膜分离技术-论文.docx

《膜分离技术-论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《膜分离技术-论文.docx（4页珍藏版）》请在优知文库上搜索。

1、脱除与浓缩二氧化碳的膜别离技术一.背景自1979年美国Monsanto公司第一个将气体膜别次奘置成功应用于从工业气体中回收乳以来，气体腹别围技术开展迅速,该技术目前已成功应用于Ife/用、NJ6玄氧、富氮）等别离中。近几年来,在环保、工业生产、国防等方面的需求下，CO,别离已逐渐引起许多腰别离工作者的兴趣并在这方面做了大量工作.从工业废气（如发电厂燃料废气）中脱除C0：和SO”膜别国技术由于能耗最低、无废渣、废液等二次污染以及操作简便等优点很有可能取代传统的气体吸收或吸附.在工业生产上，该技术可应用于从天然气、沼气中脱除C出，以提高天然气、沼气的燃仇与等级，这是一个很彳i酒力的巨大市场，国防上

2、，潜M及空间站等密闭环境中CO:的脱除也是一个相当重要的课鹿,膜技术相比于初始的城金属氧化物、过粒化物等非再生物质以及吸附、化学吸收等可再生方法具有明显的优越性,美国等兴旺国家已在枳极研究用股技术来脱除Ca的可行性.二.膜别离技术.可用于C02脱除与浓缩的膜技术主要有以下3类：（1）液膜技术：（2）固体膜技术,包括多孔无机膜和具有特定基团的无孔聚合物膜：3朕别高与其它过程相结合的杂化朕过程,包括与电化学方法相结合的无机膜别离过程以及膑堪气体吸收，众所周知，评价气体别离用.膜的好坏主要有3个多数：选择性、渗透速率和寿命。1.液膜技术（支撑液膜或静量液膜）.根据制媵的不同，液膜可分为乳化液服、支找

3、液膜，对混合气体中co：的脱除与浓缩的研究主要集中在支拉液膜及其改良型HFC1.Y乳化液膜主要涉及液体中有用物临的回收与浓缩以及有毒有古物砥的脱除与浓缩,与气体别离根本无关。支撑液腴由原液和聚合物膜支撑体构成。膜液内含有载体，战体与Ca反响使co：溶解于腰液中并形成“促进传递”形式的物防在压力差、浓度差等化学位差的推动下,C出与毂体反响生成的物质便穿过膜.在朕的另一侧将C&棒放出来.由于液膜中气体扩散系数一般比在聚合物膜中大几个数量级且酸性气体C出与我体的酸破反响使得这种膜具有很高的渗透速率和选择性，.最早利用支撑液膜的促进传递进行COJO5别离的是.JWard,栽体采用HCo尸/0-脱除混合

4、气中的C&的原理如下图.脱除CoI后的混合气富含CoJ后支第孔的混合气内的液膜（b）CO/J促遗传透（支撑液股分离CO2示意图图1支撑液膜脱除混合气中CQ的原理示意困i(8MCQ2+WOUH+HCQfCQ2+OH=HCQfC021.j载体再摸中发生如下反响:HCQfUH+O-其中（1）、（2）为慢速反响，反响（3）为瞬间反响，这样的液膜促进传递可使（:6/0：的别圉系数达1500.当膜液中参加亚睥酸的后,反响（1）、（2）加快进行，增加了CO,的渗透速率，而02的渗透速率根本不变.这样C6/0：的别禺系数就可到达4100.其中C0：的渗透系数为2MX10cm（STP）Pn/（cmscm1.1.

5、g）.0：的渗透系数为0.052X10s（STP）c11（c112sc11Hg）,通过此股可将我人航天SS中的Ca脱除并富集.上述支撑液膜具有如此优越的性能而又未能实用化的根本原因在于液膜的柳定性差。由于液腴仅靠毛细管力吸附在支撑膜的微孔内,当膜两侧存在一定的压力差，那么液膜容易从微孔内流失从而导致支找!液朕性能下降.在研究支拉液眼别离液体组分时指出，由于横向剪切力导致的乳液生成是液膜流失的一个重要原因。为此而在支撞膜微孔内形成均匀的凝放网状物，称为凝胶支撑液膜，可以必苦增强液膜的机械稳定性和长期稳定性.I1.I干网状物的敞式结构.渗透流量下降很小.另外,在料液（W生成一层致密的凝胶层.可以明

6、显抑制乳液滴的生成，液膜稳定性大大提鬲-支掠媵微孔内的网状结肉及外衣致密的凝胶层可以有效防止液膜流失，而且可以大大捉海支悴液膜的机械稳定性、这在别离气体诸如C0：等时也很说要，是研究支拉液膜别离CO,并将其实用化的一个重要研究方向.K.Okabe研究（别离CoJ1.1.的水凝胶膜的稳定性,将VAC（乙绵醇与丙烯酸盐的共聚物）纺做馀层到聚四版乙优微孔腰上，加热使之形成交联层.交联层吸收了K2C03水溶液后即为水凝胶膜.C0：的浅透速率为10o1./（msPa）,在6个月内几乎不下降，当进料气中含10%0和9Q%NhBZ与N1.的别离系数为100-50。用支押液膜别尚气体的缺点是气体会被液膜物质所

7、饱和,因此膜相液体一般不使用具有高蒸气压的物质，此外，为了防止液膜在气相中蒸发变于，与膜接触的气体必须预先增湿.2 .固体膜技术（无孔聚合膜）.无孔股包括非对称膜（表层与底层为同一种材料）和复介腴（选择性膜层与支撞层为不同的材料。其别国机制是根据不同气体在囚体聚合物中的溶解,扩散的差异而使得不同气体通过聚合物膜的灌透速率不同.在橡胶态聚合物膜中，气体的港透与别而一般可用溶解-扩散模型描述，RP1.r散按FiCk定律进行，而溶解情况限从Henry定律；在玻璃态理合物膜中，内部结构的微观非均匀性使气体渗通行为较为双朵，一般送用物理意义较为直观的双重吸附一迁移模型，即海透系数可视为按HCnry定律溶

8、解和按1.angmUir关系式吸附分子对渗透共同作用的结果.可用于气体别离的聚合物种类很多，但目前研究较多I1.适合用于C0：别面的股材料主要有：聚Itt亚胺类、错酸纤维素,己商业化的用于C02别国的腴根本上都是非对称联（如UBE公司的聚酰亚胺腺）,其底层为多孔支撑结构,表层那么为致密层.如何降低气体别禹膜中的别离层厚度,即制得更薄、选择性更面的别两层.是提高气体渗透性和选择性的关键,为制褥总薄的别渴层，通常采用界面聚合、原位聚合等制备熨合眼的方法，近年来研究比拟活泼的另一种超薄膜制法方法是等圉子聚合法，又称“十法二其特点是对于不是聚合性的单体，也可聚会成腴,F1.能形成无孔的超薄膜，对凹凸外

9、表的板盖性能也很好，有可能在多孔性支捏体外表形成复合胶.H.MaISUyama即利用等熟子聚合的方法将二弁丙烷基胺在无孔底膜（聚硅氧烷涂凝的多孔聚酰亚胺腹）的表层上形成闾薄的沉积层。利用C0：与胺的酸做反响，C%CH,的别曲系数达17,渗透速率系数为4.5X10%m/CmJScmHg,进料气中C0,浓度的升声.别离系数降低，说明形成的超薄沉枳层的胺他也可以看作是固定软体.这样制得的膜其溶透速率是相行需的，3 .杂化膜过程（膜基，体吸收）膜基气体吸收是膜技术与气体吸收技术相结合的新型杂化腴别漏过程.它采用中空基质膜作为支拽体，使气体与吸收液的接触面积显著增大（约为6001200mm,）.克服了气

10、液两相直接接触所带来的夹带现软，同时也解决了空间站失虫状态下气液两相别离困难的问题，其别国过程如下图；富含CQ的混合气图3膜基气体吸收脱除CQ的示意图NASA（美国国家航空和航天管理局）对这种技术进行了初步胶定，认为这种技术对从密闭的空间能（模拟）内脱除8：是可行的，在*、Q的浓度根本不变的情况下,处理30min后CO：浓咬陈低到零，不仅到达了NASR的CO,分出不超过400Pa（3InnHg）的要求.而且证明了应用这种技术时C也对N：、0：具有很高的选择性，A.B.She1.ekhin等采用这种技术（吸收剂为单乙醇胺）对天然气的实验室处理显示了C出/CM的选择性系数可高达3000,同时也显示

11、了这种技术是一种极具潜力的天然气精制方法。三.结语.目前国外己有工业化的用于天然气、沼气中CO脱除的聚合物腹，而国内关于该方面的研究JE么刚刚开始。一股认为，二氧化碳浓度越高，聚合物原法别离CO：/CH、就越比其它别离技术（如气体吸收法、深冷法）经济.当要求处理40：浓度低于1%时（如空间站或潜艇中），可采用具有选择性和岛海透性的别点技术，如液膜技术、膜葩气体吸收技术或吸收剂与CO：专一反响的电化学无机膜气体别离技术。液膜因其稔定性差而未能实用化，但其相比于固体膜的&著优越性能（如选择性腐）己引起许多学者的注意，.提高支拣液隙的静定性、降低液膜的有效厚度以提裔其漆透速率是其实用化的必由之跖，利用无机原比拟条的孔径分布、耐高温、而压、化学校定性好等优点，再结合/分物股比拟优越的溶解海透件,以无机腴作为支按体制符超薄的聚合物膜是提高聚合物腴性能的重要途径.必要时，可采用集成膜过程，如聚合物腹与膜基气体吸收可对CO：含量很高、CH,含量较低的天然气、沼气等精制.