脱除与浓缩二氧化碳的膜分离技术

1、去除、浓缩二氧化碳的膜分离技术，在背景下，自1979年美国monsanto公司首次成功地将瓦斯气体膜分离装置从工业瓦斯气体中回收氢以来，瓦斯气体膜分离技术急速发展，该技术在n2h2、n2o2(氧富集、氮富集)等分离中近年来， 从环境保护成功的工业废气瓦斯气体(如电厂燃料废气瓦斯气体)中去除c02和so2后，膜分离技术具有能源消费最低、无废物、废液等二次污染及操作简单等优点，很有可能取代传统的瓦斯气体吸收或吸附。 在背景、工业生产中，该技术可以从天燃气、甲烷中去除c02，用于提高天燃气、甲烷的燃烧值和等级，这是一个有潜力的巨大市场。 在国防上，去除潜艇和空间站等密闭环境中的c02也是非常重要的课

2、题，膜技术与初期的碱金属氧化物、过氧化物等非再生物质以及吸附、化学吸收等可再生方法相比有明显的优势，美国等发达国家已经积极研究膜技术去除co2的可能性。 c02脱离和浓缩的膜技术；(1)液膜技术；(2)包括多孔无机膜和具有特定化学基的无孔聚合物膜的固体膜技术；(3)膜分离和组合该过程的混合膜工序。 包括结合了电化学方法的无机膜分离工艺以及膜系瓦斯气体吸收。 液膜技术、支持液膜由膜液和聚合物膜支持体构成。 膜液内含有载体，载体和c02反应，使c02溶解于膜液，形成“促进传递”形的物质，受到压力差、浓度差等化学相位差的挤压，c02和载体反应生成的物质通过膜，在膜的相反侧放出c02。 乳化液膜主要涉

3、及液体中有用物质的回收和浓缩及有毒有害物质的去除和浓缩，与瓦斯气体分离几乎没有关系。 支撑液膜最初利用支撑液膜的促进传递进行c02o2分离的是w.j.ward，载体采用了hc03-o-。 支持液膜、co2与载体的再接触发生如右所示的反应： (1)、(2)为慢反应，(3)为瞬间反应，这种液膜的促进传递使c02o2的分离系数达到1500，对膜液施加亚砷酸钠后，(1)反应其中c02的渗透系数为20 cm/(cm2scmhg )、o2的渗透系数为0.05210-9 cm3(stp)cm/(cm2scmhg )，可以通过该膜。 支持液膜、a.m.neplenbroek在研究支持液膜分离液成分时指出，横向

4、剪切力生成乳液是液膜流出的重要原因之一。 因此，在支撑膜的细孔内形成均匀的凝胶网格，可以显着增强被称为凝胶支撑液膜的液膜的机械稳定性和长期稳定性，通过网格的开放结构，渗透产水量的降低小。 另外，在材料的液体侧生成致密的凝胶层，能够显着抑制乳液滴的生成，液膜稳定性大幅提高。 支撑膜微孔内网状结构和表面致密的凝胶层能有效防止液膜流失，大大提高支撑液膜的机械稳定性，这对于分离c02等瓦斯气体也很重要，是研究和实用支撑液膜分离c02的重要研究方向。 支持液膜、k.okabe研究了用于分离c02的水凝胶膜的稳定性，对聚四氟乙烯微孔膜实施了vac (乙烯醇和亚克力酸盐的共多聚体)纺丝涂层， 加热形成交联层

5、的交联层吸收k2c03水溶液后的水凝胶膜c02的渗透速度为10-8mol(m2spa )的支撑液膜分离气体的缺点是因为气体在液膜物质中饱和，所以膜相液体一般不使用具有高蒸气压的物质，另外，液膜在气相中蒸发而不变化固体膜技术(无孔聚合膜)、不对称膜(表层和下层是同一材料)复合膜(选择性膜层和支持层是不同材料)的分离反应历程根据固体聚合物中瓦斯气体的溶解、扩散的不同，通过不同瓦斯气体聚合物膜的渗透速度不同。 可用于瓦斯气体分离的聚合物种类繁多，目前研究较多，适合c02分离的膜材料主要是聚酰亚胺类、冰乙酸电池里肌肉。 用于商业化的c02分离的膜基本上是不对称膜(例如ube公司的聚酰亚胺膜)，其基底层

6、是多孔质支撑结构，表层是致密层。 混合膜过程(膜化学基瓦斯气体吸收)、膜化学基瓦斯气体吸收是膜技术和瓦斯气体吸收技术相结合而成的新型混合膜分离过程。 它采用中空基质膜作为载体，显着增大了气体与吸收液的接触面积(约6001 200 m2m3)，克服了气液两相直接接触引起的卷入现象，也解决了云同步在空间站重量减少状态下气液两相分离困难的问题。 a.b.shelekhin等人利用该技术(吸收剂为单胺)对天燃气实验室处理后c02ch4的选择性因子高达3000，云同步表明该技术是有潜力的天燃气纯化方法. 膜化学基瓦斯气体吸收，nasa初步鉴定该技术，该技术能够从密闭的空间室(模拟)内除去c02，在n2、

7、o2的浓度几乎不变的情况下，30分钟处理后c02浓度降低到零，nasa的c02分压达到400pa以下二氧化碳浓度越高，通过聚合物膜法进行的c02ch4的分离比其他的分离技术(例如，瓦斯气体吸收法、深冷法)更经济。 在处理后的c02浓度要求小于1 (空间站和潜水艇等)的情况下，可以采用液膜技术、膜类瓦斯气体吸收技术、吸收剂和c02特异性反应的电化学无机膜瓦斯气体分离技术等选择性和浸透性高的分离技术。 液膜由于其稳定性差而无法实用化，但与固体膜相比，显着的优异性能(例如选择性高)受到了许多学者的关注。 提高支撑液膜的稳定性、降低液膜的有效厚度、提高其渗透速度是实用化的必由之路。 利用结束语、无机膜的孔径分布较窄、耐高温、高压、化学稳定性好