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PVDF中空纤维膜接触器吸收CO_2过程膜浸润抑制技术研究

王利祥  
【摘要】:使用膜接触器应用膜吸收技术捕集CO2具有很好的工业应用前景。该技术吸纳了吸收和膜分离两方面的优势,不仅分离选择性高,而且具有设备紧凑、易模块化、易放大等优点。但膜接触器中的膜易在使用中被浸润,使得膜阻逐渐增大,并成为影响传质过程的主要阻力,大大限制膜吸收技术在工业中的实际应用。本文采用二乙醇胺水溶液为吸收剂,于聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜接触器中吸收CO2,研究了膜吸收过程中延缓膜浸润的有效方法。研究工作主要包括两方面:一方面针对膜浸润过程中的受迫浸润,探究提高气相(壳程)压力对膜浸润的抑制效果;另一方面基于对膜浸润过程中的自发浸润,探究改善吸收剂的性质来抑制膜浸润。本论文的主要研究内容和结论如下:(1)通过膜吸收实验发现:膜浸润程度来自于两方面的贡献,一是自发浸润,二是受迫浸润。在吸收实验中,如果跨膜压差大于穿透压,那么受迫浸润就会在实验开始时发生;如果跨膜压差小于穿透压,那么就会先发生自发浸润,这会改变膜的表面疏水性,使穿透压急剧下降,受迫浸润因此开始进行。(2)基于对膜受迫浸润机理的认识,本论文提出增大气相压力以抑制膜浸润过程。实验研究发现,随着气相间歇加压的压力值增大,膜浸润百分数逐渐下降,气相间歇加压存在最优的加压时长和合理的加压程序以将浸润过程的延缓效果最大化。而保持气相压力持续为高压态,并不能有效的延缓膜浸润。气相间歇加压一方面破坏了自发浸润持续进行的拟稳态,另一方面能够吹出部分的浸润液,所以能够很好的延缓膜浸润。(3)基于对膜自发浸润机理的认识,本论文通过往吸收剂中添加不同种类不同浓度的无机盐成分,来抑制膜的自发浸润过程。实验研究发现,通过往吸收剂中添加无机盐,不仅可以增大吸收剂的表面张力而且还能干扰DEA分子在膜表面的吸附,从而可以减少自发浸润的进行,在吸收过程中对膜浸润产生有效的延缓效果。同时采用上述两种抑制膜浸润技术,在最优操作条件下,膜相传质阻力明显降低,膜浸润百分数下降41.6%,吸收效率提高48.3%以上。


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