從MDES 2015看薄膜脫鹽技術現況與未來發展(下)

 

刊登日期:2015/11/4
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林冠佑/工研院材化所

2. 吸引溶質
理想的吸引溶質必須具備無毒性、高滲透壓、低價格及易分離等特性,尤其在分離的部分牽涉到系統能耗的問題,因此為使正滲透系統具備競爭力,如何有效分離吸引溶質與水,將會是各研究團隊主要探討的議題。

南洋理工大學的Xiao Hu團隊發表具備溫度敏感特性的離子液體做為吸引溶質(如圖十二),此離子液體的低臨界溶液溫度(Lower Critical Solution Temperature;LCST)介於 32~49 ℃,當溫度高於低臨界溶液溫度時,水與離子液體即會分相。該團隊利用升溫的方式將離子液體與水進行粗分,後續再利用奈濾(Nanofiltration)進行產水,依據實驗估算,每噸產水約需1.8 kwh的能耗。



圖十二、溫敏特性離子液體作為吸引溶質

澳洲阿德萊德大學(The University of Adelaide) Sheng Dai團隊將N-異丙基丙烯醯胺(N-Isopropylacrylamide ;NIPAM)及丙烯酸(Acrylic Aacid;AA)聚合製備具有溫敏特性的微膠(Microgel),以此作為吸引溶質,能夠有效將進流側水吸引至吸引溶質(如圖十三),而吸水後的微膠藉由加熱至 40 ℃ 與後續的離心處理,就能將水提出,水回收率達到 72.4%。以此溫敏特性的微膠作為吸引溶質,能夠以很簡單的方式進行溶質與水的分離,然而受限於其滲透壓的影響,平均的水通量並不大。

韓國科學技術院(Korea Advanced Institute of Science and Technology ;KAIST)的 M. S. Diallo 團隊提出以支鍊狀的聚乙烯亞胺(Polyethylenimine;PEI)做為吸引溶質(如圖十四),其具有價格便宜、多樣性、無毒及高水溶性等特色,也因為分子內含大量的胺基,可利用調控 pH 的方式增加吸引溶液的滲透壓。利用分子量為 10k 的 PEI 分子,在 20%的水溶液時滲透壓可以達到 19 bar。後續分離溶質與水,因為PEI的分子量大,可以簡單利用奈濾或者是超濾(Ultrafiltration)的方法進行分離,相較於蒸餾的方式較為省能。
 

圖十三、溫敏特性微膠作為吸引溶質

壓力延遲滲透技術
壓力延遲滲透技術(Pressure Retarded Osmosis;PRO)是利用滲透壓差作為驅動力,使水由進流端透過薄膜流至吸引溶液側,並驅動渦輪產生電能。最早發展此項技術的公司為挪威的 Statkraft 公司,其利用河水與海水作為進流端與吸引溶液端,並於2009年時於挪威建置 2 KW~ 4 KW 容量的滲透發電模組,產電效率約為---以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。

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