疏水性微孔膜在CO2吸收劑中的潤(rùn)濕機(jī)理及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、膜接觸器吸收技術(shù)是傳統(tǒng)的吸收技術(shù)與膜分離技術(shù)的耦合，可有效解決CO2捕集問題。但是，膜接觸器中膜的存在不僅引入了一個(gè)新的阻力-膜阻，并且，在膜接觸器的使用過程中，疏水性微孔膜易被吸收劑浸潤(rùn)，導(dǎo)致膜傳質(zhì)阻力增加，膜氣體吸收效率嚴(yán)重下降。
　　本文主要探討疏水性微孔膜在CO2吸收劑中潤(rùn)濕的演變過程，采用直接稱重法，實(shí)時(shí)測(cè)量膜重量的變化，獲得單位面積上膜的增重量或膜潤(rùn)濕百分率隨時(shí)間的變化關(guān)系曲線，以此來(lái)表征膜浸潤(rùn)的程度。實(shí)驗(yàn)或表征結(jié)果表

2、明:
　　1.膜在吸收劑的雙側(cè)潤(rùn)濕過程中，恒定溫度15℃，所有實(shí)驗(yàn)的膜潤(rùn)濕百分率總體呈現(xiàn)先快速增長(zhǎng)后緩慢增長(zhǎng)的趨勢(shì)，并且在24h內(nèi)都小于50％;膜在吸收劑的單側(cè)潤(rùn)濕過程中，所有實(shí)驗(yàn)的單位面積上膜的增重量曲線先下降后上升，并且下降段時(shí)間持續(xù)20-120min不等。
　　2.通過X-射線光電子能譜分析、傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜分析、熱重分析、SEM掃描電鏡、膜孔徑分布的測(cè)定以及接觸角測(cè)量等手段對(duì)被浸潤(rùn)的膜樣品進(jìn)行分析、表征，說(shuō)明溶質(zhì)分

3、子擴(kuò)散進(jìn)入膜相，使得膜材料發(fā)生溶脹，導(dǎo)致膜的平均孔徑增加，孔隙率減小;并且溶質(zhì)分子在膜上的吸附導(dǎo)致膜的疏水性嚴(yán)重下降。
　　3.EDX分析結(jié)果顯示，膜孔內(nèi)目標(biāo)元素的吸附量從接觸側(cè)到另一側(cè)呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)，并且，隨著膜與吸收劑接觸時(shí)間的延長(zhǎng)，目標(biāo)元素的吸附量及吸附距離都逐漸增加;結(jié)合膜與吸收劑的單側(cè)和雙側(cè)潤(rùn)濕實(shí)驗(yàn)結(jié)果，最終推導(dǎo)出疏水膜在CO2吸收劑溶液中潤(rùn)濕的演變過程。此過程可描述為:(i)膜孔入口處氣-液界面的改變，即膜孔從不潤(rùn)

4、濕到潤(rùn)濕的轉(zhuǎn)變過程;(ii)液體在膜孔內(nèi)的推進(jìn)過程，伴隨著溶質(zhì)分子在移動(dòng)半月板前的擴(kuò)散，膜孔壁面逐漸親水化，液體在濃度梯度的作用下沿膜孔前進(jìn)。
　　另外，本工作也考察了影響膜潤(rùn)濕的主要因素，實(shí)驗(yàn)中采用聚丙烯(PP)、聚偏氟乙烯(PVDF)和聚四氟乙烯(PTFE)三種材質(zhì)的膜，二乙醇胺(DEA)、碳酸丙烯酯(PC)和甘氨酸鉀(PG)三種有機(jī)吸收劑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:溶液溫度越高或膜兩側(cè)的壓差越大，膜潤(rùn)濕的越快;不同種類的吸收劑對(duì)膜潤(rùn)濕的