發酵廢氣治理技術——膜分離技術

更新時間：2018-04-27 10:02 來源：作者: 閱讀：17918

該法是一種新型高效分離技術，裝置的中心部分為膜元件，常用的膜元件為平板膜、中空纖維膜和卷式膜，又可分為氣體分離膜和液體分離膜等。氣體膜分離技術利用有機蒸氣與空氣透過膜的能力不同，使二者分開。該法已成功地應用于許多領域，用其它方法難以回收的有機物，用該法可有效地解決。用該法回收有機廢氣中的丙酮、四氫呋喃、甲醇、乙睛、甲苯等(濃度為50%以下)，回收率可達97%以上。

膜分離法最適合于處理VOCs濃度較高的廢氣，對大多數間歇過程，因溫度、壓力、流量和VOCs濃度會在一定范圍內變化，膜系統的設備有較強的適應性，。近幾年來，國外的實驗室研究分離VOCs使用得最多的膜分離材料是聚二甲基硅氧烷PDMS。它從結構上看屬半無機、半有機結構的高分子，具有許多獨特性能，是目前發現的氣體滲透性能好的高分子膜材料之一。研究人員大多是采用聚楓PS、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚間苯二甲酸乙二酯PEI等材料作為支撐層，使用PDMS涂層堵孔，作為選擇性分離層，選擇性分離VOCs/N2或空氣體系，都取得了理想的實驗結果。

1、膜分離工藝

實驗裝置包括原料氣發生裝置以及膜分離裝置兩個部分。空氣由空氣泵鼓入原料液罐形成VOCs飽和蒸氣進入混合器中，由另一股空氣稀釋至所需濃度進入膜分離裝置，經過膜的分離過程，大部分的VOCs在真空泵提供的壓力差下透過膜形成濃的滲透氣進入冷凝裝置冷凝，含少量VOCs的空氣成為尾氣排出。進入膜分離裝置的原料氣以及尾氣濃度由氣相色譜分析得到，原料氣、尾氣及滲透氣的壓力由壓力表示數讀出。

膜過濾分離裝置示意圖

2、分離膜材料

分離膜的材料包括有機高分子材料和無機材料。無機材料如金屬、金屬氧化物、陶瓷和分子篩等制成的膜為無機膜。雖然無機膜具有耐高溫、結構穩定、孔徑均一、化學穩定性好、抗微生物腐蝕能力強等優點，但由于制造成本相對較高，且制造大面積穩定的、具有良好性能的膜比較困難：因此，無機膜在氣體分離過程中的應用除了氧化鋁膜分離鈾同位素已經工業化外，其他均還處于試驗室水平，大部分還局限在膜的制備、分離性能表征和傳質機理方面。

有機高分子材料是各種合成膜的主要膜材料。在氣體分離膜領域，已經應用的高分子膜材料有聚酰亞胺（PI），乙酸纖維素（CA），聚二甲基硅氧烷（PDMS），聚砜（PS），聚碳酸酯（PC）這些材料或具有高滲透性、低選擇性或具有低滲透性、高選擇性，使得這些材料開發的氣體分離膜在石油煉制等某些特殊領域應用受到限制。

有機硅是具有良好前景的高分子膜材料，已開發出許多實用化或優秀的分離膜。尤其是在氣體分離方面，有機硅膜材料的研究和開發一直是個熱點。有機硅的Si-O鍵能比C-C鍵高，Si-C鍵與C-C鍵的鍵能差不多（Si-O=106kcal/mol，Si-C=78kcal/mol，C-C=83kcal/mol，1kcal/mol=4.18J），且具有負離子性（電負性Si=1.8，C=2.5，O=3.5）。這些賦予了有機硅材料耐熱、不易燃、耐電弧的性能。

有機硅聚合物疏水、耐熱、具有良好的機械強度和化學穩定性，對醇、酯、酚、酮、鹵代物、芳香烴、吡啶等有機物有良好的吸附選擇性，是至今研究最多的高分子膜材料之一，包括聚二甲基硅氧烷（PDMS），聚三甲基硅丙炔（PTMSP），聚乙烯基三甲基硅烷（PVTMS），聚乙烯基二甲基硅烷（（PVDMS）等。有機硅聚合物膜屬于橡膠態或玻璃態合成高分子膜，其材料是鏈狀結構的雜鏈化合物，主鏈為O-Si-O，側基為有機基團，非極性。由于其聚合結構中的Si-鍵的高鍵能和負離子性特點使其兼具有有機高分子和無機高分子材料的雙重特性。硅橡膠材料耐熱，不易燃，耐電弧，聚硅氧烷鏈狀分子的料液結構呈螺旋狀，加上硅原子體積較大，使鏈中自由空間體積較大，聚合分子間的作用力很小，內聚能密度小，結構疏松，有利于其它物質分子在其中溶解和擴散。

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