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用于烟道气脱硫的超疏水膜接触器的研究

梁晴晴  
【摘要】:膜吸收法烟气脱硫是一种新型的减少二氧化硫污染的有效途径,疏水膜接触器可有解决膜吸收过程的膜润湿问题,使得膜接触器长期稳定运行。疏水二氧化硅(SiO_2)纳米粒子由于具有较低的表面能和纳米级粒径对提高膜的疏水性具有较好的优势。本文分别以PVDF和PES为聚合物基膜,通过疏水SiO_2纳米粒子和聚合物两者之间协同作用构建出具有微纳米级双重粗糙结构的超疏水膜,并研究了用于烟气脱硫的超疏水膜的耐润湿性和稳定性。主要研究工作和结论如下:1. 采用旋涂法和相转化法相结合的方法制备超疏水PVDF/SiO_2膜。研究了悬浮液中聚合物浓度和SiO_2含量不同情况下,超疏水PVDF/SiO_2膜的耐润湿性和稳定性。结果表明:超疏水PVDF/SiO_2膜的耐润湿性和稳定性均优于PVDF原膜,尤其是M~(??)。超疏水PVDF/SiO_2膜的粗糙度为0.961μm,LEPw为2.036 bar,水接触角可达158°。经过14 h长期运行后,其SO_2吸收通量可稳定在8.4×10~(-4)~9.1×10~(-4)mol·m~(-2)·s~(-1)。2. 将采用浊点法制备的PES微米级粒子和SiO_2纳米粒子通过旋涂法和相转化法引入到PES基膜表面制备出超疏水PES/SiO_2膜。研究了悬浮液中不同聚合物浓度和SiO_2含量对超疏水PES/SiO_2膜的耐润湿性和稳定性的影响。结果表明:超疏水PES/SiO_2膜的耐润湿性显著提高,其粗糙度、LEPw和水接触角分别高达1.235μm、1.359 bar和159°。经过12 h长期运行,超疏水PES/SiO_2膜的SO_2吸收通量可稳定在1.12×10~(-3)~1.16×10~(-3)mol·m~(-2)·s~(-1),其稳定性亦明显提高。3. 采用静电纺丝法制备超疏水PVDF/SiO_2膜。研究了纺丝液中不同SiO_2含量对超疏水Elec-PVDF/SiO_2膜的耐润湿性和稳定性的影响。结果表明:超疏水Elec-PVDF/SiO_2膜的粗糙度为1.623μm,LEPw为1.69 bar,水接触角高达155°,明显高于PVDF原膜。经过12 h脱硫,其SO_2吸收通量约下降15%,在8.9×10~(-4)~9.5×10~(-4)mol·m~(-2)·s~(-1)范围内,而优于PVDF原膜。其中,M~?呈现出最优的SO_2吸收通量及稳定性。4. 超疏水膜接触器的耐润湿性和稳定性研究表明:较静电纺丝法,旋涂法制备的超疏水PVDF/SiO_2膜表现出较优异的耐润湿性和稳定性,特别是M~(??);较超疏水PVDF/SiO_2膜,超疏水PES/SiO_2膜的脱硫稳定性更优异,其SO_2吸收通量可稳定在1.12×10~(-3)mol·m~(-2)·s~(-1)以上。


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