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华东交通大学学报 2016年第2期33卷 127-133页

作者：张卫风吴世东舒建辉华东交通大学土木建筑学院江西南昌330013 中建三局建筑集团有限公司建筑设计院湖北武汉430000

在聚丙烯中空纤维膜吸收法分离CO2的研究中，吸收液会润湿膜孔，导致传质阻力增加，CO2脱除效率降低。试验采用蒸馏水、MEA、MDEA和PG的水溶液作为吸收液，在聚丙烯中空纤维膜试验台上进行连续运行试验，分析膜孔润湿影响因素，并对改... 详细信息

在聚丙烯中空纤维膜吸收法分离CO2的研究中，吸收液会润湿膜孔，导致传质阻力增加，CO2脱除效率降低。试验采用蒸馏水、MEA、MDEA和PG的水溶液作为吸收液，在聚丙烯中空纤维膜试验台上进行连续运行试验，分析膜孔润湿影响因素，并对改性后聚丙烯膜进行比较试验。试验结果表明，吸收液种类、浓度和吸收液流速都对膜润湿性具有一定的影响。改性后的聚丙烯膜抗润湿性远远大于未改性膜，在同等条件下，改性膜的润湿时间为未改性膜的2~3倍，同时受吸收液浓度和流速的影响也较小，从而可选择较高的吸收液浓度和流速，以提高CO2脱除率和传质效率。

关键词：聚丙烯中空纤维膜膜孔润湿膜改性膜吸收二氧化碳脱除

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基于PVDF中空纤维膜的ILs-K2CO3复合溶液脱除填埋气中二氧化碳

基于PVDF中空纤维膜的ILs-K2CO3复合溶液脱除填埋气中二氧化碳

引用

作者：申亚栋重庆大学

学位级别：硕士

随着我国经济的迅猛发展和居民生活水平不断提升,城市生活垃圾和垃圾填埋气产量不断增加。垃圾填埋气的主要成分为甲烷(CH)和二氧化碳(CO),CH是一种宝贵的清洁能源,也是比CO更为强大的温室气体。因此,回收填埋气中CH具有可观的经济价值... 详细信息

随着我国经济的迅猛发展和居民生活水平不断提升,城市生活垃圾和垃圾填埋气产量不断增加。垃圾填埋气的主要成分为甲烷(CH)和二氧化碳(CO),CH是一种宝贵的清洁能源,也是比CO更为强大的温室气体。因此,回收填埋气中CH具有可观的经济价值和环境效益。填埋气中CO的存在降低了填埋气热值和能源品质,高效脱除CO是提纯填埋气中CH的首要问题。气-液膜接触技术是一种耦合了膜吸收法和液体吸收法的新型气体分离技术,具有结构紧凑、传质面积大、分离性能好的优点,受到环境和能源领域广泛关注。本文以国家科技支撑项目“典型南方城市生物质废物处置与燃气利用技术集成与示范”课题为依托,着眼于垃圾填埋气中CH提纯,采用气-液膜接触技术,针对中空纤维膜孔隙润湿问题,深入探讨了孔隙润湿对CO总传质系数的影响,并围绕聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜接枝改性以及离子液体(ILs)-碳酸钾(KCO)复合溶液的CO传质特性进行了实验研究,提高了膜组件抗润湿能力,为CO分离的实际应用提供一定的数据基础和理论依据。在自制膜接触器和模拟填埋气条件下,通过CO分离实验研究中空纤维膜孔隙润湿现象,探讨了中空纤维膜孔隙润湿对CO总传质系数的影响。对比聚丙烯(PP)、PVDF、聚四氟乙烯(PTFE)三种材料中空纤维膜,发现PVDF膜具有较高的CO传质性能和较小的尺寸结构,并且价格低廉,适合作为膜组件填充材料。对比工业广泛使用的甲基二乙醇胺(MDEA)与KCO两种吸收剂,发现KCO对膜孔润湿程度低,具有更好的CO传质稳定性能。高浓度KCO溶液可以减缓膜的润湿,但对CO传质系数影响更大。增加液相流速可以提高CO总传质系数,但会降低膜的抗润湿性能。增加气相流速可以提高膜的抗润湿性能,对CO传质影响不大。采用化学接枝法对PVDF中空纤维膜进行疏水改性实验,探究了碱处理浓度及时间、接枝试剂类型等对PVDF中空纤维膜疏水性能的影响,并考察了PVDF改性膜相比于原膜的CO传质性能。结果发现,高浓度的氢氧化钾(KOH)溶液会破坏PVDF膜的力学结构,最佳碱处理条件为在2M KOH溶液中浸泡4小时。普通有机硅烷试剂的碳链越长,接枝后的PVDF改性膜接触角越大,疏水性越好,采用具有低表面活性的1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷试剂接枝后的Si(F)-PVDF改性膜具有最高的膜接触角,约为117.08°。Si(F)-PVDF改性膜具有比原膜略低的CO总传质系数和更高的运行稳定性,6小时内Si(F)-PVDF改性膜的CO总传质系数仅下降了1.32%。研究氨基酸功能化离子液体作为活化剂的ILs-KCO复合溶液的CO吸收特性,考察了复合吸收剂添加比例、气液相流速、压力等对CO脱除率及传质通量的影响。结果发现,甘氨酸钾(PG)在所选氨基酸盐中具有最佳CO吸收效果,借此筛选出以甘氨酸(Gly)为阴离子部分的离子液体作为活化剂,同时发现四甲基铵甘氨酸([N][Gly])在所选离子液体中具有最佳CO传质通量,约为常规离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐[bmim][BF]的1.45倍。[N][Gly]-KCO复合溶液摩尔浓度比例为2:3时获得最高CO传质通量,约为单一KCO溶液的1.16倍。增加气液相流速、压力均可不同程度提高复合溶液的CO吸收性能。筛选出最佳操作条件组合为气相流速200m L/min,液相流速100m L/min,压力0.4MPa。

关键词： PVDF中空纤维膜膜孔润湿接枝改性离子液体激活剂碳酸钾

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