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文献综述
1、渗透汽化膜分离技术的研究背景：
渗透汽化(Pervaporation,简称PV)是在液体混合物中组分蒸汽压差推动下,利用组分通过膜的溶解与扩散速率的不同来实现分离的过程[1]。膜分离技术是当代化工领域的高新技术。由于它是解决人类面临的能源、资源、环境等重大问题的新技术，所以近30多年来取得了极为迅速的发展，已经在海水、苦咸水淡化，饮用水净化，超纯水制备，电站锅炉补给水的供应，气体净化以及石油化工、医药、冶金、食品轻工、生物产品的分离、提纯和浓缩等方面发挥了巨大的作用。正因为如此，世界各国，特别是发达国家不惜投巨资设立研究基金，以期在该领域占据领先地位[2-5]。而渗透汽化膜分离技术作为一种新型的分离技术迅速发展起来，已广泛应用于传统的化工、能源、食品、医药、冶金、电子和水处理等领域。与传统的分离工艺相比，渗透汽化技术具有高效、节能、环境友好、过程易控制、便于放大与集成等优点。因此，在当今世界能源短缺和环境污染日益严重的情况下，渗透汽化膜分离技术受到世界各国的高度重视，已被公认为二十一世纪最有前途的工业技术之一[6]。我国渗透汽化膜分离技术的研究始于20世纪80年代初期。清华大学膜技术工程研究中心自1984年以来，一直从事膜技术研究，是我国最早从事渗透汽化膜技术研究开发的单位之一[7-8]。渗透汽化优先透醇膜分离技术用于燃料乙醇的浓缩分离"可以有效解决燃料乙醇生产中的产品抑制问题"有望实现燃料乙醇的连续化生产"因此渗透汽化优先透醇膜的研究受到世界范围内的广泛关注[9]。
在渗透汽化膜分离过程中，原料液先进入到膜组件，然后流过膜表面，膜的另一侧通过抽真空保持较低的压力，由于原料液中各组分透过膜的速率不同，混合物中易渗透组分会优先吸附在膜表面，并经膜孔扩散通过膜层，然后在膜的另一侧汽化，蒸汽通过冷阱时被冷凝收集，从而实现不通过组分的分离。图1为渗透汽化分离过程示意图。渗透汽化膜性能常采用渗透通量（J）和分离因子（α）两个参数评价，其表达式分别为：
（1）
（2）
式中w为透过膜的组分的质量，kg；A为有效膜面积，m2；Δt为操作时间h；ye和yw分别表示渗透侧乙醇和水的质量分数，xe和xw分别表示料液中乙醇和水的质量分数。渗透汽化过程要求膜分离选择性好、渗透通量大，而在实际情况下，膜的这两个性能指标通常不可兼得。因此，在膜的制备与膜应用过程当中应根据具体需要对这两项指标进行优化。而且对于渗透汽化膜来说，长期稳定性是其能够实现工业化的重要基础。
图1.渗透汽化分离过程流程图
2、无机膜在乙醇/水分离中的应用
应用于渗透汽化过程的膜材料主要分为有机膜和无机膜。与有机膜相比，无机膜材料具有分离效率高、耐高温、不易溶胀、抗微生物能力强、化学稳定性好和机械强度大等优点，成为近年来研究的热点。而在工业应用中，醇-水体系的分离一直是一个重要的课题。为了大幅提高醇类的产量，满足不断发展的工业应用需要，高效率、低成本的醇-水分离技术成为了科研工作者们竞相研究的热点。
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