高效节能地分离轻烃，特别是烯烃/石蜡和石蜡异构体，是部署可持续石化商品的核心必要条件。值得注意的是，分子筛分膜是昂贵和能源密集型的传统低温蒸馏工艺的一个有前途的替代方案，因为它们能根据分子大小差异选择性地区别气体对，而显著减少能源投入。
基于周期性多孔材料的多晶膜，即金属-有机框架(MOFs)，具有精确控制的孔径大小，是这种分离过程的潜在候选材料，具有非常好的应用前景，因此学术界对其研究很多，MOF用于气体分离已经发表了非常多的Nature/Science：
对于重要的丙烯/丙烷(C3H6/C3H8)分离过程来说，从蒸馏到混合膜蒸馏模式的转变可以节约约25%的能源消耗。为了使这种方法取得成功，膜必须在高进料压力(~7 atm)下运行，最小选择性为~50，并且高度稳定和坚固，以抵抗有时含有微量高腐蚀性气体(如H2S)的上游进料。
由于目前的聚合物或混合基质膜(MMMs)缺乏所要求的选择透过性，而且除了一些含氟聚合物外，大多数情况下在高压下可塑化，因此不断地需要探索新的材料作为分离碳氢化合物的有前景的实用膜。
到目前为止，只有多晶沸石咪唑框架(ZIFs)，即ZIF-8和ZIF-67膜，常压下显示出了分离碳氢化合物的前景。然而，它们在含H2S环境中的结构不稳定性以及在升高的进料压力下由于“门开效应”而严重降低的选择性，阻碍了它们在工业相关条件下的应用。
沙特阿卜杜拉国王科技大学Mohamed Eddaoudi 等人在Nature Energy 发表了最新成果，研究了用于分离碳氢化合物的金属-有机框架连续膜的电化学合成。
作者报告了一种通用的定向组装策略来制备多晶MOF膜用于碳氢化合物的分离，利用电化学作为一种手段来控制配体去质子化和交换过程，制备了受控的无缺陷膜层组装多核团簇的MOFs。他们以具有不同配体的12个连接的稀土或锆六核簇为基础，制备了一系列面心立方MOF膜。特别是，由此产生的富马酸基膜包含收缩三角形孔作为孔系统的唯一入口，使丙烯/丙烷和丁烷/异丁烷混合物能够进行分子筛分分离。显著的是，增加进料压力到工业实际值7 atm促进了总通量和分离选择性的预期提高。
工艺设计分析表明，对于丙烯/丙烷分离，在混合膜蒸馏系统中部署这种面心立方Zr-富马酸基MOF，相对于传统的单一蒸馏过程，有可能减少近90% 的能量输入。
图文详情
图1. fcu-MOF膜的制备与设计
图2. fcu-MOF膜的SEM和XRD图
图3. fcu-MOF膜的气体分离性能
图4. 实际条件下Zr-fcu- MOF膜对C3H6/C3H8的分离性能
图5.蒸馏与混合膜蒸馏系统的技术经济分析比较
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围绕高矿化度矿井水节能脱盐，探讨了5种新技术和新思路。
反渗透(RO)和电渗析(ED)是我国目前苦咸水脱盐的2种主要方法。反渗透已经逐渐取代电渗析法，成为高矿化度矿井水淡化的主要方法，但依然面临高能耗等问题。
▼典型工艺高矿化度矿井水脱盐工程案例
通过对5种典型工艺的高矿化度矿井水脱盐工程案例分析，发现“高能耗高成本、低能耗低成本 ”是目前国内高矿化度矿井水脱盐的显著特征，高能耗已成为制约高矿化度矿井水资源化利用的主要问题。
高矿化度矿井水脱盐的高能耗问题与解决思路
其中压力驱动膜脱盐能耗高的主要原因是运行压力高，导致高压泵耗电量大 ；电驱动膜和电吸附消耗电能较高 ；机械蒸发和膜蒸馏需要具备蒸汽热源，适用范围受限 。
节能脱盐新技术
纳滤适度脱盐技术
纳滤膜具有筛分和静电排斥2种效应，使其具备特殊的离子选择透过性。纳滤工艺具有保留有益离子、低压操作、高渗透性和对微量有机物去除效果优异等特点，相比反渗透技术，在饮用水净化方面已显示出一定优势。但在高氟、高氮矿井水中，纳滤作为净化终端技术仍存在一价离子(NO-3、F-等)超标风险。
膜蒸馏结合新能源技术
膜蒸馏结合地热能井下脱盐工艺 ：膜蒸馏是以疏水膜两侧蒸汽压力差为驱动力的分离技术，膜蒸馏工艺需要将水加热到60~80 ℃，我国煤矿深部开采过程中的地热能恰好可以被用来加热矿井水，减少对常规能源的依赖，同时实现节能脱盐。
膜蒸馏结合太阳能工艺 ：该工艺充分利用太阳能加热矿井水浓缩液，辅助必要的补充加热手段，通过膜蒸馏工艺使出水满足达标回用要求，热侧产生的浓水可利用MVR等机械蒸发结晶技术进一步处理，最终实现资源化回用。
高效太阳能蒸发技术
高效太阳能蒸发系统工艺
该工艺太阳能有2种利用途径，分别是用于发电的光电转化系统 以及用于蒸发的光热转化系统 。光电转化系统为水泵提供动能完成配水，光热转化系统实现浓盐水高效蒸发结晶。上述工艺充分利用了可再生太阳能资源，体现了节能脱盐的思想。
微生物脱盐燃料电池技术
微生物脱盐燃料电池技术原理
MDC由阳极室、脱盐室和阴极室构成。阳极室内阳极表面的微生物将有机物分解成电子、质子和二氧化碳，质子被释放到阳极液中，阳极一侧的阴离子交换膜阻止质子向旁边室内扩散；中间室的阴离子通过阴离子交换膜转移到阳极室，同理阳离子向阴极室扩散。
由于脱盐室阴阳离子扩散转移 促使盐浓度不断下降，从而实现节能脱盐，产生的电能还可以进行利用。由于阳极酸化抑制微生物代谢，该工艺需要对阳极液进行液外循环处理。
结晶盐的双极膜制碱技术
NF+SWRO/DTRO结合双极膜工艺
该工艺主要包括3个阶段：淡化阶段、制硫酸钠阶段、制酸碱阶段 。其中，淡化阶段通过反渗透技术获得产品水；制硫酸钠阶段通过纳滤和浓缩固化作用制取氯化钠和硫酸钠；制酸碱阶段通过双极膜技术将水裂解制得氢氧化钠和硫酸。
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作者简介
靳德武，博士，研究员，博士生导师，中煤科工集团西安研究院有限公司水工环研发中心主任，陕西省煤矿水害防治技术重点实验室副主任。中国煤炭工业安全科学技术学会水害防治专业委员会委员、中国地质学会矿山水防治与利用专业委员会委员、中国煤炭学会资深会员、国际矿井水协会(IMWA)会员、国际水文地质学家协会(IAH)会员、《煤田地质与勘探》和《煤矿防治水手册》编委。
提出了煤层底板突水预测泛决策分析的理论与方法和基于地质工程学的水害预防“五原则”—绕避、改造、降势、适应及隔离原则，形成并发展了信息分析、人工神经网络、非线性动力学、支持向量机、决策树等突水预测方法，建立了煤矿防治水技术体系的基本框架，研发了基于光纤光栅通信和传感技术的煤层底板突水监测预警系统；推导了不同渗流条件下无限斜坡稳定性评价安全系数的统一形式，提出青藏高原多年冻土区热融滑塌地质灾害形成的“滞水润滑效应”机理。
获国家科技进步二等奖1项，省部级一等奖1项，二等奖1项，三等奖3项。发表论文60余篇，出版专著(合著)5部。
来源：靳德武，葛光荣，张全，等.高矿化度矿井水节能脱盐新技术[J].煤炭科学技术,2018,46(9):12-18．
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