁进入渗透蒸馏管中之前缓慢加热、而提高橙汁的蒸汽压力所产生的，而降压的海水蒸汽压是借助于其较高的渗透压产生的。薄膜的疏水性防止了液体水的转移以及因亲水薄膜而引起的污垢问题。

图2表示渗透蒸馏管和适用于海水或咸水脱盐的反渗透装置的连接。

合适的渗透蒸馏管包括带有用于要浓缩溶液的锥形入口室（顶部）和出口室（底部）的圆柱形聚碳酸酯外壳（直径100毫米，长300毫米）。入口室和出口室用大约62，000疏水聚丙烯空心纤维薄膜（内径200微米、壁厚25微米、有效长度140毫米、平均孔径700埃，孔隙度50%、总面积5.4平方米）连接，在其两端用聚氨酯树脂（封装化合物）密封住，从而将其容纳在带有入口和出口部分的夹套内。将无悬浮物和胶体物的浓缩盐水溶液（例如硫酸镁溶液）以与内流几乎形成逆流的方式抽经该夹套里。

在低压下常态的稀海水抽经渗透蒸馏管时就开始浓缩，因为当它通过空心纤维时，水穿过纤维壁而进入硫酸镁溶液。这种转移的动力，是蒸汽压梯度和降了压的硫酸镁溶液蒸汽压。其中，蒸汽压力梯度是在海水进入渗透蒸馏管之前，用加热来提高蒸汽压力产生的，降了压的硫酸镁溶液蒸汽压是借助于其较高的渗透压力产生的。薄膜的疏水性防止了液体水的转移并防止了因亲水薄膜所引起的污垢问题。

将稀的硫酸镁溶液抽进到反渗透（R.O.）装置中，该装置中用空心纤维反渗透薄膜提取饮用水。实验设备有两个反渗透薄膜的组件，每个组件含有大约1300空心纤维（有效长度760毫米、每个组件的总面积0.9平方米²）。（要选用硫酸镁作为盐水溶液）因为它对反渗透薄膜具有较高的阻滞作用。

图3用示意图表示了将水从海水（较低渗透压）穿过薄膜壁而转入硫酸镁溶液中（较高渗透压）的主要动力是蒸汽压梯度。与两种溶液之间的温度梯度相结合，就提供了通过渗透蒸馏工艺大大增加水的流量的方法。

渗透蒸发装置，在高的硫酸镁浓度（在此硫酸镁液流是水合的和硫酸镁流及海水流之间的高温度差时，产生大流量。

以在低硫酸镁浓度时反渗透装置运行最好，因此当两个装置联合时就达到了综合解决，使得在水渗透中能实现高流量和低的硫酸镁浓度。

为了实现两个装置充分联合，对渗透蒸馏和反渗透系统的操作条件进行了最优化研究。通过实验，确定一套操作条件，可以从海水制备最高产量的饮用水。

实验设备包括连接有2-管反渗透装置的西林克斯（Syrinx）研究的4-管渗透蒸发装置，发现反渗透流量随进料压力而线性地增加到试验的最大安全操作压力4130千帕（40.8大气压力或600磅/平方英寸）。全部实验都在该压力下进行。

图4表示硫酸镁浓度与反渗透流量的关系曲线，并说明在硫酸镁浓度大于约14%之溶液时，在所用的压力下，就不能获得大的流量，当硫酸镁浓度增加时，反渗透薄膜对硫酸镁的阻滞（或抑制）作用降低。

这些结果表明，在这实施例中要达到最大流量和硫酸镁抑制作用，应该使反渗透装置在4130千帕下，并尽可能使用小的硫酸镁浓度进行操作。然而，用于联合系统中的实际浓度更多地要取决于能形成满意渗透蒸馏流量所要求的浓度。

为了测定渗透蒸馏法的某些基本操作特性和充分了解在该方法中海水的性能，首先进行一系列用蒸馏水代替海水通过空心纤维薄膜的实验。

（a）硫酸镁溶液-蒸馏水系统

参见图5，可以看出渗透蒸馏量随着硫酸镁浓度的增加按指数规律增加。这大概是由于大大降低薄膜的硫酸镁溶液一侧水蒸汽压力，结果使穿过薄膜的水蒸汽压力梯度增加。

对出口水流进行定期分析的结果表明，硫酸镁穿过薄膜时没有泄漏现象，这样就保证了薄膜的疏水性。

图6表示入口水温度和硫酸镁溶液温度间的温度差与流量的关系曲线。与硫酸镁溶液一侧比较提高薄膜的水侧的水蒸汽压力，其结果使流量随着温度梯度的增加而明显加大。

（b）硫酸镁溶液-海水系统

图7表示硫酸镁浓度与流量的关系曲线。在采用蒸馏水时，其流量随着硫酸镁浓度的增加而增加。然而，在同样硫酸镁浓度时，海水流量大大地低于蒸馏水的流量，原因在于海水的渗透压力高。实际上当硫酸镁浓度低于9-10%时，就没有观察到海水大量传移。

对于硫酸镁和氯化钠溶液来说，上述观察到的现象与已知的渗透压力是一致的。如在图7中表示的，所实验海水的表现类似于2.6%氯化钠溶液。在25℃下，2.6%（0.44摩尔）氯化钠溶液具有与0.78摩尔（9.4%）硫酸镁溶液相同的渗透压（约为19大气压力）。因此，在没有温度梯度存在的情况下，只有当硫酸镁浓度超过9.4%时，才能存在穿过薄膜的蒸汽压力梯度。

图8表示入口海水温度和入口硫酸镁溶液温度之间的温度差与流量的关系曲线。从图8可以看出，随着温度梯度的增加，其流量明显加大。对于浓度为12%的硫酸镁溶液，在没有温度梯度（图7）存在的情况下，其流量约为0.5升每平方米每天。然而，图8表明，当采用30-35℃的温度梯度时，可大大地增加该流量。

图9表示海水流速与流量的关系曲线。对于流速为0.71升/分钟的硫酸镁溶液，其流量随着海水流速的增加而增大。这大概是由于当蒸汽开始转移时，盐浓度增加的海水边界层更迅速取代的缘故。在边界层中形成的盐会引起局部渗透压的增加，因此降低蒸汽压梯度。

图10表示硫酸镁溶液流速与流量的关系曲线。对于流速为1.36升/分钟的海水，其流量随着硫酸镁溶液流速的增加而稍之降低。当加大上述海水流速时，就可能会引起边界层的更迅速地取代，这与薄膜的硫酸镁溶液侧相协调，在边界层形成硫酸镁因而增加的渗透压在这情况下是有利的，因为蒸汽压梯度增加。

由最佳化研究的结果，我们认为，薄膜蒸馏装置的操作条件应该根据下列基本条件来选择：

（1）海水的背压至少应为30千帕。

（2）存在穿过薄膜的温度梯度一般是有利的。在本发明的方法中能够使用价格低廉的热源，因为温度梯度的存在是增加薄膜流量的有利因素。在这里描述的加工薄膜的特例中，已确定温度上限约为75℃因而海水入口温度约为70℃，并建议了硫酸镁溶液的环境温度。

（3）按实际需要，应该使海水流速尽量大些，而硫酸镁渗液流速尽量小些。基于这种考虑，应该注意的是，在管中对硫酸镁渗液流加热的程度应随着其流速的降低而加大。过分加热该液流，会降低穿过薄膜的平均温度梯度，而且在其到达反渗透装置以前，需要更有效的冷却。考虑到这些因素，我们推荐，海水流速约为2升/分钟，硫酸镁流速约为0.5升/分钟。

（4）硫酸镁浓度应大于约9-10%，但是，最合适的浓度必须根据实验来决定，实验使用上述讨论的水背压、温度梯度和流速的最佳条件。当测定该浓度时，还必须考虑到，反渗透压装置由硫酸镁溶液中移去的水容量要与用渗透蒸馏装置从海水中移去的水量是同样的速度。

图11表示在最佳条件下，流量和硫酸镁渗液浓度之间的关系。在此，对于连接有反渗透装置的由西林克斯（Syrinx）研究设计的4-管装置，其流量标度以升/天表示。

图4和图10表示，14%硫酸镁渗液产生的渗透蒸馏流量为50升/每天，并且，通过设有两个薄膜组件运行的反渗透装置，可以使稀硫酸镁渗液再次浓缩。当硫酸镁浓度为14%时，两个反渗透薄膜组件的总流量约为2.5升/米²·小时（55升/天）。图13表示在较高硫酸镁浓度时可以得到相当高的渗透蒸馏流量（例如硫酸镁浓度为18%时，大约为90升/每天）。然而，用在这个特例中的特殊薄膜组件经受不住这种高压，即需要克服这种硫酸镁溶液之渗透压。

总之，结果说明，穿过薄膜的压力差大概就是决定不同流量的主要原因。该压差是由于穿过薄膜的渗透压差和温度差产生的。

实验结果说明，硫酸镁浓度，硫酸镁流和海水流的温度是控制流量的很重要的变量。这是因为在给定的温度下，硫酸镁浓度与液流的渗透压力直接有关。另一个重要的变量是海水流速。

在平衡状态下，液体的渗透压力与蒸汽压力之间的关系如下：

πV′＝RTL_nP₀/P （1）

其中：

π：渗透压力

V′：溶液的分摩尔体积

R：通用气体常数

T：绝对温度

P和P°：液体在两种不同状态下的蒸汽压（即有溶质和无溶质）

该关系式用于蒸汽表现为理想气体且溶液是不可压缩的。

如果溶液考虑为理想的溶液，则就符合拉乌尔定律（Raolt′sLaw），并且P/P°＝1-X₂，其中X₂是渗质的摩尔分数。

X_{2} = \frac{n_{2}}{n_{1} {+ n}_{2}}

其中，n：给定体积的摩尔数

n₁：溶剂的摩尔数

n₂：溶质的摩尔数

为些，任何渗质都要降低溶剂的蒸汽压力，而且，在两种渗透压力不同的液体之间的气体界面，溶剂从渗透压力低的液体向渗透压力高的液体转移。

可以用由日本Terumo公司设计的下面的人工充氧器进行说明上述方法：

型号：TERUMOCAPIOXⅡ16

-带有集成热交换器的空心纤维充氧器

代号：Cx_★MP16H

有效表面种：1.6米²

最大血流速：2升/分钟

最大操作压力：1，000毫米汞柱

空心纤维薄膜是由聚丙烯制作，微孔大小为700埃。该装置通常用于血液的人工充氧，血循环经过空心纤维，而氧气在空心纤维周围的夹套内，即在空心纤维的外面循环。此时，氧气从空心纤维的外面转移到空心纤维里面循环的血液中。

在这样的医疗应用中，通常，这种空心纤维充氧装置是一次性使用。然而，根据本发明的一种观点认为，这样的空心纤维充氧装置可以回收作其它的利用。

将该用过的充氧装置用合适的清洗剂如：PYRONEG清洗，干燥并用化学法处理，提高纤维的疏水性，所得到的装置便可用于渗透浓缩。

对空心纤维进行化学处理以提高纤维的疏水性能，其目的在于使该装置在渗透浓缩操作时保持长时间工作的性能。

下面列举空心纤维化学处理的实施例：

1.用辐射能量为2兆拉德的钴60放射源，预辐照充满纯氮的空心纤维装置。

2.用氟利昂系列的氟代烃气体充满该装置。

3.用蒸馏水漂洗。

如果在该装置中，净水在空心纤维里面循环，而海水在空心纤维周围、夹套空间循环，则净水就会在微孔里面蒸发，并在海水一侧冷凝，在室温下其流量约为12升/米²/天。

同样，如果用渗透压低于海水渗透压的任何液体来代替净水液流，那么，由于液体中的水分不断蒸发，并在海水一侧冷凝，使得所说的液体就会浓缩。

参见上面式（1），通过系统之溶剂的流量与P-P°之差成比例，而P-P°之差又与渗透压π之差有关。该流量也受溶液之间的热梯度和压力梯度两者的影响。例如，用相同薄膜，如果将水中含200克氯化钠的溶液在纤维的外面循环，而将蒸馏水中含有1%亚甲兰的有色溶液在纤维里面循环，使该溶液的内压为100千帕，而对氯化钠溶液不加任何压力，使两种溶液间的温度差为20℃（例如，水+亚甲兰为40℃，而氯化钠溶液为20℃），则得到的流量约为85升/米²/天。

参考下列有限制本发明申请的某些其它可能性的使用公开，对本发明作进一步描述。

利用海水来浓缩渗透压较低的液体

可用本方法浓缩液体的例子有牛乳、乳清、咖啡、茶、果蔬汁液和甘蔗汁等食品，其它例子包括用于制药和精细化学工业上，利用渗透蒸馏来浓缩热敏性产品。使待浓缩的流体在薄膜的一面循环，而海水在另一面循环，通过提高待浓缩流体的静压，最好提高其温度（与海水相比），例如利用工厂中其它来源回收的废热，可以达到增大流量的目的。在这方面，大多数人工充氧器已配备了为此目的的热交换器。

依靠盐溶液的渗透浓缩

如上所述，可以利用牛乳、乳清、果蔬汁液和甘蔗汁之类较低渗透压液体与较高浓度的盐溶液（如NaCl）之间渗透压差的方法来浓缩这些液体，在这种情况下，可按下列之一的方法维持Na溶液的浓度：

（ⅰ）利用太阳能池，使水份曝晒蒸发保持必要的高浓度盐以便使待浓缩的溶液与浓盐溶液之间保持高的渗透梯度。

关于这点，本发明提供了一种回收和利用太阳能浓缩液体的方法。例如对于不可能利用太阳能直接浓缩牛奶的情况，可以用这个方法来维持盐溶液浓度，再利用渗透来浓缩牛乳。

这一技术对以色列和约旦等国是十分重要的，那里果汁产量高，并且供给浓盐水也方便，如死海。关于这点，本发明提供了一种把浓盐水的高势能用于能源相对较贵，尤其是象浓缩果汁这样需要热能的工业应用方法。

（ⅱ）利用反渗透装置维持高渗透压溶液中盐的浓度，这是靠压力驱动方法以排除水。这种应用对于不能直接利用反渗透的情况尤为重要，因为如果直接用反渗透膜浓缩大量的牛乳之类的液体就会造成反渗透膜的积结污垢问题。而在本发明中，牛乳或果汁在以气态与外界完全隔离的循环系列中用无结垢的（具有疏水性的膜不会与液体接触），无热散失（这点很重要，例如在低压升华干燥前预浓缩，如生产速溶咖啡）的薄膜以渗透浓缩。另一方面，反渗透装置仅仅是用来维持纯溶液中盐的浓度的，如水中的NaCl，因此不会产生结垢，在这种条件下，反渗透膜的寿命可达10年之久，事实上反渗透膜不会100%的阻滞盐，重要的是要选择高阻滞薄膜，如99.5%，损失的盐可按需要少量加入给予补偿。

能量的产生与回收

本发明还可以用于产生和回收能量，在两种流体，如海水、盐水等高渗透压流体与来自河水的淡水，包括微咸水和来自污水的水等低渗透压流体间存在着部分势能，在所有这些应用中，因低渗透压一面的水转移到了高渗透压一面故而提高了高渗透压液体的压力，这部分能量可以用高压透平，压电元件之类能够利用两液体间压力差的，能够利用振动压力的传统装置来回收。

作为反渗透的补充

本发明的另一方面是将本方法用作反渗透过程的补充方法而由海水或微咸水生产纯水。

大多数反渗透膜对NaCl的阻滞系数在95%的范围内（当所设计的膜具有高的比流量时），但对其它盐（如硫酸镁）具有高阻滞特性，如99.7%。

本发明的另一用途是用易被反渗透膜阻滞的高浓缩盐溶液作为高渗透压溶液，而把海水（或微咸水）作为低渗透压溶液（相对另一种溶液）从而提取水。

这种情况下，不需要将海水进行预处理，利用高压溶液的反渗透就可以生产纯水。在这方面本发明提供了一种从海水或微咸水中回收饮用水的有效的脱盐方法。需要时，可以在回收的水中补充添加盐，矿物质和/或其它添加剂。

此外，用作浓盐溶液所选择的盐，应尽可能使用更加多孔薄膜以浓缩和再循环稀释了的高渗透压溶液和/或从中回收水。例如，所选择的在溶液中有大的阴离子和小的阳离子（如有大的阴离子并有游离酸功能的乌头酸）的盐允许选用更加多孔薄膜，但孔径大小要足够阻滞大的阴离子。如果这个薄膜通过磺基氯化作用和胺化作用而荷正电，那么就提供了一种由电效应阻滞H⁺离子，并由孔径大小阻滞阴离子的多孔薄膜。

同样，溶液中含有大的阳离子和小的阴离子的碱，就要选择由孔径大小阻滞大的阳离子，由薄膜的负电荷阻滞OH^-的这样的多孔薄膜。

薄膜特性

1.需要保持膜的疏水性，孔径不大于5微米。高的比孔度;流量/米²与孔的表面积成比例。

2.膜要尽可能的薄，厚度最好低于50微米，因为液流穿过薄膜形成的蒸汽压差，与形成压差的孔的长度直接有关。

3.薄膜应该是完全疏水的，以便保持两种液体间有一气栓，否则，会发生不期望的盐扩散现象，要避免空气栓，就要保证使微孔内仅充满气态溶剂，在开始，装置可充入在溶剂中具有高溶解性的气体，如CO₂。

为了保持高度疏水性，甚至对包含了疏水性聚合物的薄膜也往往需要进行表面处理，以保证其耐久性。

4要求薄膜对正在处理的液体和处理条件有足够的耐化学/热性能，即薄膜必须在低于薄膜中所含聚合物的玻璃化点的情况下使用。

5.为了避免聚合物湿润，必须严格选择清洁剂。例如乙醇会使聚丙烯湿润而破坏疏水性。

6.与始沸点比较薄膜的孔径要足够小-孔径应足够小以致使始沸点压力高于本发明中所用压力。

尽管用实施例和最佳实施方案对本发明作了如上描述，但应理解在不违反本发明的精神和其基本特征时，本发明还可以有以其它形式和方法实施，因此认为上述说明上是作了全面说明而不是限制，在同样的意义和范围内的所有变化都属于本发明的范围。

Claims

1、一种用于浓缩渗透压较低的第一种流体的渗透蒸馏方法，其包括将所述的流体在多孔疏水层的一面循环，同时将渗透压较高的第二种流体在多孔层的另一面循环，所述的第一种流体的溶剂在蒸汽压梯度作用下，以蒸汽状态穿过多孔层转至第二种流体，而导致将第一种流体浓缩。

2、根据权利要求1的方法，其中多孔层包括空心纤维管元件，其中该第一种流体通过空心纤维束的内通道或内腔循环，而该第二种流体在空心纤维束周围的空间循环，从而使来自第一种流体的溶剂在蒸汽压梯度作用下穿过空心纤维壁中的微孔基本结构。

3、根据权利要求2的方法，其中在纤维束周围循环的第二种流体是海水或盐水溶液。

4、根据权利要求2或3的方法，其中该第二种流体盛装在太阳能池内。

5、根据权利要求1的方法，其中因这两种流体的渗透压不同而导致这两种流体具有不同的势能，而其中通过采用高压透平或压电元件或任何其它合适的装置从中回收能量。

6、根据权利要求1的方法，其中将稀释的第二种流体继而进行反渗透处理，以分离溶剂和浓缩适合于循环的第二种流体。

7、根据权利要求1或2的方法，其中从渗透浓度较低的初级流体中回收溶剂，它包括：

（ⅰ）用多孔层将初级流体进行渗透蒸馏，并把初级流体与渗透浓度较高的第二种流体分隔开，其中该多孔层包含疏水微孔基体，并且在该初级和第二种流体间存在蒸汽压梯度，足以使在多孔层一面的该初级流体的溶剂在该梯度的作用下以蒸汽状态穿过多孔层到该多孔层另一面的第二种流体中。

（ⅱ）用反渗透装置对上述步骤稀释了的第二种流体进一步进行反渗透处理，从而分离溶剂并且回收和浓缩该第二种流体以适于再循环。

8、根据权利要求1，2，3或6的方法，其中将第二种流体脱盐，即将海水脱盐，它包括：

（ⅰ）利用比海水渗透压高的盐溶液将海水渗透蒸馏，其中用疏水性多孔层将海水与盐溶液分隔开，足以使海水中的水在蒸汽压梯度作用下，以蒸汽状态穿过该多孔层进入该多孔层另一面盐溶液中，从而稀释了盐溶液，以及

（ⅱ）将稀释的盐溶液进行反渗透处理，从而分离出盐溶液中的水，并且浓缩该溶液以适于再循环。

9、一种实施权利要求1-8所述方法的渗透蒸馏设备，其包括：

一个疏水性多孔层以及将该第一种流体在该疏水性多孔层的一面作循环的装置，

同时将渗透压较高的第二种流体在该疏水性多孔层的另一面作循环的装置，在循环第一流体的一面还包括将该第一种流体中的溶剂在渗透压梯度的作用下以蒸汽态穿过该多孔层到第二种流体中达到浓缩第一种流体的装置。

10、根据权利要求9的设备，其中该疏水性多孔层包括一个或多个空心纤维薄膜蒸馏装置，每个装置包括一个套管，一束轴向排列在管套内的渗透蒸馏微孔空心纤维，一个在空心纤维束外表面与套管内表面之间所形成的逆流流体室，第二种流体流入和流出所述的流体室的第一入口和出口，支撑空心纤维束的并将流体室与空心纤维开口端分隔和限制流体室长度的隔壁，以及初级流体的第二入口和出口，所述的第二入口和出口是与每根空心纤维的内空间或内腔相通的，每根空心纤维都有一包括微孔基体的外壁，由此，基体一面的初级流体中的溶剂在渗透压梯度的作用下，以蒸汽状态穿过基体进入基体另一面的第二种流体中。

11、根据权利要求9或10的设备，进一步包括用于反渗透的扩散层，从而可以分离由第一种流体中的溶剂稀释的第二种流体，以重新构成和再循环该第二种流体，并且回收从初级流体穿过的溶剂。