捕集空氣中CO2的促進(jìn)傳遞膜及其膜過程研究.pdf

1、未來的幾十年內(nèi)，人們?yōu)榱藴p緩氣候變暖的趨勢，減少大氣中的二氧化碳量成為了一種必然的趨勢。在實(shí)現(xiàn)這一目的的多種渠道中，二氧化碳的捕集與儲(chǔ)存技術(shù)具有重大意義。作為一種補(bǔ)充手段，從大氣環(huán)境的點(diǎn)源中富集二氧化碳（二氧化碳捕集），以抵消分散的排放源排放二氧化碳產(chǎn)生的效應(yīng)。并且在CO2排放受限后，該技術(shù)仍能進(jìn)一步減少大氣二氧化碳濃度。膜技術(shù)做為一種操作簡單，易于集成的分離技術(shù)，在大氣中低濃度CO2捕集方面表現(xiàn)出獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢。
　　由于聚乙烯

2、亞胺(PEI)含有大量-NH-基團(tuán)能與CO2發(fā)生可逆反應(yīng)，本文選擇PEI做為促進(jìn)傳遞分離層，與聚乙烯醇(PVA)共混交聯(lián)，制備PEI-PVA/聚醚砜(PES)中空纖維復(fù)合膜用于空氣中二氧化碳的分離與富集。首先將PEI-PVA的超薄層涂覆在PES中空纖維上制備得到復(fù)合膜;以壓縮空氣為原料測試組裝的復(fù)合膜組件，考察其CO2滲透性和CO2/N2選擇性;同時(shí)考察了PEI的濃度和干燥溫度對(duì)復(fù)合膜的影響并優(yōu)化了分離工程的操作條件;最終對(duì)該復(fù)合膜從空

3、氣中分離CO2的性能進(jìn)行了評(píng)估。為了優(yōu)化PEI-PVA膜對(duì)CO2的促進(jìn)傳遞性能，考察了浸圖時(shí)間、制膜溫度、PEI和PVA濃度等制備條件對(duì)膜性能的影響:當(dāng)制膜干燥溫度為100℃時(shí)，膜的分離性能隨著PEI濃度的增加而增加。當(dāng)鑄膜液中PVA含量降至2％時(shí)，PEI濃度可以增至10％，但此時(shí)膜的濃縮性能下降。此外，適當(dāng)延長浸涂時(shí)間可以提高膜的分離性能，但是在PVA濃度為2％時(shí)，浸涂時(shí)間不能長于2小時(shí)，PVA濃度為4％時(shí)，浸涂時(shí)間不能長于2小時(shí)，否

4、則導(dǎo)致膜分離性能下降。在PEI濃度為6％，膜性能達(dá)到最優(yōu)的條件下，CO2在較低氣壓下(1bar)通量達(dá)到1.4×10-7mol/m2.s.Pa,CO2/N2選擇性達(dá)到300。在更高壓力下(3bar)，隨著原料空氣流速的增加，復(fù)合膜滲透性從2.6×10-8mol/m2.s.Pa提高至原來的300％(7.7×10-8mol/m2.s.Pa)。當(dāng)復(fù)合膜活性層PEI濃度為6％且高氣壓(3bar)操作條件下，在滲透側(cè)可以獲得濃度為0.8％的CO2